Открыть главное меню

Иолиомика – исследовательское направление, посвящённое изучению ионов в жидкостях или жидких фазах, где основное внимание уделено фундаментальным особенностям ионных взаимодействий.[1] Данное научное направление было впервые сформулировано в публикации российских учёных, посвящённой ионным жидкостям.[2] Название представляет собой комбинацию слов IOns (ионы), LIquids (жидкости) и -OMICS (омика). Иолиомика занимается широкой областью исследований структуры, свойств и приложений ионов, входящих в различные биологические и химические системы. Концепция иолиомики схожа с другими комплексными научными дисциплинами, такими как геномика, протеомика, гликомика и петролеомика, в названии которых присутствует «омика», что свидетельствует об обширности и многогранности данных.[3]

Содержание

Фундаментальная природаПравить

Природа химических взаимодействий и их описание – одна из фундаментальных проблем химии. Концепции ковалентной и ионной связи, появившиеся в начале XX века, подчеркивают основополагающие различия между электронными структурами этих взаимодействий. Данные структурные различия, в свою очередь, приводят к значительным различиям в поведении ковалентных и ионных соединений как в растворе, так и в твердой фазе[4]. В твердой фазе ионные соединения, например, соли, обычно формируют кристаллические решётки; в полярных растворителях они диссоциируют на ионы, окружённые сольватными оболочками, образуя растворы с высокой ионной проводимостью.[5] В отличие от ковалентных связей, ионные взаимодействия проявляют высокую динамичность, что позволяет «настраивать» ионные соединения с целью получения желаемых свойств.

ЗначимостьПравить

Ионные соединения активно взаимодействуют с растворителем, и эти взаимодействия могут оказывать значительное влияние на химические и биохимические процессы с участием ионов. Даже в случае простейших ионов и растворителей присутствие первых может приводить к значительным структурным перестройкам последних.[6] Ионные реакции вовлечены во множество процессов, затрагивающих как целые галактики, так и отдельные живые клетки.[7][8] Например, в клетках ионы металлов связываются с металлопротеинами и другими белками и регулируют их активность;[7] ионы участвуют в контроле нейронной активности в циклах сна - бодрствования;[9] аномальная активность ионных каналов приводит к различным заболеваниям, таким как болезни Паркинсона и Альцгеймера.[10] Поэтому, несмотря на трудности, связанные с изучение свойств и активностей ионов в различных химических и биологических системах,[1] данное исследовательское направление является одним из наиболее востребованных.

Ионные средыПравить

Особый интерес представляют ионные среды (ионные жидкости, расплавленные соли, жидкие электролиты и т.п.) — «жидкие ионы», свойства которых легко поддаются «настройке» для различных приложений. Отличительной особенностью подобных систем является самоорганизация растворителя и растворенного вещества; поэтому они часто применяются в химии, биохимии и фармацевтических исследованиях.[1][11] Одна из важнейших характеристик ионных сред — возможность осуществлять «тонкую настройку» их свойств; например, можно создать ионную жидкость, обладающую практически любым набором физико-химических или биохимических свойств.[12] Исследования ионных жидкостей — активно развивающаяся область; к настоящему моменту накоплена обширная информация по их свойствам и активностям.[1][13] Данная концепция находит применение в катализе, электрохимии, аналитике, производстве топлива, переработке биомассы, биотехнологии, биохимии и фармацевтике.[1][12][14][15]

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 5 Egorova KS, Gordeev EG, Ananikov VP (2017). “Biological activity of ionic liquids and their application in pharmaceutics and medicine”. Chemical Reviews. DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00562. PMID 28125212.
  2. ИОЛИОМИКА – научная дисциплина будущего
  3. Kandpa RP, Saviola B, Felton J (2009). “The era of 'omics unlimited”. BioTechniques. 46 (5): 351−355. DOI:10.2144/000113137. PMID 19480630. Архивная копия от 4 февраля 2017 на Wayback Machine
  4. Lewis GN (1916). “The atom and the molecule”. Journal of the American Chemical Society. 38 (4): 762—785. DOI:10.1021/ja02261a002.
  5. Atkins P, de Paula J. Atkins’ Physical Chemistry. — 8. — New York : WH Freman, 2006. — ISBN 9780198700722.
  6. Mancinelli R, Botti A, Bruni F, Ricci MA, Soper AK (2007). “Perturbation of water structure due to monovalent ions in solution”. Physical Chemistry Chemical Physics. 9 (23): 2959—2967. DOI:10.1039/b701855j. PMID 17551619.
  7. 1 2 Sigel RK, Pyle AM (2006). “Alternative roles for metal ions in enzyme catalysis and the implications for ribozyme chemistry”. Chemical Reviews. 107 (1): 97—113. DOI:10.1021/cr0502605. PMID 17212472.
  8. Geppert WD, Larsson M (2013). “Experimental investigations into astrophysically relevant ionic reactions”. Chemical Reviews. 113 (12): 8872—8905. DOI:10.1021/cr400258m. PMID 24219419.
  9. Ding F, O'Donnell J, Xu Q, Kang N, Goldman N, Nedergaard M (2016). “Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle”. Science. 352 (6285): 550—555. DOI:10.1126/science.aad4821.
  10. Zaydman MA, Silva JR, Cui J (2012). “Ion channel associated diseases: overview of molecular mechanisms”. Chemical Reviews. 112 (12): 6319—6333. DOI:10.1021/cr300360k. PMID 23151230.
  11. Hayes R, Warr GG, Atkin R (2015). “Structure and nanostructure in ionic liquids”. Chemical Reviews. 115 (13): 6357—6426. DOI:10.1021/cr500411q.
  12. 1 2 Holbrey JD, Seddon KR (1999). “Ionic liquids”. Clean Products and Processes. 1 (4): 223—236. DOI:10.1007/s100980050036.
  13. Deetlefs M, Fanselow M, Seddon KR (2016). “Ionic liquids: the view from Mount Improbable”. RSC Advances. 6 (6): 4280—4288. DOI:10.1039/c5ra05829e.
  14. van Rantwijk F, Sheldon RA (2007). “Biocatalysis in ionic liquids”. Chemical Reviews. 107 (6): 2757—2785. DOI:10.1021/cr050946x. PMID 17564484. Дата обращения 3 February 2017.
  15. Egorova KS, Ananikov VP (2014). “Toxicity of ionic liquids: eco(cyto)activity as complicated, but unavoidable parameter for task-specific optimization”. ChemSusChem. 2 (3): 336—360. DOI:10.1002/cssc.201300459. PMID 24399804.