Диссертация (Биохимический профиль биологических жидкостей коров как фактор, определяющий динамическое поверхностное натяжение), страница 5

Например, добавка 0,1моль/л NaCl к раствору БСА приводит к понижению ПН в области средних ибольших времен [33,34].Простые углеводы и мочевина. Известно, что фруктоза (так же как глюкозаи сахароза) способствуют структурообразованию молекул воды, тогда какмочевина «разрушает» ее структуру [65]. Эти эффекты существенно сказываются26на адсорбционной активности низкомолекулярных ПАВ (жирных кислот испиртов).

Так, добавки фруктозы снижают, а добавки мочевины повышаютдинамическое поверхностное натяжение этих растворов как в области коротких,так и длинных времен «жизни» поверхности. Влияние же указанных добавок надинамическое поверхностное натяжение растворов протеинов не ограничиваетсяизменением структуры растворителя. Добавки мочевины приводят к денатурацииБСА в объеме и поверхностном слое, вследствие чего поверхностное натяжениераствора существенно снижается, т. е. имеет место совершенно противоположный(по сравнению с низкомолекулярным ПАВ) эффект [34,65,146].Низкомолекулярные ПАВ.

Низкомолекулярные неионизированные ПАВ(спирты, кислоты, оксиэтилированные эфиры и др.) в зависимости от ихконцентрациииадсорбционнойактивностимогутоказыватьразличноевоздействие на ДПН белков (БСА и других протеинов) [33,34,65]. Например,этанол, влияя на конформацию БСА в растворе, существенно снижает егоадсорбционную активность, однако это влияние может быть скомпенсированоадсорбцией этанола, и поэтому суммарным эффектом может быть понижениеповерхностного натяжения [33,34,65,128-130]. Более поверхностно-активныеоксиэтилированные ПАВ почти не влияют на поверхностное натяжение растворапротеина (-лактоглобулин) в области коротких времен, но довольно сильноcнижают равновесное поверхностное натяжение. Добавление к раствору лактоглобулина неионизированного сурфактанта децилдиметилфосфид оксида(C10DMPO) приводит к снижению поверхностного натяжения раствора белка какпри коротких, так и при длинных временах существования поверхности[30,31,61].

Стоит отметить существование областей времен «жизни» поверхности,в которых наблюдается аномальное (с экстремумами) поведение динамическихтензиограмм в случае смесей ПАВ [33,34,65,94]. Локальный рост ПН при этомобусловлен вытеснением из адсорбционного слоя быстрее адсорбирующегосяПАВ медленнее адсорбирующимся ПАВ (например, спирта или кислотыпротеином). Условиями же экстремума является наличие адсорбционного(кинетического) барьера для низкомолекулярного ПАВ или более высокая27парциальная молярная поверхность для высокомолекулярного поверхностноактивного соединения, как это и имеет место для протеинов [33,34,65]. В случаедобавок ионизированных ПАВ - типа алкилсульфатов натрия, когда возможномежионное взаимодействие ПАВ и протеинов с формированием комплексовпротеин-ПАВ, результат влияния на динамическое поверхностное натяжениеоказывается трудно предсказуемым. При очень малых добавках неионогенныхПАВ (в 100 раз меньше, чем концентрация протеина) наблюдалось повышениеповерхностного натяжения смеси, тогда как при относительно больших добавкахтех же ПАВ, оно обычно снижалось, хотя наблюдались области концентраций саномальным поведением поверхностного натяжения смеси [33,34,65].Смеси протеинов.

Не менее сложные процессы определяют динамическоеповерхностное натяжение смесей протеинов. Не всегда при добавлении другогопротеина поверхностное натяжение раствора снижается.Например, присохранении общей концентрации протеинов при добавлении к БСА лактальбумина и -лактоглобулина динамическое поверхностное натяжениеувеличилось, поскольку адсорбционная активность добавляемых протеиновоказалась ниже БСА.

Можно сделать предположение, что добавление этихпротеинов (при условии увеличения общей концентрации протеинов) можетпривести к росту поверхностного натяжения раствора [33,34,65,94,119,120,129].При смешивании протеинов непосредственно на границе раздела фазжидкость/газ, с помощью двух капилляров, которые образуют одну каплю вдругой, наблюдается отличное от обычного смешивания поведение белков впроцессеадсорбциинаграницу,чтовероятнеевсегосвязаностермодинамическими эффектами, отличными от типичной кинетики адсорбции[33,34,65].Концентрация. При малых концентрациях в области, далекой от насыщения,углеводородные цепи ПАВ, вытолкнутые в воздух, «плавают» на поверхностиводы, образуя так называемые газообразные монослои (рис.

1.6.а) [33,65].Взаимодействие между молекулами ПАВ в таких слоях незначительно [33]. Сростом концентрации число молекул в поверхностном слое увеличивается, цепи28поднимаются и в пределе приобретают вертикальное положение (рис. 1.6.б).Такие монослои называются конденсированными [33,65].Рисунокгазообразный1.6.Схемамонослойобразованиямономолекулярногослоя:а)(низкая концентрация вещества в растворе) б)конденсированный монослой (высокая концентрация вещества в растворе)К поверхностно инактивным веществам (ПИВ) относятся вещества, которыене могут накапливаться в поверхностном слое, так как это приводило бы кувеличениюσжидкостиисвободнойповерхностнойэнергии,чтотермодинамически невозможно [33,65]. Это значит, что в результате диффузиимолекулы ПИВ могут подходить к межфазной поверхности и незначительноувеличивать ПН жидкости. Таким образом, для ПИВ характерна отрицательнаяадсорбция (концентрация ПИВ в объеме больше, чем на поверхности), они имеютбольшое сродство к жидкости и хорошо растворяются (рис.

1.7.). По отношению кводе ПИВ являются неорганические электролиты: кислоты, щелочи, соли, а такженекоторые органические соединения [33,65,130,132].Рисунок 1.7. Поверхностного натяжения на границе раздела фаз для1 – поверхностно инактивных веществ; 2 – индеферентных веществ; 3 –поверхностно активных веществ29Основные поверхностно активные компоненты биологических жидкостей.Стоит отметить, что основными поверхностно активными компонентамисыворотки крови человека и животных являются альбумины, концентрациякоторыхвобразцах35-50г/л[27,56-57,94,145].Поэтомувкачествеэкспериментальной модели часто используются человеческий или бычийсывороточный альбумины (ЧСА, БСА). Установлено [34,56-57], что концентрацияЧСА (БСА) около 0,01 г/л при рН 7,0 понижает значения равновесного ПН до 5052 мН/м.

Увеличение этой концентрации до 10 г/л приводит к понижениюравновесного ПН на 2-4 мН/м (до 48-50 мН/м). Неорганические электролиты,мочевина, простые углеводы, ионные или не ионные низкомолекулярных ПАВ ивариации рН раствора существенно изменяют равновесное и динамическоеповерхностное ПН белковых растворов [33,34,65,132].

Помимо этого добавкивлияют на поверхностно-активные свойства самого раствора, главным образомчерез изменение структуры и свойств БСА. Такой эффект опосредовансвязыванием или ионизацией аминокислотных групп, взаимодействием сполипептидной цепью, что ведет к изменению конфирмации молекулы БСА, как вобъеме так и в поверхностном слое [33,34,65].

Таким образом ПН зависит нетолько от структуры и свойств ПАВ, но и от их непосредственного окружения всреде раствора [33,34,65]. Динамическое поверхностное натяжение растворовдругихпротеинов(миоглобина,лизоцима,ß-лактоглобулина,ß-казеина,рибонуклеазы и др.) также подробно исследовано [33,34,65].1.3.3.Классификация поверхностно-активных веществКлассификация, принятая на III Международном конгрессе по ПАВ вКельне(1960г.)ирекомендованнаяМеждународнойорганизациейпостандартизации актуальна и используется до сих пор. На основании химическойприроды молекул выделено четыре основных класса ПАВ: анионактивные,30катионактивные, неионогенные и амфотерные (реже выделяют полимерные(высокомолекулярные), перфторированные и кремнийорганические ПАВ) [33,65].I.

Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярныхгрупп. В водном растворе диссоциируют с образованием длинноцепочечныханионов. Группы COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), где M-металл (одно-, двухили трехвалентный) определяют поверхностную активность. Гидрофобная частьмолекулыобычнопредставленапредельнымиилинепредельнымиалифатическими цепями или алкилароматическими радикалами [33,34,65].В анионактивных ПАВ катион может быть не только металлом, но иорганическим основанием (ди- или триэтаноламин). Поверхностная активностьпроявляется при длине углеводородной гидрофобной цепи C8 и с увеличениемдлины цепи увеличивается вплоть до полной потери растворимости ПАВ в воде[33,34,65].II.

Катионактивные ПАВ, молекулы которых диссоциируют в водномрастворесобразованиемповерхностно-активногокатионасдлиннойгидрофобной цепью и аниона - обычно галогенида, иногда аниона серной илифосфорной кислоты. Среди катионактивных ПАВ преобладают азотсодержащиесоединения.