Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем

Методами адсорбции из водных растворов и ¹Н ЯМР-спектроскопии в условиях вымораживания жидкой фазы изучены супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем. Изотермы адсорбции имеют ленгмюровский тип, а максимальная величина сорбции в изоэлектрической точке (рН 6.6) равна 120...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Ключко, А.А., Барвинченко, В.Н., Туров, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2006
Назва видання:	Украинский химический журнал
Теми:	Неорганическая и физическая химия
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185205
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем / А.А. Ключко, В.Н. Барвинченко, В.В. Туров // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 6. — С. 80-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-185205
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1852052022-09-07T01:26:13Z Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем Ключко, А.А. Барвинченко, В.Н. Туров, В.В. Неорганическая и физическая химия Методами адсорбции из водных растворов и ¹Н ЯМР-спектроскопии в условиях вымораживания жидкой фазы изучены супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем. Изотермы адсорбции имеют ленгмюровский тип, а максимальная величина сорбции в изоэлектрической точке (рН 6.6) равна 120 мг/г. Построена карта молекулярных взаимодействий в этой системе; установлено отсутствие коагуляции. Методами ¹Н ЯМР-спектроскопії в умовах виморожування рідкої фази та адсорбції з водних розчинів вивчено супрамолекулярні взаємодії в системі імуноглобулін—вода—кремнезем. Ізотерми адсорбції мають ленгмюрівський тип, а максимальна величина сорбції в ізоелектричній точці (pH 6.6) становить 120 мг/г. Побудовано карту молекулярних взаємодій в цій системі; встановлено відсутність коагуляції. Supramolecular interactions in the system of immunoglobulin—water—silica have been studied by ¹H NMR spectroscopy and adsorption from water solution. The adsorption isotherms are of the Langmuir type and the maximum adsorption value at the isoelectric point (рН 6.6) is 120 mg/g. A map of intermolecular interactions in this system has been built; no coagulation has been found. 2006 Article Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем / А.А. Ключко, В.Н. Барвинченко, В.В. Туров // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 6. — С. 80-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185205 541.183 ru Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия
spellingShingle	Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия Ключко, А.А. Барвинченко, В.Н. Туров, В.В. Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем Украинский химический журнал
description	Методами адсорбции из водных растворов и ¹Н ЯМР-спектроскопии в условиях вымораживания жидкой фазы изучены супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем. Изотермы адсорбции имеют ленгмюровский тип, а максимальная величина сорбции в изоэлектрической точке (рН 6.6) равна 120 мг/г. Построена карта молекулярных взаимодействий в этой системе; установлено отсутствие коагуляции.
format	Article
author	Ключко, А.А. Барвинченко, В.Н. Туров, В.В.
author_facet	Ключко, А.А. Барвинченко, В.Н. Туров, В.В.
author_sort	Ключко, А.А.
title	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
title_short	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
title_full	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
title_fullStr	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
title_full_unstemmed	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
title_sort	супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем
publisher	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Неорганическая и физическая химия
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/185205
citation_txt	Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем / А.А. Ключко, В.Н. Барвинченко, В.В. Туров // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 6. — С. 80-86. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Украинский химический журнал
work_keys_str_mv	AT klûčkoaa supramolekulârnyevzaimodejstviâvsistemeimmunoglobulinvodakremnezem AT barvinčenkovn supramolekulârnyevzaimodejstviâvsistemeimmunoglobulinvodakremnezem AT turovvv supramolekulârnyevzaimodejstviâvsistemeimmunoglobulinvodakremnezem
first_indexed	2025-07-16T05:48:40Z
last_indexed	2025-07-16T05:48:40Z
_version_	1837781402416840704
fulltext	location of the absorption stripe of constrained in comple- xes with iodine determined of enthalpy intermolecular bonding. 1. Пономаренко С.П., Боровиков Ю.Я., Сивачек Т .Е., Маковецкий В.П. // Журн. общ. химии. -2004. -74, вып. 12. -С. 2048—2055. 2. Пономаренко С.П ., Боровиков Ю .Я., Сивачек Т .Е., Вовк Д.Н . // Там же. -2005. -75, вып. 2. -С 205—210. 3. Сергеев Г.Б. // Журн. Всесоюз. хим. общ-ва. -1974. -19, № 3. -С. 285—294. 4. Пономаренко С.П. Регуляторы роста растений. - Киев: Изд-во СП Интертехнодрук, 2003. 5. Гурьянова Е.Н ., Гольдштейн И .П., Ромм И .П. Донорно-акцепторная связь. -М .: Химия, 1973. 6. Popov A.I., Swenson R.F. // J. Amer. Chem. Soc. -1955. -77, № 7. -P. 3724—3726. 7. Справочник химика / Под ред. Б.Н . Никольского. -Л.: Химия, 1967. -Т. 4. 8. Ham J. // J. Amer. Chem. Soc. -1954. -76, № 15. -P. 3875—3880. 9. M c. Kinney W .J., Popov A.J. // Ibid. -1969. -91, № 19. -P. 5215—5218. 10. Bhaskar K.R., S ingh S . // Spectrochim. acta. -1967. -23A, № 4. -P. 1155—1159. 11. Reid C., M ulliken R.S . // J. Amer. Chem. Soc. -1954. -76, № 15. -P. 3869—3874. 12. Николис Г., Пригожин И . Самоорганизация в неравновесных системах. -М .: Наука, 1985. 13. Эпштейн Л.М ., Иогансен А .В. // Усп. химии. -1990. -59, вып. 2. -С. 229—257. 14. Боровиков Ю.Я. // Укр. хим. журн. -1991. -57, № 1. -С. 15—18. 15. Kleinberg J., Colton E., Sattizahn J., Vander Werf C.N. // J. Amer. Chem. Soc. -1953. -75, № 2. -P. 442—445. 16. Bertrand G.L., Burchfield T.E . // Anal. Calorim. -1974. -3. -P. 283—292. 17. Цветков В.Г. // Журн. общ. химии. -1980. -50, вып. 2. -С. 258—262. Институт биоорганической химии и нефтехимии Поступила 14.09.2004 НАН Украины, Киев УДК 541.183 А.А. Ключко, В.Н. Барвинченко, В.В. Туров СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ ИММУНОГЛОБУЛИН—ВОДА—КРЕМНЕЗЕМ Методами адсорбции из водных растворов и 1Н ЯМР-спектроскопии в условиях вымораживания жидкой фазы изучены супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем. Изо- термы адсорбции имеют ленгмюровский тип, а максимальная величина сорбции в изоэлектрической точке (рН 6.6) равна 120 мг/г. Построена карта молекулярных взаимодействий в этой системе; уста- новлено отсутствие коагуляции. Важной задачей иммунологии в настоящее время является разработка новых способов акти- вирования иммунной системы с помощью искус- ственных антигенов или вакцин, а также создание новых методов контроля за концентрацией и ак- тивностью антигенов (антител) в биологических жидкостях [1]. Антитела представляют собой бел- ковые молекулы — иммуноглобулины (Ig). Они, как и другие белки крови, необратимо сорбиру- ются на частицах высокодисперсного кремнезема (ВДК) [2]. Структурные особенности и свойства Ig детально описаны во многих статьях и моно- графиях [3—6]. Молекулы Ig имеют молекуляр- ную массу около 160000. Они содержат по две идентичные тяжелые и две легкие полипептид- ные цепи, соединенные вместе дисульфидными связями и межмолекулярными силами. Общая длина молекулы Ig составляет 230 Ao , а средний по- перечный размер — 50 Ao . Одним из перспективных способов извлече- ния антигенов из биологических жидкостей мо- жет стать использование иммуносорбентов, спе- цифичных к определенным типам антител или антигенов. Такие адсорбенты могут быть созданы путем адсорбционного модифицирования высо- кодисперсного кремнезема, на поверхности кото- рого необратимо сорбируются молекулы Ig, ком- плиментарные выбранному типу антигенов. Вза- имодействия антиген—антитело обычно проис- ходят в сложных биологических растворах, в ко- торых биополимеры связывают большое количе- ство воды [7] и для осуществления контакта ме- © А.А. Ключко, В.Н . Барвинченко, В.В. Туров , 2006 80 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 6 жду молекулами Ig и антигена (или частицами ВДК) должна произойти значительная перестрой- ка гидратных слоев всех присутствующих в систе- ме частиц. Поэтому в процессе разработки имму- носорбентов должны быть тщательно изучены самоассоциация белковых молекул, их взаимо- действия с растворителем и ВДК, а также влия- ние на эти взаимодействия концентрации ингре- диентов и рН среды. Наиболее информативными методами иссле- дования молекулярных взаимодействий в водных средах, содержащих твердые частицы и белковые молекулы, являются адсорбция из водных раство- ров [8, 9] и метод 1Н ЯМР-спектроскопии в усло- виях вымораживания жидкой фазы [10—13]. Их сочетание дает возможность не только измерить величину адсорбции белковых молекул на поверх- ности ВДК, но и определить, как в процессе вза- имодействия изменяются гидратная оболочка и межфазная энергия на границах всех участвую- щих во взаимодействии частиц. В работе использовали аэросил марки А-300 (Калуш, Украина) с удельной поверхностью 320 м2/г, 10 %-й раствор иммуноглобулина человека производства Биофарма (Киев, Украина). Фрак- ция Ig составляет 97 % от общего количества бел- ка, который содержит: полимеров — 3 %, диме- ров и мономеров — 92 %, фрагментов — 5 %. На иммунофореграмме изученного Ig наблюдается интенсивная дуга преципитации IgG и 4 допол- нительных дуги, которые соответствуют IgА, IgМ , IgD и IgE. Растворы Ig необходимой концентрации по- лучали разбавлением стандартного 10 %-го рас- твора Ig водой или буферным раствором с рН 4.8—8.0 [14]. Концентрацию Ig определяли спек- трофотометрически (Speсord М -40) при длине волны 278 нм или по биуретовой реакции [15]. Кислотность растворов измеряли на рН-метре ЭВ-74 со стеклянным электродом. Необходимое значение рН растворов устанавливали с помощью подходящих количеств растворов НСl, КОН или буфера. Адсорбцию Ig из разбавленных растворов (0.015—0.15 %) на поверхности SiO2 изучали в статистических условиях при температуре 20 ± 1 оС. Отношение массы сорбента к массе раствора Ig во всех случаях составляло 1:200 (0.1 г адсор- бента и 20 мл раствора Ig). Для достижения ад- сорбционного равновесия систему инкубирова- ли при комнатной температуре в течение 1.5 ч, а потом центрифугировали 15 мин при скорости 8000 об/мин. Величину адсорбции (А , мг/г) Ig на поверхности ВДК определяли по формуле: А = (C0 – Cр )V /m , где C0 и Cр — исходная и равновесная (после сорбции) концентрации Ig в растворе; V — объем раствора; m — масса сорбента. Десорбцию Ig с поверхности SiO2 определяли при условии постоянного соотношения масс (1:200) адсорбента с известным количеством сорбированного Ig и растворителя. В качестве растворителя использовали водные растворы с теми же значениями рН , при которых проводи- лась адсорбция. При изучении десорбции систему инкубировали при комнатной температуре в те- чение 1.5 ч, а потом центрифугировали 15 мин при скорости 8000 об/мин и определяли концен- трацию Ig в надосадочной жидкости. Cпектры ЯМР снимали на ЯМР-спектромет- ре высокого разрешения Bruker WP-100 SY с ра- бочей частотой 100 МГц и полосой пропускания 50 кГц. Температуру регулировали с точностью ± 1 оС, используя термоприставку Bruker VT-1000. Интенсивности сигналов определяли с точностью ± 10 %. Для предотвращения переохлаждения суспензий концентрацию незамерзающей воды измеряли при нагревании суспензий, предварите- льно охлажденных до температуры 210 К. Параметры слоев межфазной воды определя- лись методом послойного вымораживания жид- кой фазы с ЯМР-регистрацией сигнала незамер- зающей воды, подробно описанным в ряде пуб- ликаций [10—13]. Метод основан на том, что при отсутствии в растворе низкомолекулярных веществ условием замерзания воды на межфаз- ной границе адсорбент (биополимер)—вода яв- ляется равенство свободных энергий молекул ад- сорбированной воды и льда. Межфазная вода за- мерзает при Т<273 К . При этом понижение тем- пературы замерзания межфазной воды (273–T) оп- ределяется уменьшением свободной энергии во- ды, вызванным адсорбционными взаимодейст- виями. Тогда уменьшение свободной энергии во- ды равно уменьшению с температурой свободной энергии льда (∆G = G0 – G, где G0 — свободная энергия льда при Т=273 К). Термодинамические функции льда табулированы с высокой точно- стью в широком диапазоне температур [16]. При этом установлено, что свободная энергия льда с понижением температуры изменяется по ли- нейному закону: – G = 0.036⋅(273 – Т ) . Если определить межфазную энергию систе- ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 6 81 мы дисперсная фаза—вода (γS) как суммарное понижение свободной энергии системы, обуслов- ленное присутствием границы раздела фаз, то она может быть рассчитана как площадь, огра- ниченная кривой зависимости ∆G(CH2O): γS = k ⋅∫ 0 CH 2 O max ∆G dCH 2O . B этом выражении CH 2O max — толщина слоя незамерзающей воды при Т→273 К , а k — раз- мерный коэффициент. В случае, когда поверх- ность границы раздела фаз известна, а межчас- тичные взаимодействия незначительны, величина γS равна поверхностной энергии. В этом случае k = 55.6/S (где S — удельная поверхность дисперс- ной фазы). Для биомакромолекул поверхность границы раздела фаз неизвестна, поэтому вели- чину γS относят к единице массы дисперсной фа- зы и измеряют в Дж/г. При этом константа k= =18–1. Следует отметить, что величина γS опре- делена в изобарическом процессе заморажива- ния–оттаивания, поэтому приходится пренебре- гать ее зависимостью от температуры. Тем не ме- нее, сопоставление межфазных энергий γS и теплот смачивания, измеренных методом микро- калориметрии, для ряда модифицированных крем- неземов показали практически полное совпаде- ние измеряемых величин [13]. Погрешность в из- мерении величины γS определяется точностью интегрирования. Обычно она не превышает 15 %. По зависимостям ∆G(CH 2O) могут быть рас- считаны толщины слоев сильно- и слабосвязан- ной воды. При этом под слабосвязанной водой понимают ту часть незамерзающей воды, свобод- ная энергия которой лишь немного понижена ад- сорбционными взаимодействиями с поверхно- стью адсорбентов или биополимеров. Она замер- зает при температуре, близкой к 273 К. Напротив, сильносвязанная вода может не замерзать даже при значительном охлаждении системы [11]. Тол- щины слоев каждого типа воды (CH 2O s и CH 2O w для сильно- и слабосвязанной воды) и соответст- вующие им максимальные величины понижения свободной энергии воды (∆Gs и ∆Gw) могут быть получены экстраполяцией соответствующих уча- стков зависимостей к осям абсцисс и ординат. На рис. 1 представлена зависимость величи- ны адсорбции Ig (С0=0.075 % мас.) от рН раство- ра. Зависимость имеет колоколообразную фор- му с максимумом в области изоэлектрической точки (ИЭТ) (для Ig ИЭТ отвечает рН 6.6 [17]) и является типичной для систем, в которых взаимо- действие белка с поверхностью кремнезема про- исходит, главным образом, за счет электростати- ческих сил. Аналогичный вид зависимости А(рН ) наблюдается и для других белков крови [18]. Появление отрицательных зарядов на моле- кулах Ig при значениях рН>рНИЭТ приводит к по- нижению адсорбции в результате электроста- тического отталкивания одноименно заряжен- ных молекул белка и частиц кремнезема. Если рН < рНИЭТ, адсорбция также уменьшается. Вероят- ным объяснением может служить либо уменьше- ние концентрации электронодонорных центров на положительно заряженных молекулах белка, которые способны образовывать водородносвязан- ные комплексы с поверхностными гидроксила- ми, либо уменьшение конформационной подви- жности молекул Ig. На рис. 2, а приведены изотермы адсорбции Ig из водных растворов на поверхности ВДК. Они имеют ленгмюровскую форму и позволяют определить величину предельной адсорбции Ig, которая при рН 6.6 равна 120, а при рН 7.4 — 105 мг/г. Для белковых молекул изотермы ад- сорбции и десорбции обычно не совпадают из-за затрудненности последнего процесса в силу мно- готочечного связывания белковых молекул с по- верхностью. Десорбция Ig практически не проис- ходит, если осуществлять ее при тех же услови- ях, при которых проводилась адсорбция. На рис. 2, б представлена зависимость концентрации десорбированного Ig в растворе от его исходной концентрации на поверхности кремнезема при рН 2. Как видно из рисунка, с увеличением коли- чества адсорбированного Ig монотонно возрас- тает и количество десорбированного белка. Од- Рис 1. Зависимость адсорбции иммуноглобулина (С0=0.075 % мас.) от pН раствора. 82 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 6 нако величина десорбции не превышает 0.2⋅10–4 % мас. Таким образом, даже при таком сдвиге рН десорбция Ig с поверхности кремнезема невелика. На рис. 3 приведены температурные зависи- мости концентрации незамерзающей воды для растворов Ig разных концентраций (рН 6.6) и рассчитанные на их основе зависимости измене- ния энергии Гиббса от концентрации незамерза- ющей воды. Характеристики слоев связанной во- ды приведены в таблице. Из таблицы видно, что в водной среде моле- кулы Ig окружены толстым слоем связанной во- ды, толщина которого в разбавленных растворах увеличивается с уменьшением концентрации бел- ковых молекул, а при концентрации Ig > 3.3 % мас., остается практически постоянной. Изменение концентрации незамерзающей во- ды происходит преимущественно за счет слабосвя- занной воды. Рост величины межфазной энергии с уменьшением концентрации Ig свидетельствует о сильной ассоциированности белковых молекул. В разбавленных растворах, когда вероятность об- разования комплексов белок–белок мала, гидрат- ная оболочка белковых молекул не деформиро- вана и имеет максимальную толщину. Соответст- венно для такого раствора регистрируется наи- большая величина межфазной энергии. Для обра- зования белковых ассоциатов из зоны межчас- Рис. 2, а — изотермы адсорбции иммуноглобулина при рН 7.4 (1) и 6.6 (2); б — зависимость концент- рации десорбированного иммуноглобулина в растворе от его исходной концентрации на поверхности кремнезема при рН 2. Рис. 3. Температурные зависимости концентрации незамерзающей воды (а) и рассчитанные на их основе зависимости изменения энергии Гиббса от концентрации незамерзающей воды для растворов иммуно- глобулина (б): 1 — 1; 2 — 1.65; 3 — 3.3; 4 — 5; 5 — 6.5; 6 — 10 % Ig. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 6 83 тичного контакта должна вытесняться та часть свя- занной воды, которая находилась в полости меж- ду взаимодействующими молекулами. При этом изменение межфазной энергии системы белок— вода должно компенсироваться изменением сво- бодной энергии в результате взаимодействия бе- лок—белок. Тогда свободную энергию взаимодей- ствия белковых молекул можно оценить как изме- нение межфазной энергии, которое происходит при концентрировании раствора. В водном растворе Ig межфазная энергия изменяется на 169 Дж/г при изменении концентрации раствора от 1 до 3.3 % мас.. Постоянство межфазной энергии в широком диапазоне изменения концентрации Ig может быть связано с тем, что в водной среде преимуще- ственно образуются полиассоциаты, содержащие фиксированное число молекул Ig и слабо взаимо- действующие между собой. С ростом концен- трации Ig концентрация белковых агрегатов воз- растает, а количество входящих в них молекул Ig остается постоянным. Введение в раствор белка частиц ВДК приво- дит к значительному понижению межфазной энер- гии системы, которое особенно заметно при ма- лой концентрации Ig (рис. 4, таблица). На рис. 5 представлена зависимость межфазной энергии от концентрации компонентов в системе Ig— Н2О—SiO2. На рисунке можно выделить три уча- стка. Если СВДК=0, то зависимость γS(C0) пред- ставляет собой изменение межфазной энергии в результате самоассоциации белковых молекул. В случае С0=0 зависимость γS(CВДК) описывает из- менение межфазной энергии в результате межчас- тичных взаимодействий. Если концентрации обе- их составляющих дисперсной фазы имеют нену- левые значения, то зависимость γS(C0, СВДК) оп- ределяется процессами адсорбции или коагуляции. Учитывая ленгмюровский вид изотерм адсорб- Характеристики слоев связанной воды в растворах Ig, суспензиях кремнезема А-300 и растворах Ig с добав- ками кремнезема Система γS , Дж/г CH2O s CH2O w –∆Gs –∆Gw г/г кДж/моль 1 % мас. Ig 352 2.1 9.9 3.0 0.7 3.3 % мас. Ig 187 1.7 3.8 2.4 0.7 5 % мас. Ig 203 2.0 5.0 2.5 0.7 10 % мас. Ig 205 1.7 5.3 2.9 0.5 4.7 % мас. SiO2 106 0.7 2.5 2.4 1.0 7 % мас. SiO2 59 0.6 1.6 2.6 0.5 9 % мас. SiO2 27 0.25 1.0 2.2 0.6 3.3 % мас. SiO2 + 2.2 % мас. Ig 162 1.8 6.2 3.0 0.5 3.3 % мас. SiO2 + 1 % мас. Ig 149 1.1 6.9 3.0 0.5 2.5 % мас. SiO2 + 2.7 % масс Ig 115 0.8 5.2 4.0 0.4 2.5 % мас. SiO2 + 1.2 % мас. Ig 200 0.8 6.2 4.8 0.3 0.25 % мас. SiO2 + 4.8 % мас. Ig 45 0.5 2.5 3.0 0.25 0.5 % мас. SiO2 + 5.3 % мас. Ig 107 0.75 4.25 2.2 0.3 Рис. 4. Температурные зависимости концентрации неза- мерзающей воды (а) и рассчитанные на их основе зави- симости изменения энергии Гиббса от концентрации незамерзающей воды для водных суспензий иммуно- глобулина с добавками кремнезема (б): 1 — 0.25 % Ig и 4.8 % SiO2; 2 — 0.5 % Ig и 5.3 % SiO2; 3 — 2.5 % Ig и 1.2 % SiO2; 4 — 2.5 % Ig и 2.7 % SiO2; 5 — 3.3 % Ig и 1 % SiO2; 6 — 3.3 % Ig и 2.2 % SiO2. 84 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 6 ции Ig на поверхности ВДК (рис. 2, а), можно предположить, что на поверхности частиц SiO2 адсорбируется в количестве одного монослоя бел- ка и коагуляция белковых молекул под влиянием поверхности кремнезема не происходит. Минимальная концентрация, при которой рас- твор Ig сформирован, в основном, за счет ассоци- ированных форм белковых молекул, составляет 3 % мас. (рис. 5). Если считать молекулярный вес Ig равным 160000, то несложные расчеты пока- зывают, что на одну молекулу белка в таком рас- творе приходится 8.3⋅106 Ao 3. При этом среднее расстояние между центрами масс белковых моле- кул составляет 200 Ao , то есть приблизительно равно линейному размеру молекул Ig. Однако образование в растворе линейных полиассоциа- тов Ig представляется маловероятным, поскольку при взаимодействии белковых молекул только за счет перекрывания гидратных оболочек конце- вых участков могут происходить относительно небольшие изменения межфазной энергии гра- ницы белок—вода. Как следует из данных табли- цы, при концентрировании раствора величина γS уменьшается почти в 2 раза. Соответственно примерно вдвое уменьшается и концентрация свя- занной воды в системе белок—вода. Столь значи- тельная дегидратация может происходить при взаимодействии трех и более молекул Ig. В ре- зультате в растворе могут образовываться мик- рогелевые структуры, состоящие из нескольких молекул белка. Опосредованно эти выводы под- тверждаются относительно малой вязкостью кон- центрированных растворов Ig. Установлено, что молекулы иммуноглобули- на необратимо сорбируются на поверхности час- тиц ВДК. В зависимости от рН среды предельная адсорбция в монослое составляет 100—120 мг/г. В водных растворах молекулы Ig способны свя- зывать до 10 г/г воды. При этом межфазная энер- гия системы белок—вода достигает 400 Дж/г, что в 3 раза больше предельного значения межфазной энергии системы ВДК—вода. В тройных колло- идных системах, содержащих воду, ВДК и белко- вые молекулы, в условиях, когда СIg<<CВДК, практически весь Ig переходит из раствора в адсорбированное состояние. Этот процесс сопро- вождается резким уменьшением величины γS. Если СIg> CВДК, то изменения γS относительно не- велики, что свидетельствует об относительно сла- бом взаимодействии частиц ВДК с адсорбирован- ным иммуноглобулином с молекулами Ig, нахо- дящимися в растворе. РЕЗЮМЕ. Методами 1Н ЯМР-спектроскопії в умо- вах виморожування рідкої фази та адсорбції з водних розчинів вивчено супрамолекулярні взаємодії в системі імуноглобулін—вода—кремнезем. Ізотерми адсорбції мають ленгмюрівський тип, а максимальна величина сорбції в ізоелектричній точці (pH 6.6) становить 120 мг/г. Побудовано карту молекулярних взаємодій в цій системі; встановлено відсутність коагуляції. SUMMARY. Supramolecular interactions in the sys- tem of immunoglobulin—water—silica have been studied by 1H NMR spectroscopy and adsorption from water solu- tion. The adsorption isotherms are of the Langmuir type and the maximum adsorption value at the isoelectric po- int (рН 6.6) is 120 mg/g. A map of intermolecular inter- actions in this system has been built; no coagulation has been found. 1. Фримель Х ., Брок Й. Основы иммунологии. -М .: Мир, 1986. 2. Larsericsdotter H., Oscarsson S ., Buijs J. // J. Colloid Interface Sci. -2001. -237. -Р. 98—103. 3. Ленинджер А . Биохимия. -М .: Мир, 1976. 4. Pink J.R.L ., Skvaril F. // FEBS Lett. -1975. -58, № 1. -P. 207—210. 5. Bentley G.A., Boulot G., M ariuzza R .A . // Res. Immu- nol. -1995. -146. -P. 277—290. 6. Aitken R., Hosseini A ., M acDuff R. // Vet. Immunol. -1999. -72. -P. 21—29. 7. Nakasako M . // Mol. Cell. Biol. -2001. -47. -P. 767—790. 8. Krause J.-P., Schwenke K.D. // Colloids Surf. B. -2001. -21. -P. 29—36. 9. Urano H., Fukuzaki S . // J. Coll. Interface Sci. -2002. -252. -P. 284—289. 10. Turov V.V., Barvinchrnko V .N. // Coll. and Surf. B. Рис. 5. Карта молекулярных взаимодействий в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 6 85 -1997. -№ 8. -Р. 125—132. 11. Turov V.V., L eboda R . // Adv. in Colloid and Interface Sci. -1999. -79. -Р. 173—211. 12. Туров В.В. // Химия поверхности кремнезема. -2001. -1. -С. 510—607. 13. Gun’ko V.M ., Turov V.V., Bogatyrev V.M . et al. // Langmuir. -2003. -19. -P. 10816—10821. 14. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Изд. 4-е. -М .: Химия, 1971. 15. Государственная фармакопея СССР: В 2 т. Изд. XI, вып. 2. -М .: Медицина, 1990. 16. Термодинамические свойства индивидуальных ве- ществ / Под ред. В.П. Глушкова. -М .: Наука, 1978. 17. Химия белка. Ч . 2 / Под ред. И .П . Ашмарина. -Изд-во Ленинградского ун-та, 1971. -С. 111. 18. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния / Под ред. А.А. Чуйко. -Киев: Наук. думка, 2003. Институт химии поверхности НАН Украины, Киев Поступила 04.01.2005 УДК 547.233.1.723: [546.791:54–36] О.В. Перлова, А.А. Ширыкалова, В.В. Менчук АДСОРБЦИЯ ХЛОРИДОВ ДИАЛКИЛАММОНИЯ СВЕЖЕОСАЖДЕННЫМ ГИДРОКСИДОМ УРАНИЛА Изучена адсорбция хлоридов диалкиламмония свежеосажденным гидроксидом уранила. Предпринята попыт- ка описать экспериментальные изотермы адсорбции некоторыми известными адсорбционными уравнения- ми (Генри, Ленгмюра, Хилла–де Бура, Харкинса–Юра). Рассчитаны константы этих уравнений и термоди- намические характеристики адсорбционного процесса. Установлено, что адсорбция носит преимуществен- но химический характер. Предложен механизм адсорбции. Найдено, что наблюдается корреляция между адсорбцией хлоридов диалкиламмония свежеосажденным гидроксидом уранила и эффективностью флота- ционного выделения урана (VI) в форме осадка первого рода. В практике очистки технологических раство- ров и сточных вод предприятий по производству и переработке урана (VI) часто приходится стал- киваться с необходимостью выделения неболь- ших количеств данного металла из больших объе- мов водных растворов [1]. Очистку сточных вод, содержащих уран (VI), осуществляют обычно ме- тодами химического осаждения, экстракции, ион- ного обмена, электрокоагуляции и пр. [2]. Однако эти методы малоэффективны, а иногда и эконо- мически невыгодны для обработки больших объ- емов разбавленных растворов, где с успехом мо- гут быть использованы флотационные методы или их комбинации с другими физико-химическими ме- тодами очистки воды [3]. Известно [4], что флотационное выделение ионов тяжелых металлов, в частности урана (VI), может быть осуществлено либо в форме их искус- ственно гидрофобизированных гидроксидов (оса- дков первого рода), либо в форме труднораст- воримых солей, обладающих естественной гид- рофобностью (осадков второго рода). Однако фло- тационное выделение осадков первого рода име- ет ряд технологических преимуществ [5], а имен- но, меньший расход собирателя, высокую скорость процесса, низкую чувствительность к присутству- ющим электролитам. Для выяснения теоретичес- ких основ процесса флотационного выделения ионов тяжелых металлов в форме осадков перво- го рода необходимо изучить основные законо- мерности адсорбции поверхностно-активных ве- ществ на поверхности свежеосажденных гидрок- сидов соответствующих металлов. Цель данной работы — изучение основных закономерностей адсорбции хлоридов диалкил- аммония (ХДАА) свежеосажденным гидрокси- дом уранила в связи с перспективой использо- вания данных ПАВ в качестве флотационных со- бирателей урана (VI) в форме осадка первого ро- да из щелочных растворов. Адсорбатами являлись 10–2 М растворы ХДАА, содержащие в своем составе 16 и 20 атомов углерода (соответственно хлориды диок- тил- и дидециламмония). В качестве адсорбента ХДАА использовали свежеосажденный гидроксид уранила. Гидроксид уранила осаждали из растворов ацетата уранила, содержащих 25 мг металла в литре, добавляя к ним 0.1 М раствора гидроксида калия в количе- стве, стехиометрически необходимом для полно- © О.В. Перлова, А.А. Ширыкалова, В.В. Менчук , 2006 86 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 6

Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин—вода—кремнезем

Репозитарії

Схожі ресурси