авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Влияние состава водно-органических растворителей и буферных систем на энтальпийные характеристики сольватации аминокислот и пептидов при 298,15 к

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МЕЖЕВОЙ Игорь Николаевич

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ И БУФЕРНЫХ СИСТЕМ НА ЭНТАЛЬПИЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛЬВАТАЦИИ АМИНОКИСЛОТ И ПЕПТИДОВ ПРИ 298,15 К

02.00.04 физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Иваново - 2004

Работа выполнена в Институте химии растворов Российской Академии наук

Научный руководитель кандидат химических наук,

старший научный сотрудник

Баделин Валентин Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Усольцева Надежда Васильевна

доктор химических наук, профессор

Королев Валерий Павлович

Ведущая организация: Ярославский государственный технический

университет

Защита состоится “…” ноября 2004 г. в ___ час. на заседании диссертационного совета Д 002.106.01. в Институте химии растворов РАН по адресу: 153045, г.Иваново, ул.Академическая, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИХР РАН

Автореферат разослан “____”______________” 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: Ломова Т.Н.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Изучение природы взаимодействий в растворах биомолекул и их модельных соединений является актуальной задачей, так как особенности сольватации (гидратации) простых структурных элементов (аминокислот и олигопептидов) во многом определяют сольватацию и биологическую активность более сложных биосистем. Органические растворители (ацетон, спирты и др.), изученные в работе, присутствуют в той или иной мере в живых организмах и могут существенно изменять свойства растворов белковых молекул. Диметилсульфоксид, обладающий высокой проникающей способностью, используется в качестве лечебного средства и криопротектора лекарственных препаратов. Исследование термодинамических свойств растворов биовеществ в водно-органических растворителях позволяет выявить роль различных функциональных групп в межмолекулярных взаимодействиях. Взаимодействия между биомолекулами (сахаридами и аминокислотами или пептидами), сопровождаются небольшими изменениями энергии, но чаще всего они играют определяющую роль в функционировании живых организмов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Провести на специально сконструированном многоампульном калориметре с изотермической оболочкой термохимическое исследование растворов аминокислот и пептидов в воде, в водных растворах спиртов (этанола, н-пропанола и изо-пропанола), апротонных растворителях (ацетонитрила, 1,4-диоксана, ДМСО, ДМФА и ацетона), моно- и дисахаридов (D-глюкозы, D-мальтозы и сахарозы) и буферном растворе. Определить на дифференциальном калориметре титрования энтальпии смешения пептидов с дисахаридами в воде. На основе полученных термохимических характеристик выявить:

-основные закономерности изменения термодинамических величин (trH, intH, hxy) растворения аминокислот и пептидов в смешанных растворителях различной природы.



-особенности межмолекулярных взаимодействий аминокислот и пептидов с органическим компонентом раствора.

-особенности изменения энтальпий растворения глицина в буферном растворе при различных рН с учетом кислотно-основных процессов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Получены новые данные по энтальпиям растворения исследуемых аминокислот и пептидов в воде, водно-органических смесях, растворах моно- и дисахаридов и буферном растворе, энтальпий смешения пептидов с дисахаридами в водных растворах, которые могут служить базовой термодинамической информацией, дающий вклад в понимание взаимодействий растворенное вещество-растворитель в биохимических системах. Предложен метод расчета величин энтальпий сублимации 17 аминокислот, имеющих боковые радикалы различной химической природы, исходя из корреляции “структура-свойство”. Количественно оценены энтальпии гидратации (hydrH0) в воде. Выявлены закономерности влияния природы и концентрации водно-органического растворителя и структуры растворяемых биомолекул на энтальпийные характеристики переноса аминокислот и пептидов. Предложен подход, позволяющий проводить расчет энтальпий растворения solH биологически активных веществ данного класса в сложных системах с различными значениями рН раствора с учетом количественного вклада кислотно-основных процессов, протекающих в них.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Результаты проведенных исследований растворов модельных соединений белков могут быть использованы при интерпретации и прогнозировании термодинамических свойств сложных биологических систем. Полученные термодинамические характеристики процессов растворения, сублимации, сольватации биомолекул и кислотно-основных равновесий открывают возможности для понимания механизмов биохимических реакций и представляют интерес для медицины, фармакологии и косметологии.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание работы опубликовано в 20 печатных работах (7 статей в рецензируемых журналах, 2 депонированные статьи, 11 тезисов докладов). Результаты исследований докладывались и обсуждались на 8 Международной конференции по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах (Иваново, 2001), 4 Международной конференции по химической термодинамике (Санкт-Петербург, 2002), Международной научной конференции по кристаллизации в наносистемах (Иваново, 2002), Международной конференции по Физико-химическому анализу жидкофазных систем (Саратов, 2003), Юбилейной научной конференции “Герасимовские чтения” (Москва, 2003), Всероссийском симпозиуме по термохимии и калориметрии 2004 (Нижний-Новгород, 2004), IX Международной конференция по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах (Плес, 2004), III Международной конференции по кинетике и механизмам кристаллизации (Иваново, 2004).

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введения, главы, посвященной обзору литературы, экспериментальной части, описывающей установки, методику работы и анализ погрешности определения тепловых эффектов, а также четырех глав, включающих экспериментальный материал и его обсуждение, итоговые выводы, списка цитируемой литературы.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава литературного обзора включает обзор имеющихся в литературе данных о структуре и физико-химических свойствах аминокислот и дипептидов и их водных растворах. Во второй главе рассмотрены некоторые физико-химические свойства спиртов, апротонных растворителей, моно- и дисахаридов и их водных растворов. Проведен анализ литературных данных по термодинамике аминокислот и дипептидов в водно-органических смесях и растворах сахаров. Отмечено незначительное количество работ по термохимии растворения аминокислот в водно-органических смесях, ограничивающихся разбавленной областью органического компонента (до 0,1 м.д.), а также отсутствие данных по калориметрии растворения дипептидов в исследуемых смесях. Рассмотрены кислотно-основные равновесия аминокислот в воде при изменении рН среды.

КАЛОРИМЕТР РАСТВОРЕНИЯ

Тепловые эффекты измеряли на сконструированном четырехампульном калориметре с изотермической оболочкой. Реакционная часть калориметра и все внутренние детали, соприкасающиеся с раствором, выполнены из титанового сплава ВТ-1. Объем реакционного сосуда 110 мл. Датчиком температуры служил термистор КМТ-14. Температура изотермической оболочки поддерживалась с точностью ±0,005 К. Градуировка теплового эффекта проводилась электрическим током. Надежность результатов оценивалось по энтальпиям растворения КСl(к) в воде. Полученное значение хорошо согласуется с общепринятыми литературными данными, что говорит об отсутствии заметной систематической ошибки в работе установки.

КАЛОРИМЕТР ТИТРОВАНИЯ

Тепловые эффекты смешения водных растворов пептидов и дисахаридов измерялись на дифференциальном калориметре титрования промышленного производства США ITC MicroCal OMEGA. Объемы ячеек, изготовленных из высоко эффективного теплопроводящего материала (Hasteloy), составили 1,3611мл. Водный раствор дисахарида (сдс0.2 моль/л), помещенный в дозатор (V=250мкл), непрерывно автоматически вводился в водный раствор пептида (сп0.02 моль/л), находящийся в образцовой ячейке. Объем единичной дозы составлял 12мкл. В ячейке сравнения находилась вода. Параметры титрования (объем дозы, их число и временной интервал между ними) задавался с помощью встроенной программы, контролирующей данные. Чувствительность калориметра составила 0.8мкДж. Для перехода к молярным концентрациям пептидов и дисахаридов на денсиметре Anton Paar DMA 60/62 были измерены плотности растворов. Обработка экспериментальных данных проводилась автоматически предусмотренным пакетом программ. Тепловые эффекты разведения дисахаридов и пептидов измерялись отдельно.

1. Термохимические свойства водных растворов аминокислот и олигопептидов.

Измерены интегральные энтальпии растворения алифатических аминокислот и пептидов в воде.

Таблица 1.

Энтальпии растворения (кДж/моль) аминокислот и пептидов в воде при 298,15 К.

вещество Литературные данные
глицин 14,25±0,11* 14,12; 14,20; 14,18; 14,13; 14,08
диглицин 11,56±0,17 11,84; 11,67
триглицин 17,62±0,15 11,58; 17,69
DL--аланин 9,34±0,09 9,85; 9,13; 9,21; 9,25; 9,35; 8,65
DL--аланил-глицин 1,30±0,05
DL--аланил-глицилглицин 2,72±0,03
L--аланил-L--аланин -10,79±0,15 -11,0
DL--аланил-DL--аланин -7,29±0,06 -7,59
DL--аланил--аланин -4,63±0,04
-аланил--аланин 5,67±0,06
D-валин 2,16±0,05
DL--аланил-DL-валин -16,44±0,17

*погрешность выражена как стандартное отклонение с 95% вероятностью доверительного интервала

Величину энтальпии растворения при бесконечном разведении рассчитывали как среднюю из результатов семи измерений. Как следует из приведенных в Табл. 1. данных, процесс растворения в воде для одних веществ является эндотермичным, а для других – экзотермичным. Это указывает на то, что энергетические затраты на разрушение кристаллической структуры веществ, в 1-ом случае, не компенсируются энергетическими эффектами экзотермических эффектов гидратации, в отличие от вторых. При увеличении размера растворенного вещества наблюдается тенденция уменьшения эндотермичности процесса растворения и повышения его экзотермичности. Величина L и DL-форм диаланина различаются на 3,5 кДж.

Корректная количественная оценка гидратационных вкладов в аминокислот и пептидов возможна только на основе учета энергий их кристаллических решеток, что и было сделано нами на примере аминокислот. Для расчета энтальпии гидратации по экспериментальным данным необходимо знать энтальпию сублимации (), экспериментальное нахождение которой зачастую затруднено. Предложен метод оценки энтальпий сублимации аминокислот на основе выявления корреляционной зависимости между и строением молекул исследуемых веществ. В качестве базовых функций строения соединения были выбраны молекулярный объем и длина межатомных связей. При проведении сравнительного термодинамического анализа разных соединений использованы объемно-удельные параметры, основанные на подходе Райса-Бландамера, получаемые путем деления на объем фазы (VvdW – ван-дер-ваальсовый объем молекулы). В основу предлагаемой корреляционной модели «структура-энтальпия сублимации» может быть положено соотношение (1):





(1)

где li-длина i-ой связи, ni-число связей.

Справедливость уравнения (1) проверена на основе имеющихся экспериментальных данных по для 7 аминокислот. Исследование зависимости показало, что она носит линейный характер в соответствии с уравнением (1) (А=2,88, В=0,065, r=0,985, N=7). Данный подход был распространен на другие аминокислоты, для которых отсутствуют экспериментальные значения . В таблице 2 приведены полученные значения для 17 аминокислот. Сравнение рассчитанных величин 7 аминокислот с их экспериментальными значениями позволило оценить предсказательную способность уравнения (1) с погрешностью в 3,2%.

Представляло интерес проследить изменение характера гидратации аминокислот в зависимости от природы бокового радикала. Были определены объемно-удельные энтальпии гидратации аминокислот, представляющие собой отношение к величине парциального мольного объема V20 аминокислоты при бесконечном разбавлении. При увеличении числа атомов углерода в молекуле соединения наблюдаются тенденции повышения значений () в рядах аминокислот, имеющих боковые радикалы: I – алифатические, II – ароматические и гетероциклические, III – серу-, азот- и кислород- содержащие.

Таблица 2.

Стандартные термодинамические характеристики аминокислот в водных растворах при 298,15 К.

Название соединения solH0*, кДж/моль 106 V20*, м3/моль subH, кДж/моль -hydrH0, кДж/моль hydrH0/V2010-6, кДж/м3


I-алифатические
глицин 14,25 43,19 136,3 122,1 -2,83
-аланин 9,50 58,28 148,4 138,9 -2,38
DL-аланин 9,34 60,42 148,8 139,4 -2,30
L-аланин 7,62 59,62 144,7 137,0 -2,26
L-валин 5,37 90,79 158,7 153,4 -1,69
L-лейцин 2,93 107,83 151,4 148,5 -1,38
II-ароматические и гетероциклические
L-пролин -3,10 82,50 149,0 152,1 -1,84
L-гистидин 13,96 95,79 156,7 142,8 -1,49
L-фенилаланин 7,70 121,48 153,9 146,2 -1,20
L-гистидин 19,96 123,6 145,8 125,9 -1,02
L-триптофан 6,74 143,91 113,6 106,9 -0,74
III-серу-, азот- и кислород- содержащие
L-серин 11,01 62,66 150,2 139,2 -2,22
L-цистеин 11,00 73,44 163,7 152,8 -2,08
L-треонин 9,78 76,90 161,0 151,2 -1,97
L-аспарагин 31,51 78,00 166,5 134,9 -1,73
L-глутамин 22,76 93,90 171,4 148,6 -1,58
L-метионин 11,21 105,35 169,0 157,8 -1,49


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.