Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення
The kinetics of catalytic reactions of hydrogen peroxide decomposition in water solutions by carbon adsorbents of the SCN and KAU type which are used as hemo- and enterosorbents and their modified forms (oxidized in H- and Fe(III)-form) at different values of pH in comparison with the activity of ca...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5795 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення / К.В. Глевацька, О.М. Бакалiнська, М.Т. Картель // Доп. НАН України. — 2008. — № 8. — С. 126-131. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-5795 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-57952010-02-09T12:01:05Z Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення Глевацька, К.В. Бакалінська, О.М. Картель, М.Т. Хімія The kinetics of catalytic reactions of hydrogen peroxide decomposition in water solutions by carbon adsorbents of the SCN and KAU type which are used as hemo- and enterosorbents and their modified forms (oxidized in H- and Fe(III)-form) at different values of pH in comparison with the activity of catalase is investigated. The enzyme kinetics laws are applied to the description of hydrogen peroxide decomposition processes. The dependence of the Michaelis–Menten constant on pH for the reactions which are accelerated by the investigated materials and catalase is determined. It is shown that sorbents of the SCN and KAU type demonstrate a greater catalytic activity than catalase outside of the enzyme pH optimum value. This fact can be used in efferent medicine and biotechnology. 2008 Article Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення / К.В. Глевацька, О.М. Бакалiнська, М.Т. Картель // Доп. НАН України. — 2008. — № 8. — С. 126-131. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5795 661.183.1 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Глевацька, К.В. Бакалінська, О.М. Картель, М.Т. Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| description |
The kinetics of catalytic reactions of hydrogen peroxide decomposition in water solutions by carbon adsorbents of the SCN and KAU type which are used as hemo- and enterosorbents and their modified forms (oxidized in H- and Fe(III)-form) at different values of pH in comparison with the activity of catalase is investigated. The enzyme kinetics laws are applied to the description of hydrogen peroxide decomposition processes. The dependence of the Michaelis–Menten constant on pH for the reactions which are accelerated by the investigated materials and catalase is determined. It is shown that sorbents of the SCN and KAU type demonstrate a greater catalytic activity than catalase outside of the enzyme pH optimum value. This fact can be used in efferent medicine and biotechnology. |
| format |
Article |
| author |
Глевацька, К.В. Бакалінська, О.М. Картель, М.Т. |
| author_facet |
Глевацька, К.В. Бакалінська, О.М. Картель, М.Т. |
| author_sort |
Глевацька, К.В. |
| title |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| title_short |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| title_full |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| title_fullStr |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| title_full_unstemmed |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| title_sort |
кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5795 |
| citation_txt |
Кількісна оцінка каталазної активності вуглецевих сорбентів медичного призначення / К.В. Глевацька, О.М. Бакалiнська, М.Т. Картель // Доп. НАН України. — 2008. — № 8. — С. 126-131. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT glevacʹkakv kílʹkísnaocínkakatalaznoíaktivnostívuglecevihsorbentívmedičnogopriznačennâ AT bakalínsʹkaom kílʹkísnaocínkakatalaznoíaktivnostívuglecevihsorbentívmedičnogopriznačennâ AT kartelʹmt kílʹkísnaocínkakatalaznoíaktivnostívuglecevihsorbentívmedičnogopriznačennâ |
| first_indexed |
2025-07-02T08:51:11Z |
| last_indexed |
2025-07-02T08:51:11Z |
| _version_ |
1836524526241841152 |
| fulltext |
УДК 661.183.1
© 2008
К.В. Глевацька, О. М. Бакалiнська, член-кореспондент НАН України
М. Т. Картель
Кiлькiсна оцiнка каталазної активностi вуглецевих
сорбентiв медичного призначення
The kinetics of catalytic reactions of hydrogen peroxide decomposition in water solutions by
carbon adsorbents of the SCN and KAU type which are used as hemo- and enterosorbents and
their modified forms (oxidized in H- and Fe(III)-form) at different values of pH in comparison
with the activity of catalase is investigated. The enzyme kinetics laws are applied to the descri-
ption of hydrogen peroxide decomposition processes. The dependence of the Michaelis–Menten
constant on pH for the reactions which are accelerated by the investigated materials and catalase
is determined. It is shown that sorbents of the SCN and KAU type demonstrate a greater
catalytic activity than catalase outside of the enzyme pH optimum value. This fact can be used
in efferent medicine and biotechnology.
Вуглецевi пористi матерiали займають провiдне мiсце серед сорбентiв медичного призна-
чення [1]. Досвiд використання вуглецевих гемо- та ентеросорбентiв показав, що їх тера-
певтична активнiсть пов’язана не тiльки з сорбцiєю шкiдливих й отруйних речовин i ме-
таболiтiв з бiологiчних середовищ, а й з дiєю на метаболiчнi шляхи органiзму, включаючи
ферментативнi процеси, зокрема гiдролiз бiлкiв, жирiв i складних ефiрiв, iнверсiю сахарози,
розкладання пероксидiв, сечової кислоти тощо [2–6]. При цьому сорбенти можуть викону-
вати такi функцiї: здатнiсть виявляти власну ензимоподiбну активнiсть в окисно-вiдновних
та протеолiтичних процесах; можливiсть модифiкувати, наприклад, у процесi окиснення
та подальшого введення на їх поверхню iонiв рiзних металiв, комплексiв або iнших лiган-
дiв, пiдсилюючи, таким чином, каталiтичну здатнiсть вуглецевого матерiалу; бути носiями
iммобiлiзованих ферментiв та впливати на активнiсть останнiх.
Перебiг ферментативних реакцiй в присутностi вуглецевих сорбентiв iз розвиненою по-
верхнею може бути iстотно змiнений — загальмований або прискорений. Це визначається
природою сорбентiв, їх структурно-сорбцiйними властивостями та хiмiєю поверхнi. Знання
закономiрностей такого впливу вiдкриває можливiсть створення сорбентiв направленої те-
рапевтичної дiї, а також бiокаталiзаторiв на основi iммобiлiзованих на поверхнi твердих тiл
ензимiв для бiотехнологiчних процесiв та бiосенсорики.
Авторами даного повiдомлення було дослiджено та кiлькiсно оцiнено каталiтичну (ката-
лазну) активность вуглецевих сорбентiв типу СКН й КАВ (вiдповiдно синтетичного азотов-
мiсного й кiсточкового активованого вугiлля) та ряду їх модифiкованих форм (окиснених
у Н- та сольовiй Fe(III)-формi) у реакцiї розкладання пероксиду водню (H2O2) при рiзних
значеннях pH у порiвняннi з активнiстю лiофiлiзованої каталази (36000 о. а.).
Процес розкладання H2O2 вивчали при 298 К у термостатованiй комiрцi з перемiшу-
ванням. Об’єм розчину H2O2 у кожному дослiдi становив 50 мл, маса наважки вуглецевого
сорбенту — 0,1 г, а маса каталази — 4 мг. Змiну концентрацiї H2O2 з часом визначали пе-
рiодичним титруванням стандартним розчином перманганату калiю вiдiбраних проб. У ро-
ботi використовували хiмiчнi реактиви марки “ч. д. а”. За вихiдне брали вугiлля медичного
призначення типу СКН та КАВ, яке в ходi дослiдження окиснювали азотною кислотою
126 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №8
Рис. 1. Кiнетика розкладання H2O2 за таких умов: VH2O2
50 мл, CH2O2
1%, pHH2O2
5,8 у присутностi:
1 — КАВ; 2 — КАВo; 3 — СКН; 4 — СКНo; 5 — КАВo-Fe; 6 — СКНo-Fe; 7 — лiофiлiзованої каталази
до певних значень статичної обмiнної ємностi (СОЄ), а потiм отримували сольову форму
окисненого вугiлля в процесi модифiкування розчином FeCl3 [7]. Нами визначено структур-
но-сорбцiйнi характеристики сорбентiв: об’єм сорбцiйних пор (Vs) ексикаторним методом за
бензолом, питому поверхню сорбентiв (Sпит) методом термiчної десорбцiї аргону, а також
їх СОЄ. Кiлькiсть залiза в сольових формах сорбентiв встановлено атомно-абсорбцiйним
спектрометром КАС-120.1, аналiзуючи розчини пiсля обробки зразкiв гарячим 0,1 н розчи-
ном соляної кислоти. Характеристики дослiджених зразкiв вугiлля наведено в табл. 1.
Кiнетику реакцiї розкладання H2O2 у водних розчинах з концентрацiєю вiд 1 до 8%
у присутностi звичайних, окиснених та сольових форм вугiлля вивчали при порiвняннi з лi-
офiлiзованою каталазою. Дослiди проводили з водними розчинами H2O2 при таких значен-
нях pH: 4,8; 5,8; 6,8 й 7,8. pH пiдтримували буферними системами. Кiнетичнi кривi реакцiї
в присутностi сорбентiв та каталази при pH 5,8 (pH оптимум каталази) наведено на рис. 1.
З рисунка видно, що остання є найбiльш активною. Отже, зазначимо, що, як i очiкувалося,
синтетичне вугiлля типу СКН та його модифiкованi форми бiльш активнi, нiж вiдповiднi
зразки кiсточкового вугiлля. За здатнiстю розкладати H2O2 в цих умовах (за каталазною
активнiстю) матерiали можна розташувати в такiй послiдовностi:
Каталаза > CKH > CKHo > CKHFe > КАВFe > KАВ > KАВo.
Таблиця 1
Тип вугiлля СОЄ, мекв/г Vs, см3/г Sпит, м2/г Кiлькiсть Fe, мг/г
KАВ 0,25 0,51 1070 —
KАВo 1,30 0,84 1850 —
KАВo-Fe — — — 11,4
СKН 0,25 0,75 1970 —
СKНo 2,10 0,78 2140 —
СKНo-Fe — — — 10,3
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №8 127
Рис. 2. Залежнiсть константи Мiхаелiса–Ментен вiд pH для зразкiв вуглецевих сорбентiв на основi вугiлля
КАВ:
1 — КАВ вихiдне; 2 — КАВo; 3 — КАВo-Fe
Щоб отримати кiлькiснi данi для порiвняння каталiтичної активностi вуглецевих сор-
бентiв з активнiстю каталази, нами було застосовано стандартну характеризацiю процесу,
згiдно з кiнетичними закономiрностями щодо ферментативних реакцiй [8].
Важливою характеристикою оцiнки активностi ферменту в дослiджуваних умовах є кон-
станта Мiхаелiса–Ментен (Km): чим менше значення Km, тим фермент вважається бiльш
активним. Константа Km чисельно дорiвнює концентрацiї субстрату, при якiй швидкiсть
реакцiї дорiвнює половинi максимального значення Km. Для визначення Km знаходять по-
чаткову швидкiсть реакцiї при рiзних концентрацiях субстрату. Всi iншi умови дослiду (pH,
температура, iонний склад тощо) залишаються постiйними. Отриманi результати викори-
стовують для побудови графiка залежностi початкової швидкостi реакцiї вiд концентрацiї
субстрату в координатах Мiхаелiса (v0 вiд [C]) або в зворотних координатах Лайнуiвера та
Берка (1/v0 вiд 1/[C]). З графiка залежностi 1/v0 вiд 1/[C] шляхом екстраполяцiї прямої до
перетину з вiссю абсцис розраховують величини Km и vмакс:
1
v0
=
Km
vмакс
·
1
[С]
+
1
vмакс
.
З кiнетичних кривих видно, що вугiлля типу КАВ у порiвняннi з вугiллям типу СКН
проявляє меншу активнiсть в реакцiї розкладання H2O2. Причини цього, мабуть, пов’я-
занi з будовою вуглецевих матриць, що зумовлює електронодонорну здатнiсть матерiалу,
ступенем розвиненостi поверхнi та концентрацiєю поверхневих активних кластерiв. Залеж-
нiсть Km вiд pH розчину для вугiлля типу КАВ та його модифiкованих форм iлюструє
рис 2., з якого видно, що каталiтична активнiсть вугiлля типу КАВ та КАВo-Fe висока та
майже однакова у дослiдженому iнтервалi pH, тодi як окиснене вугiлля втрачає активнiсть
iз збiльшенням pH пiсля 5,8. Це зумовлено тим, що окиснене вугiлля бiльш електронега-
тивне, нiж вихiдне, i характеризується пiдвищеною роботою виходу електрона через виник-
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №8
Рис. 3. Залежнiсть константи Мiхаелiса–Ментен вiд pH для зразкiв вуглецевих сорбентiв на основi вугiлля
СКН:
1 — СКН вихiдне; 2 — СКНo; 3 — СКНo-Fe
нення на границi розподiлу фаз значного стрибка потенцiалу
+
C−
−
O [9–11], тобто на його
поверхнi перенесення електронiв до субстрату проходить важче, нiж за вiдсутностi кисне-
вмiсних груп. Введення на поверхню КАВ iонiв залiза практично вiдновлює ензимоподiбну
здатнiсть матерiалу до рiвня вихiдного вугiлля. Це можна пояснити зникненням електроне-
гативностi окисненої поверхнi вугiлля та утворенням поверхневих координацiйних сполук,
якi за даних умов сприяють перенесенню електронiв з вугiлля, тобто каталiтичнiй дiї. Це
узгоджується з добре вiдомим фактом збiльшення каталiтичної активностi iонiв залiза (III)
в гомогенних умовах, якщо вони утворили хелатнi сполуки з винною, салiциловою та iн-
шими органiчними кислотами [7].
Вугiлля типу СКН проявляє значно бiльшу активнiсть у реакцiї розкладання H2O2,
нiж вугiлля типу КАВ (див. рис. 1). Це пов’язують з будовою графiтоподiбної гратки та
з наявнiстю в СКН атомiв азоту, якi збiльшують основнiсть сорбентiв, що змiнює заряд
поверхнi вугiлля та збiльшує ємнiсть подвiйного електричного шару [5–7]. З аналiзу кiне-
тичних кривих можна зробити висновок, що окиснення вугiлля типу СКН призводить до
незначного погiршення його здатностi розкладати H2O2, але наявнiсть залiза в сольовiй
формi не вiдновлює активнiсть до значень вихiдної форми вугiлля.
Рис. 3 iлюструє залежнiсть Km вiд pH для вугiлля типу СКН та його модифiкованих
форм. З рисунка видно, що окиснення сорбенту типу СКН не змiнює вигляд кривої залеж-
ностi Km вiд pH. Цi матерiали проявляють приблизно однакову активнiсть в iнтервалi pH
вiд 5 до 7. Модифiкування СКНo iонами Fe3+ значно звужує цей iнтервал. Можна ствер-
джувати що сольова форма вугiлля активна при pH < 5,2. У той самий час в iнтервалах pH
вiд 5,2 до 6,3 та > 6,8 ензимоподiбна функцiя такого вуглецевого матерiалу сильно зменше-
на. Отже, треба бiльш ретельно вивчити форми утворення комплексiв залiза на поверхнi
вугiлля при iонному обмiнi — анiонообмiннi властивостi окисненого вугiлля СКНo зали-
шаються досить сильними i достатнiми для утворення на поверхнi гiдроксидних кластерiв
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №8 129
Рис. 4. Залежнiсть константи Мiхаелiса–Ментен вiд pH для каталази (1 ) та зразкiв активного вугiлля
СКН (2 ) й КАВ (3 )
залiза (III), якi пасивують електронодонорну здатнiсть поверхнi вуглецевого матерiалу. За-
лежнiсть Km вiд pH для залiзної сольової форми вугiлля СКНo є складною для аналiзу
i потребує додаткових дослiджень.
Порiвняння каталiтичної здатностi вуглецевих сорбентiв розкладати H2O2 з даними для
лiофiлiзованої каталази, активнiсть якої вивчено у тих самих умовах, що й для сорбентiв,
демонструє рис. 4. Показано, що каталаза з усiх дослiджених систем має найнижчi показни-
ки Km при pH 5,8, тобто є найактивнiшою серед дослiджених нами об’єктiв у реакцiї роз-
кладання H2O2. Саме таке значення pH вiдповiдає pH оптимуму ферменту [11]. За межами
цього значення каталаза рiзко втрачає каталiтичну активнiсть. Значно бiльший “робочий”
pH дiапазон каталiтичної здатностi мають вуглецевi сорбенти. Вугiлля типу СКН активне
в iнтервалi pH вiд 5,6 до 6,8. За межами цього iнтервалу КАВ виявляє активнiсть вищу,
нiж фермент i вугiлля СКН.
Таким чином, нами визначено та зiставлено константи Мiхаелiса–Ментен для ряду ву-
глецевих матерiалiв i каталази в реакцiї розкладання пероксиду водню та їх залежнiсть
вiд pH. Встановлено, що з точки зору кiнетики ферментативних реакцiй можна дати кiль-
кiсну оцiнку ензимоподiбної активностi вуглецевих сорбентiв, що дає змогу порiвнювати
їх властивостi з каталiтичною здатнiстю вiдповiдного ферменту. Показано, що сорбенти
типу СКН та КАВ бiльш активнi поза значенням pH оптимуму ферменту, що має вели-
ке значення при використаннi цих вуглецевих матерiалiв як медичних сорбентiв (гемо- та
ентеросорбцiя), а також при створеннi ефективних каталiзаторiв для бiотехнологiй.
1. Стрелко В.В., Картель Н.Т. Активные угли медицинского назначения // Науковi основи розробки
лiкарських препаратiв. – Харкiв: Основа, 1998. – С. 490–516.
2. Щербицкий А.Б., Картель Н.Т., Михаловский С. В. и др. Исследование закономерностей разложе-
ния перекиси водорода углеродными гемосорбентами // Адсорбция и адсорбенты. – 1983. – № 11. –
С. 80–84.
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №8
3. Тарковская И.А., Ставицкая С.С., Томашевская А.Н. и др. Сорбционные и каталитические свойства
модифицированных углеродных материалов // Там же. – 1983. – № 11. – С. 68–76.
4. Ставицкая С.С., Стрелко В.В. Каталитические свойства углеродных энтеросорбентов // Теорет. и
эксперим. химия. – 1995. – 31, № 2. – С. 76–80.
5. Ставицкая С.С., Тарковская И.А., Петренко Т.П. Основные факторы, определяющие каталитичес-
кие свойства активных углей // Там же. – 1996. – 32, № 6. – С. 336–344.
6. Ставицкая С.С., Стрелко В. В., Цыба Н.Н. и др. Пути направленного регулирования каталазной
активности углеродных материалов из разного сырья // Экотехнология и ресурсосбережение. –
2006. – № 4. – С. 12–19.
7. Тарковская И.А. Окисленный уголь. – Киев: Наук. думка, 1981. – 200 с.
8. Березин И.В., Клячко Н.Л., Левашов А.В. и др. Иммобилизованные ферменты. – Москва: Высш.
шк., 1987. – 160 с.
9. Стражеско Д.Н. Электрофизические свойства активных углей и механизм процессов, происходящих
на их поверхности // Адсорбция и адсорбенты. – 1976. – № 4. – С. 3–14.
10. Тарковская И.А., Ставицкая С.С., Стрелко В. В. Каталитические свойства азотсодержащих углей //
Укр. хим. журн. – 1983. – 49, № 1. – С. 16–20.
11. Стрелко В. В., Глуховский П.В., Картель Н.Т. Влияние внешней поляризации угля с иммобилизи-
рованой каталазой на эффективность разложения H2O2 // Там же. – 1994. – 60, № 10. – С. 677–681.
Надiйшло до редакцiї 09.01.2008Iнститут сорбцiї та проблем ендоекологiї
НАН України, Київ
УДК 543.2,542.61,661.185.1
© 2008
С.А. Куличенко, О. И. Федорчук, В. А. Дорощук
Влияние природы, структуры и гидрофобности
индуцирующих добавок на температуру помутнения
водных растворов неионного ПАВ Triton X-100
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Н.С. Слободяником)
The influence of the hydrophobicity, nature, and structure of inducing addition agents on the
cloud point temperature of Triton X-100 nonionic surfactant solutions is investigated, and the
statistical estimation of the influence of each parameter is carried out. The linear regression
equation for the prediction of a decrease of the cloud point temperature in the presence of
inducing agents is suggested.
Мицеллярная экстракция фазами неионных поверхностно-активных веществ (НПАВ) яв-
ляется одним из распространенных методов разделения и концентрирования микрокомпо-
нентов [1–5]. Нагревание растворов НПАВ до температуры помутнения (Tп) приводит к раз-
рушению водородных связей между атомами кислорода полиоксиэтиленовой цепи НПАВ
и молекулами воды. В результате образуются две фазы: мицеллярная фаза НПАВ и раствор
неионного ПАВ с концентрацией, близкой к критической концентрации мицеллообразова-
ния [4]. В целях концентрирования используется мицеллярная фаза НПАВ.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №8 131
|