close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;doc

код для вставкиСкачать
УДК 541.64
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТУРБИДИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ МОЛЕКУЛ БЕЛКА И КОМПЛЕКСОВ
МЕДИ С КЕРАТИНОМ, ПОЛУЧЕННЫХ ДЕСТРУКЦИЕЙ ПЕРА
СОСТАВАМИ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИТА НАТРИЯ
© 2014 Е.Н. Розанова1, Е.В. Грехнева2, О.Н. Лопухина3,
Е.С. Соболева4, А.А. Еськова5
1
канд. хим. наук,
доц. каф. химии
e-mail: [email protected]
2
канд. хим. наук,
доц. каф. химии
e-mail:[email protected]
3, 4, 5
студенты по направлению «Химическая технология», каф. химии
Курский государственный университет
Турбидиметрическим методом исследованы белоксодержащие композиции, в том
числе комплексы белка с медью, полученные деструкцией пера составами на основе
сульфита натрия в присутствии Cu2+ и некоторых ПАВ. Оптические характеристики
изучали на спектрофотометре «UV-1800» фирмы SHIMADZU. Размер частиц в сухих
образцах определяли на электронном микроскопе «Quanta 650 FEG».
Ключевые слова: турбидиметрический метод, белковые молекулы, комплексы
белка с медью, сульфит натрия, ПАВ.
Перо в основном состоит из белка кератина, который представлен смесью
регулярной и беспорядочной конформации белка: для внутренней части это 41 % αспирали, 38 % β-слоя, 21 % аморфной структуры; для внешней части соответственно
50 % α-спирали, 20 % β-листа, 30 % – беспорядочные структуры [Patent US
WO2005065301 A2. 2005].
В основе применяемого способа получения растворимой формы перьевого
кератина лежит процесс, представленный в патенте [Patent US 7148327 B2. 2006]. В
отличие от предлагаемых в этом патенте обработок, использовались приемы
физических методов интенсификации химических процессов для сокращения
длительности процесса и увеличения выхода растворимого белка.
Состав, применяемый для деструкции пера, включает сульфит натрия, медноаммиачный комплекс с добавлением серной кислоты, без ПАВ и в их присутствии.
Использовались анионные и неионные ПАВ: из анионных – Glydol №1003, Сульфонол
АВС, Texapon №70; из неионных – Plantacar, ОС-20 [Розанова, Кометиани, Еськова,
Лопухина, Соболева 2014а]. Очищенное и измельченное кератинсодержащее сырье подвергалось обработке
реагентами и физическим воздействиям (нагрев, механическое перемешивание,
обработка
ультразвуком)
в
разной
последовательности.
Под
влиянием
деструктирующих факторов в условиях эксперимента кератин из нерастворимой
формы переводили в растворимую форму с промежуточным образованием комплекса
белка с медью.
В предыдущих исследованиях этих систем на электронном микроскопе были
определены форма и размеры частиц комплексов белка с медью, высушенных при
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
естественных условиях [Розанова, Кометиани, Еськова, ,Лопухина, Соболева 2014б].
Для белка определение размера частиц на электронном микроскопе весьма
затруднительно, так как надо оттенять, замораживать образец, но и это не дает
гарантированно точные результаты.
Как известно, под воздействием деструктирующих факторов в растворах белков
происходят обратимые конформационные переходы:
α-спираль↔статистический клубок↔β-структура
↓
глобула
Переходы спираль – клубок происходят в растворах при нагревании, при
изменении рН и концентрации солей. Это влечет за собой изменение
характеристической вязкости, оптической плотности, коэффициента седиментации и
других гидродинамических и оптических свойств растворов белков [Геллер, Геллер,
Чиртулов 1996].
Предположения о величине и форме белковых молекул ранее основывались в
основном на результатах ультрацентрифугирования, диффузии и др. Для сухих
образцов современные методы исследования (электронная микроскопия и
рентгеноструктурный анализ высокого разрешения) позволяют точнее установить
форму и пространственную конфигурацию белковых молекул. Для определения
размеров частиц в растворах применяют оптические методы, основанные на рассеянии
света (опалесценции). По чувствительности они практически такие же, как электронная
микроскопия. Например, в клинической диагностике используют турбидиметрический
метод для определения белка в моче.
Известно, что молекулы белков, находящиеся в растворах в виде клубка,
стремятся к сферической форме, размер сферы связан с величиной молекулярной
массы. Например, малые белки имеют характерный размер сферы – диаметр ~4 нм,
молекулярная масса ~104 ÷ 105, субъединицы – аминокислотные остатки, число
субъединиц 102 ÷ 103 (или 103 ÷ 104). Большие белки могут иметь характерный размер
сферы – диаметр ~7 нм, молекулярную массу ~105 ÷ 107, субъединицы – ковалентные
цепочки, число субъединиц ~10 ÷ 102. Малые комплексы соответственно обладают
характерным размером сферы – диаметр ~20 нм, молекулярной массой ~105 ÷ 107,
субъединицами – ковалентными цепочками, число субъединиц ~10 ÷ 102. Большие
комплексы имеют характерный размер сферы – диаметр ~100 нм, молекулярную массу
~107 ÷ 1012, субъединицы – области (фрагменты, компоненты), число субъединиц ~10 ÷
102 [Кантор, Шиммел 1984].
Размер и форма макромолекулы влияет на ее движение в растворе, а в
промышленных условиях при переработке растворов высокомолекулярных соединений
размеры клубков макромолекул в растворах очень важны в плане гомогенизации,
очистки, фильтрования биополимеров. Известно, что в растворах практически все
молекулы белка после воздействия деструктирующих факторов приобретают форму
статистического клубка.
По данным электронной микроскопии для кератинсодержащих композиций
[Розанова, Кометиани, Еськова, Лопухина, Соболева 2014б], размер частиц больше, чем
рекомендуемый при использовании закона Рэлея, частицы неоднородны по размеру. В
связи с этим был выбран турбидиметрический метод для определения размеров частиц
систем, не подчиняющихся закону Рэлея, расчеты проводили с использованием
уравнения Геллера.
В исследовании использовался спектрофотометр «UV-1800» фирмы SHIMADZU,
который позволяет измерять оптическую плотность растворов в широком диапазоне
длин волн. Как известно, при определении концентрации белка в растворе по
A u d i t o r i u m : э л е к т р о н н ы й н а у ч н ы й ж у р н а л К у р с к о г о г о с у д а р с т в е н н о г о
университета. 2014. № 4
Розанова Е. Н., Грехнева Е. В,, Лопухина О. Н., Соболева Е. С., Еськова А. А,
Использование турбидиметрического метода для определения размеров молекул
белка и комплексов меди
с кератином, полученных деструкцией пера составами на основе сульфита натрия
оптической плотности используют диапазон длин волн в коротковолновой части
спектра (260 нм и 280 нм), в турбидиметрическом методе используют диапазон
видимой
части
спектра
(400–800
нм).
Поэтому
при
использовании
турбидиметрического метода для определения размеров частиц в содержащих кератин
растворах был выбран интервал длин волн от 240 нм до 800 нм.
Объектами исследования являлись разбавленные растворы полученных
комплексов белка с медью в присутствии ПАВ, комплексов, разрушенных избытком
серной кислоты, а также растворы белка после промывки и центрифугирования.
Отдельные результаты представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Результаты расчета размеров частиц комплексов перьевого кератина с медью
по турбидиметрическому методу
Расчетные
величины без ПАВ
n
z
d, нм
2,49
7,19
301,36
Комплексы перьевого кератина с медью
неионного ПАВ неионного ПАВ анионного ПАВ анионного
Plantacar
ОС-20
Glydol №1003
ПАВ
Сульфонол
АВС
2,45
2,56
3,51
2,67
7,30
6,81
2,80
6,43
305,14
284,65
117,04
268,77
анионного
ПАВ Texapon
№70
2,63
6,6
275,88
Таблица 2
Результаты расчета размеров частиц
разрушенных комплексов перьевого кератина с медью
и растворимого перьевого кератина по турбидиметрическому методу
Расчетные
величины
n
z
d, нм
Разрушенные комплексы перьевого
кератина с медью
без ПАВ
неионного неионного без ПАВ
ПАВ
ПАВ ОСPlantacar
20
1,62 2,48
10,75 7,20
513,5 278,60
4
2,49
7,19
300,54
3,14
4,59
191,86
Перьевой кератин
анионного анионного анионного
ПАВ Glydol ПАВ
ПАВ
№1003
Сульфоно Texapon
л АВС
№70
2,70
3,57
2,5
2,63
3,48
6,30
2,80
7,1
6,60
3,30
300,96 108,34 296,78
275,88
137,34
Если сопоставить эти величины с размерами частиц на электронных снимках,
приведенных на рисунках 1–6, то можно говорить о том, что исходная структура пера
разрушена, потому что исходное волокно пера имеет однородный макроскопический
диаметр – приблизительно 5 мкм [Patent US WO2005065301 A2. 2005]. В растворе
комплексов белка с медью диаметр статистического клубка в среднем на 30 % меньше
размеров частиц в сухом виде (рис. 1–6), предположительно вследствие сшивки под
действием кислорода воздуха.
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
а)
б)
Рис. 1. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса
перьевого кератина с медью в отсутствие ПАВ
а)
б)
Рис. 2. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса
перьевого кератина с медью в присутствии неионного ПАВ Plantacar
а)
б)
Рис. 3. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса
перьевого кератина с медью в присутствии неионного ПАВ ОС-20
A u d i t o r i u m : э л е к т р о н н ы й н а у ч н ы й ж у р н а л К у р с к о г о г о с у д а р с т в е н н о г о
университета. 2014. № 4
Розанова Е. Н., Грехнева Е. В,, Лопухина О. Н., Соболева Е. С., Еськова А. А,
Использование турбидиметрического метода для определения размеров молекул
белка и комплексов меди
с кератином, полученных деструкцией пера составами на основе сульфита натрия
а)
б)
Рис. 4. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса
перьевого кератина с медью в пристутствии анионного ПАВ Glydol №1003
а)
б)
Рис. 5. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса
перьевого кератина с медью в присутствии анионного ПАВ Сульфонол АВС
а)
б)
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рис. 6. Размеры частиц растворимого (а) и разрушенного (б) комплекса в
присутствии анионного ПАВ Texapon №70
A u d i t o r i u m : э л е к т р о н н ы й н а у ч н ы й ж у р н а л К у р с к о г о г о с у д а р с т в е н н о г о
университета. 2014. № 4
Розанова Е. Н., Грехнева Е. В,, Лопухина О. Н., Соболева Е. С., Еськова А. А,
Использование турбидиметрического метода для определения размеров молекул
белка и комплексов меди
с кератином, полученных деструкцией пера составами на основе сульфита натрия
Известно, что в макромолекулярном статистическом клубке собственно
макромолекула занимает 1–3 % объема. Это можно использовать при оценке
усредненной величины массы частиц (в Da) полученных белоксодержащих составов.
По расчетным величинам диаметра статистического клубка, приведенным в таблицах 1
и 2, были определены массы частиц. В результате предварительной оценки можно
предположить, что в изученных растворах комплексов кератина с медью и растворах
кератина находятся частицы, у которых размеры и масса в несколько раз превышает
установленные для больших комплексов (характеристический размер диаметр сферы
~100 нм, молекулярная масса ~107 ÷ 1012) [Кантор, Шиммел 1984].
Библиографический список
Patent US WO2005065301 A2. Polymer composites containing keratin. Barone Justin
R., Shmidt Walter F. 21.07.2005/
Patent US 7148327 B2. Production of soluble keratin derivaties. Robert James Kelly,
Gillian Helen Worth, Alisa Dawn Roddick-Lanzilotta. Keratec Limited. 12.12. 2006.
Розанова Е.Н., Кометиани И.Б. Еськова А.А. ,Лопухина О.Н., Соболева Е.С.
Получение растворимой формы белка перьевого кератина с помощью сульфита натрия
в присутствии Cu2+ и различных ПАВ // «21 век: фундаментальная наука и
технологии»: материалы IV Междунар. науч.-практич. конф. М., 2014. С. 187–189.
Розанова Е.Н., Кометиани И.Б. Еськова А.А. ,Лопухина О.Н., Соболева Е.С.
Влияние ПАВ на морфологию комплексов меди и кератина, полученных деструкцией
пера составами на основе сульфита натрия // Auditorium: электронный научный журнал
Курского
государственного
университета.
2014.
№
3.
URL:
auditorium.kursksu.ru/pdf/003-004.pdf (дата обращения: 21.11.2014).
Геллер Б.Э., Геллер А.А., Чиртулов В.Г. Практическое руководство по
физикохимии волокнообразующих полимеров. М.: Химия, 1996. 432 с.
Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: пер. с англ. М.: Мир, 1984, Т. 1–3.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа