Коллоидно-химические свойства смесей лизоцим-ПАВ в системе водный раствор-октан (1105578), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Допустим, что в случае связывания участком типа 1 нескольких молекулПАВ, Кд1 не меняется по мере заполнения участка связывания (PSn-1 + S ↔ PSn).Средняя степень заполнения (доля заполнения) ПАВ данного участка связываниябудет описываться функцией Q1=[C]/(Кд1+[C]), значение которой меняется от 0до 1 ([C] – концентрация ПАВ). Значение Q1 = 0 соответствует состоянию белка(P) без связанного ПАВ, а Q1 = 1 соответствует состоянию PSN, где N – макси-99мальное число молекул ПАВ, которые могут связаться на данном участке. Выводданного уравнения аналогичен выводу уравнения Ленгмюра для изотермы адсорбции.
Допустим, что в первом приближении активность белка линейно меняется в зависимости от степени заполнения данного участка молекулами ПАВ. Получаем значение активности АE = АE0 + (АE1 – АE0)·Q1, где AE0 – активность в отсутствие ПАВ, а AE1 – активность при практически полном заполнении участка связывания ПАВ (приблизительно при [C] > 20∙Kд1). Теперь допустим, что при болеевысоких значениях концентрации ПАВ начинается независимое заполнение другого участка связывания (PSNSm-1 + S ↔ PSNSm), которое характеризуется константой десорбции Кд2. При заполнении второго участка связывания формируетсягидрофильный комплекс. Если константа десорбции ПАВ для второго участкасвязывания намного больше константы для первого участка (например,Кд2 > 50·Кд1), то, рассуждая аналогично выше сказанному, для области концентраций ПАВ порядка величин значения Кд2 можем записать АE = АE1 + (АE2 –АE1)·Q2, где АE2 – активность после полного заполнения второго участка связывания, а Q2=[C]/(Кд2+[C]).
Полное уравнение для всего диапазона концентрацийПАВ в случае двух разных участков связывания будет соответственно(3-8).Подставляя зависимости Q1 и Q2 от [C] получаем:(3-9).Приближенно АE1 соответствует величине активности в точке максимума назависимости активности от концентрации ПАВ, АE2 – значению активности в области больших концентраций ПАВ. Величины Кд1 и Кд2 численно совпадают сконцентрациями ПАВ, при которых активность достигает значений (АE0+АE1)/2(полувысота перехода) и (АE1+АE2)/2, соответственно.
Проведенные рассужденияпозволяют приблизительно оценить значения АE1, АE2, Кд1 и Кд2 из экспериментально полученных зависимостей активности лизоцима от концентрации ПАВ.Более точные значения получены при подборе этих параметров методом наименьших квадратов. Для этого были рассчитаны квадраты разности между экспе-100риментально определенными величинами АE и рассчитанными по уравнению (39).
Затем проводилась процедура минимизации суммы квадратов разности припоследовательном варьировании величин АE1, АE2, Кд1 и Кд2.Применительно к исследуемым системам величины АE0, АE1, АE2, Кд1 и Кд2приведены в таблице 5. Полученные на основе расчетов по уравнению (3-9) зависимости АE от концентрации ПАВ представлены сплошными линиями на рис. 49.Экспериментальные данные удовлетворительно аппроксимируются предложенным уравнением, таким образом, достигнуто согласие теоретической математической модели и эксперимента. По-видимому, более корректно рассматривать константы Кд1 и Кд2 для смесей с концентрацией белка 0,01 г/л, так как в этой системебольшее количество молекул ПАВ приходится на одну молекулу белка, и эффектизменения активности в зависимости от концентрации ПАВ более выражен (ростактивности составляет 120% для SDS и 140% для DTAB).
В растворах с концентрацией белка 0,1 г/л влияние ПАВ на активность лизоцима заметно слабее (30%для SDS и 50% для DTAB).Таблица 5.Параметры уравнения (3-9) для системы Lz – ПАВ.Clz,АE0,АE1,АE2,г/л10-3 с-110-3 с-110-3 с-1Lz-0,010,38±0,060,9±0,3DTAB0,11,24±0,250,010,1СистемаLz-SDSКд1, МКд2, М0,4±0,1(4,8±1,5) ∙10-8(3,5±1,1) ∙10-61,9±0,70,9±0,3(7,9±2,8) ∙10-8(4,7±1,7) ∙10-60,38±0,060,8±0,20,3±0,1(6,3±1,5)∙10-8(2,6±0,6) ∙10-51,24±0,251,7±0,30,9±0,2(2,6±0,5) ∙10-8(2,6±0,5) ∙10-5В системе Lz – CAPB при концентрации добавленного ПАВ менее 10-5 Мактивность возрастает на 60 и 30% в системах с концентрацией лизоцима 0,01 и0,1 г/л соответственно, т.е.
эффект слабее, чем для ионогенных ПАВ (рис. 50).При более высокой концентрации САРВ активность снижается на 60% (0,01 г/л) и40% (0,1 г/л) по сравнению с активностью лизоцима в отсутствие ПАВ.101Рис. 50. Изменение ферментативной активности лизоцима с ростом концентрации CAPB. Концентрация лизоцима 0,01 г/л (◊) и 0,1 г/л (♦).
Пунктирные линии – ферментативная активностьLz в остутствие CAPB.Снижение активности происходит в той же области концентраций CAPB, вкоторой в водном растворе формируются крупные агрегаты. Процесс агрегирования заметно снижает доступность активных центров молекул лизоцима для субстрата и наблюдается уменьшение его ферментативной активности. Снижениеферментативной активности лизоцима в присутствии малых концентраций цвиттерионного ПАВ (10-5 М) установлено впервые.3.8. Избирательное смачивание в системе водный раствор смесиLz ─ ПАВ/октан/гидрофобизованное стеклоПри подведении капли октана к гидрофобизованному стеклу, погруженномув водный раствор, в процессе избирательного смачивания можно выделить несколько стадий.
Первая стадия связана с прорывом смачивающей пленки междукаплей и твердой поверхностью. Время прорыва смачивающей пленки можетслужить характеристикой стабилизирующего действия адсорбционных слоев Lz –ПАВ. Вслед за прорывом смачивающей пленки начинается собственно растеканиекапли, происходящее до тех пор, пока не установится равновесное значение крае-102вого угла. При сильной стабилизации смачивающей пленки, растекания каплиможет и не наблюдаться.Сопоставление времен, необходимых для прорыва смачивающей пленки, визученных системах (таблица 6) позволяет сделать вывод, что с ростом концентрации ПАВ увеличивается их стабилизирующей действие по отношению к смачивающим пленкам. Наиболее устойчивые пленки получены в системах с САРВ.Рост устойчивости смачивающих пленок наблюдается при концентрациях ПАВ,соответствующих образованию насыщенных адсорбционных слоев на границеводный раствор/октан. Добавки лизоцима практически не влияют на устойчивостьпленок.
Это означает, что устойчивость пленок обеспечивается плотным заполнением поверхности молекулами ПАВ, а не присутствием лизоцима в слое.Таблица 6.Времена прорыва смачивающих пленок (мс) при избирательном смачивании.С, М-50SDS+ Lz0-400070±15190±4060±10-3130±5080±200130±501100±2501250±250-2150±40110±201500±300860±301100±2001200±30010101010SDSDTABCAPB─DTAB+Lz─0CAPB+Lz35±10После прорыва смачивающей пленки происходит растекание капель, которое было охарактеризовано зависимостью радиуса смоченной площади R от времени t.
Типичные кривые, соответствующие изменению R со временем приведенына рис. 51.103Рис. 51. Зависимость радиуса смоченной площади от времени при растекании капли октана погидрофобизованному стеклу, погруженному в воду (а) и в водный раствор лизоцима(0,1 г/л) (б).Полученные зависимости R(t) были аппроксимированы экспоненциальнойфункцией R = B1·exp(–t/F1) + B2·exp(–t/F2) + B3·exp(–t/F3) + B4, параметры которойдля систем вода – капля октана и водный раствор лизоцима (0,1 г/л) – капля октана приведены на рис. 51. Аппроксимацию проводили с помощью программыOrigin.
Экспериментальные значения скоростей растекания были рассчитаны придифференцировании полученных экспоненциальных функций. Аналогичные процедуры были проведены со всеми исследуемыми системами. Скорости растеканияU = dR/dt в зависимости от времени приведены в Приложениях 3 – 8.Экспериментальные скорости растекания были сопоставлены с величинами,рассчитанными по модели Де Жена [215]. Согласно модели, при растекании капливязкое сопротивление сосредоточено в узкой области вблизи линии смачивания.Скорость растекания определяется соотношением:(3-10)где σ – межфазное натяжение на границе октан/водный раствор, мН/м, η – вязкость октана (0,5 мПа∙с), θf и θ – конечное и текущее значение краевых углов, К –константа, равная 10. Краевые углы определяли по видеоизображению капли.
Конечные значения краевых углов θf для разных систем практически совпали и составили 17 – 25 град. (углы отсчитывали в сторону капли октана). Такие малыезначения углов, близкие и для воды, и для растворов ПАВ, и для растворов смесей104Lz – ПАВ, свидетельствуют об оттеснении каплей октана при ее растекании адсорбционных слоев смесей Lz – ПАВ с поверхности гидрофобизованного стекла.Рассчитанные по уравнению 3-10 значения скоростей также приведены в Приложениях 3 – 8.
Установлено, что для всех систем расчетные скорости существенновыше экспериментальных. Т.е. при избирательном смачивании существует дополнительное сопротивление растеканию, по сравнению с растеканием на воздухе. Можно предположить, что это сопротивление связано с необходимостью «деадгезии» жидкости-предшественника с твердой поверхности, а также с десорбцией и перестройкой адсорбционных слоев на границах жидкость/твердое тело ижидкость/жидкость [216, 217].3.9. Адсорбция и распределение смесей лизоцим – ПАВ в системе вода/октан.На основании сопоставления данных, полученных методами сцинтиллирующей фазы, тензиометрии, динамического и статического светорассеяния,флюоресценции, измерения ферментативной активности, можно предложить следующие схемы адсорбции смесей Lz – ПАВ в системе вода/октан.Смесь Lz – DTAB (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
