Диссертация (1150378), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Автор благодарит своего научного руководителя –к.х.н. Н.Г. Суходолова за руководство и курирование работы на всех еёэтапах, её проверку. Автор выражает благодарность к.х.н. Е.П. Подольской,к.х.н. А.А. Селютину, О.А. Кельциевой, М.З. Мурадымову, А.Ю. Ширкину,Е.В. Шрейнер, П.Д. Колоницкому, за помощь в выполнении отдельныхэтапов работы, а также сотрудникам ресурсных центров «Геомодель»,«ИТКН», «РДМИ» Научного Парка СПбГУ.131.Литературный обзор1.1.Общие сведения о сорбцииАдсорбция делится на физическую и химическую (хемосорбция).Физическая адсорбция обусловлена слабым взаимодействием адсорбата споверхностью – силами Ван-дер-Ваальса, которые подразделяются на силыКреезома(взаимодействиемеждупостояннымидиполями),Лондона(взаимодействие между индуцированными диполями) и Дебая (междупостоянным диполем и индуцированным). Физическая адсорбция легкообратима и неспецифична.
Так, явление физической адсорбции азота принизких температурах используется для определения удельной поверхностиширокого спектра материалов. В частности, адсорбционные насосы вустановках сверхвысокого вакуума также устроены по принципу физическойадсорбции и требуют для работы температур порядка нескольких градусовКельвина.Хемосорбцияже,напротив,предусматриваетхимическоевзаимодействие адсорбата с поверхностью сорбента: возникновение ионных иводородных связей, гидрофобные взаимодействие, образование ковалентныхсвязей.
Хемосорбция часто высокоселективна и необратима. Селективностьхемосорбции обычно связывают с соответствием сорбента сорбируемомувеществу согласно теории жестких и мягких кислот и оснований. Так,соединения жестких ионов лантаноидов известны высоким сродством кжестким основаниям F-, PO3- [13], что делает их идеальными сорбционнымицентрами для ФОВ и фосфорилированных пептидов.На данный момент наиболее хорошо изучена физическая адсорбция.Существует несколько вариантов ее описания: классическая теориямономолекулярнойадсорбцииЛенгмюра,теорияполимолекулярнойадсорбции Поляни, теория Брюнера-Эммета-Теллера (БЭТ).
Классическийподход предполагает построение изотерм адсорбции – зависимостей14количества адсорбированного вещества от равновесной концентрацииадсорбата. Однако, для хемосорбции такой подход подходит слабо.При контакте сорбента с водным раствором на поверхности происходитнакопление ионов водорода H+, заряжающих поверхность положительно, илигидроксил-ионов OH-, дающих поверхности отрицательный заряд, взависимости от pH раствора. Для каждого сорбента может быть подобрантакой pH раствора, при котором поверхность оказывается не заряженной. Этавеличина носит название точки нулевого заряда (ТНЗ). ТНЗ может находитьсякак в нейтральной области pH (для TiO2 рН = 6.2), так и за ее пределами (ТНЗдля Al2O3 = 2.3). Определение ТНЗ играет важную роль в характеризациисорбента.
В случае заряженной поверхности в приповерхностном слоенакапливается противоположный по знаку компенсирующий заряд.Далее поверхность взаимодействует с молекулами целевого вещества:образуются как относительно слабые связи Ван-дер-Ваальса, так и химическиевзаимодействия.Именноспецифическиехимическиевзаимодействияособенно интересны в случае адсорбции сложных органических молекул, вчастности белков. Сорбцию крупных молекул сложно описать в рамкахклассической кинетической теории адсорбции, так как сорбция можетпроисходить сразу по нескольким механизмам.
На поверхности сорбентамолекулы могут претерпевать конформационные изменения, располагаться наплоскостиразличнымиспособами.Большоезначениеимееттакжеконкуренция между различными видами сорбционных взаимодействий ивлияние адсорбированных молекул из адсорбционного слоя [14]. Дляпористых сорбентов также следует учитывать огромный вклад капиллярныхсил.Различные варианты расположения молекулы приводят к различнойдесорбциисповерхности.Вслучае,есливлюбойконформациимакромолекула сорбирована обратимо и взаимодействие между соседнимимолекулами отсутствует, изотерма адсорбции подчиняется уравнениюЛенгмюра.
Если переход из одной конформации в другую на поверхности15сопровождается необратимой адсорбцией или существует взаимодействиемежду молекулами – ситуация изменяется [15] (рис. 1). Существованиенеоднородностей поверхности, дефектов, складок и пор усложняет ситуациюеще сильнее.Рисунок 1. Несколько моделей взаимодействия частиц с поверхностьюи соответсвующие этим моделям кинетические кривые адсорбции [15].Знание механизма взаимодействия белков с поверхностью необходимодля создания материалов сенсоров и датчиков, подходящих для аналитическихцелей биоорганической химии, биофизики, медицины.Наилучшие результаты селективного взаимодействия с белкамипоказывает подход «ключ-замок», когда белки специфически связываются сзаранее подобранными моноклональными антителами, соответствующимиданному белку [16].
Но такой высокий уровень специфичности не оправдывает16высокую стоимость и низкую доступность такого метода. Кроме того,коммерческие препараты антител существуют для очень ограниченногоколичества типов белков и не всегда подходят для использования в каждомконкретном случае.1.2.Металл-аффинная адсорбцияВторым по специфичности методом обогащения пептидов можноназвать металл-аффинную адсорбцию, действие которой основано на высокомсродстве иммобилизированного иона металла, выступающего сорбционнымцентром к гетероатому пептида.Очистка пептидного образца, содержащего некоторую специфическуюметку, достаточно проста, и позволяет сэкономить ресурсы и время благодарявысокой специфичности метки белка к иону металла.
Чистота вещества,выделенного с помощью металл-аффинного метода, достигает 98%, чегозачастую достаточно для аналитических методик. Применение аффинногосорбента, таким образом, позволяет на первом же этапе очистки избавиться отбольшинства примесей [10].Металл-аффинная адсорбция подходит для селективного выделенияцелых классов веществ, что, как правило, и является достаточным условиемуспешного пептидного анализа. При выборе металла для металл-аффиннойсорбциивпервуюочередьучитываетсяспособностьобразовыватькоординационные связи с заданным веществом или со специфическойгруппой, являющейся характеристической для аналита. Это свойствообеспечиваетсяналичиемнаповерхностибелкасвободныхэлектронодонорных групп.
Классическими целями для металл-аффиннойхроматографии являются имидазольные группы гистидина, тиольныецистеина и т.д. В этих случаях хорошо себя показывают хелатированные ионыметаллов, такие как двузарядные ионы Fe2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+. Эти целевые17молекулы являются слабыми кислотами Пирсона и сорбция хорошорегулируется варьированием pH [17].Кроме непосредственного воздействия иона металла на адсорбат,большую роль играет и химическое окружение; на применимость сорбента вразных условиях влияют также форма существования, химическая стойкостьи другие свойства, обеспечиваемые в большей степени матрицей, нежелиионом металла.Небольшие жесткие ионы – жесткие кислоты Пирсона – могут бытьиспользованы для обогащения пептидов, содержащих присоединеннуюгруппу с атомом фосфора в составе. Такой группой, в частности, обладаютбелки, подвергшиеся воздействию пестицидов или фосфорорганическихбоевых отравляющих веществ, также известных как нервно-паралитическиегазы.1.3.Фосфорорганические отравляющие веществаНаиболеевеществ(ФОВ)ярковыраженнымначеловеческийвоздействиеморганизмфосфорорганическихявляетсяингибированиехолинэстеразы - вещества, расщепляющего нейромедиатор ацетилхолин (АХ),передающий нервные импульсы в организме.
К фосфорорганическимвеществам с выраженным антихолинэстеразным эффектом относят боевыеФОВ,такженазываемыенервно-паралитическимигазами,фосфорорганические пестициды и некоторое количество фосфорорганическихлекарственных препаратов, обладающих обратимым эффектом. Боевые ФОВв этом ряду являются наболее сильными токсикантами и могут воздействоватьна человека практически при любой форме контакта: ингаляционно,перорально,черезкожу.НекоторыеФОВявляютсяфосфорфторорганическими и тиофосфорорганическими веществами, однакокачественно антихолинэстеразное воздействие обусловлено именно реакциейфосфорилирования, токсическое воздействие и общие способы лечения в18случае отравления ФОВ одинаковы и эти вещества могут рассматриваться вобщем контексте [18].Нервно-паралитические отравляющие вещества – это жидкости принормальных условиях.
Высокая летучесть и хорошая растворимость в водеФОВ серии G (табун, зарин, зоман) обеспечивает возможность военногоприменения при условии эффективного распыления. Серия V менее летуча ихуже растворима и может применяться для заражения почвы. VX и RVXобладают высокой липофильностью и легко проникает в организм через кожу[19]. Повышенной токсичностью боевые ФОВ обязаны связи углерод-фосфор,которой нет в фосфорорганических пестицидах [20].
Атом фосфора нервнопаралитических отравляющих веществ находится в оптически-активнойпозиции,различныеэнантиомерыимеютразличнуютоксичностьвзависимости от целевых ингибируемых энзимов [21].1.3.1. Физические свойства и история разработки боевых ФОВФОВ активно исследовались в Германии в 1930е годы концерном И. Г.Фарберсцельюиспользованиявкачествепестицидов.Первымсинтезированным соединением, обладающим мощным ярко выраженнымнервно-паралитическим действием стал GA (табун), синтезированныйГерхардомШредеромв1936годувпроцессеисследованиядиэтилфторфосфата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
