CC BY
9
УДК 543.257.1
ИОНОФОРНЫЕ И ЭЛЕКТРОДНЫЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ АНТИБИОТИКОВ ПО ОТНОШЕНИЮ К ЭФИРАМ АМИНОКИСЛОТ
Н.В. Шведене, М.Ю. Немилова, Е.В. Екимова, М.Ф. Тимченко, М.М. Щербакова, И.В. Плетнев
(кафедра аналитической химии)
Изучены транспортные свойства природного антибиотика лазалоцида по отношению к метиловому эфиру фенилаланина (МЭФА) при переносе через хлороформную мебрану. Разработан ПВХ - пластифицированный ионселективный электрод (ИСЭ) на основе лазалоцида, обратимый к МЭФА в интервале концентраций 0.1 - 5'10-4 моль/л. Предложенный электрод проявляет высокую селективность при определении МЭФА в присутствии щелочных и щелочноземельных катионов. Рабочая область рН 4.5 - 7.0. Коэффицент энантиомерной селективности А"п/Ь = 2.38. Показано, что при использовании в качестве активного компонента мембраны антибиотика омомицина характиристики ИСЭ в растворах МЭФА значительно уступают ИСЭ на основе лазалоцида.
Известно, что природные кислотные полиэфирные антибиотики группы нигерицина, имеющие открытоце-почечную структуру (моненсин, лазалоцид, салиноми-цин и др.) используют при разделении и потенциомет-рическом определении катионов щелочных и щелочноземельных металлов [1—4]. Полиэфирные молекулы таких ионофоров избирательно переносят катионы через органическую мембрану под действием градиента концентраций ионов водорода в растворе-источнике и растворе-приемнике.
Найдено также, что некоторые оптически активные природные переносчики проявляют энантиомерную селективность при транспорте органических аммонийных катионов. В частности, амидные производные монен-сина энантиоселективны к Ь-изомерам эфиров фенилаланина, лейцина и фенилглицина [5]. Изучена также энантиоизбирательность ионоселективных электродов (ИСЭ) на основе антибиотиков и их производных к оптически активным эфирам аминокислот [4, 6].
Однако в упомянутых работах ИСЭ использовали лишь для исследования комплексообразования по схеме «гость-хозяин». Не изучена селективность ИСЭ (кроме энантиомерной), не приведены их метрологические характеристики.
Эти вопросы рассмотрены в данном сообщении. Кроме того, мы исследовали электродные свойства мембран на основе антибиотика омомицина, впервые полученного методом биохимического синтеза в лаборатории изыскания продуцентов новых антибиотиков во ВНИИА (Москва) [7].
Экспериментальная часть
Полиэфирные ациклические антибиотики лазалоцид и омомицин, формулы которых представлены ниже, были синтезированы канд. биол. наук Т.Н. Дробыше-вой во Всероссийском научно-исследовательском институте антибиотиков (ВНЦА-ВНИИА) Министерства медицинской промышленности [7].
лазалоцид
омомицин
В работе использовали гидрохлориды метилового эфира фенилаланина (а также его D- и L-изомеры), D-, L-валина и D-, L-лейцина, а также метилового и трет.-бутилового эфиров L-изолейцина, гидрохлориды метиламина, диэтиламина и триметиламина (все марки «х.ч.»)
Ячейка для изучения транспортных свойств переносчика по отношению к метиловому эфиру фенилаланина представляла собой U-образную трубку диаметром 8 мм с мембраной из хлороформа («х.ч.», 10 мл), содержащей 5• 10-5 моль/л лазалоцида. Фаза источника (5 мл) содержала раствор (0.1 моль/л) метилового эфира фенилаланина (МЭФА) с рН 5.9. В фазе приемника (5 мл) величина рН составляла 3.5. Кислотность среды создавали с помощью хлористоводородной кислоты и твердого хлорида лития. Содержание переносимых ионов водорода в фазе источника определяли по изменению величины рН стеклянным электродом «ЭСЛ-47-07».
Для изучения электродной активности и избирательности антибиотиков готовили ПВХ-пластифициро-ванную мембрану (31.6-33.0% ПВХ, 63.4-66.0% пластификатора - о^то-нитрофенилоктилового эфира («Sigma») и 1-5% активного компонента), закрепляли ее в тефлоновом корпусе и проводили измерение электродного потенциала, а также коэффициентов селективности так, как описано в [8]. Внутрь электрода помещали 1 мл раствора МЭФА (1-10-1моль/л, рН 3.8). Время кондиционирования мембранного электрода в 0.1 М растворе МЭФА составляло 24 ч. Рабочие растворы имели рН 5.2. В качестве полимерного связующего компонента в пластифицированных мембранах был использован поливинилхлорид различных марок:
Рис.1. Изменение рН в растворе-источнике, содержащем МЭФА, от
времени
Рис. 2. Влияние строения ионофора и марки ПВХ на электродный отклик мембранного ИСЭ в растворах МЭФА (рН 5.2): 1 - лазалоцид, 2 - омомицин
ВММ - ПВХ с высокой молекулярной массой (Пыка-81387), СЕЛ - селектофор (¥\чка-81392), С-70 - отечественный ПВХ.
Результаты и их обсуждение
Соединения группы нигерицина, к которым относится лазалоцид, индуцируют обмен ионов по принципу антипорта за счет градиента концентраций ионов водорода в растворах по обе стороны жидкой мембраны:
М+(раствор-источник) М+(раствор-приемник).
О скорости переноса катионов можно судить по изменению концентрации протонов в обоих растворах.
Для выявления ионофорной активности лазалоцида по отношению к протонированным катионам МЭФА была измерена скорость переноса Н+ через хлороформную мембрану (рис.1). Найдено, что наименьшее значение скорости (1.640 10 моль/ч) наблюдали в первые 16 ч. Затем скорость переноса возрастала и дос-
—8
тигала величины (6.5-7.5)-10 моль/ч. Величина рН раствора-приемника составляла в конце опыта 6.01.
Концентрацию МЭФА измеряли для контроля с помощью разработанного нами ранее ИСЭ (обратимого к МЭФА) на основе фосфорилсодержащих подан-дов [9]. Концентрация определяемых ионов в приемнике составляла 7.8.10- моль/л, что приблизительно со-
Т а б л и ц а 1
Коэффициенты селективности МЭФА-ИСЭ на основе лазалоцида для мембран, содержащих ПВХ различных марок
(метод биионных потенциалов)
Сопутствующий ион пот к. о- ■ 102
ионный радиус ПВХ
СЕЛ ВММ С-70
ы+ 0.068 2.00 0.72 0.96
№+ 0.098 1.90 0.72 0.85
К+ 0.133 2.90 1.80 1.90
ЫН4+ 0.143 1.80 1.44 1.70
08+ 0.165 2.60 3.50 1.90
Мё2+ 0.074 0.30 0.22 0.26
Са2+ 0.104 0.80 0.48 0.59
БГ2+ 0.120 0.96 0.79 0.94
Ва2+ 0.138 7.30 6.90 9.40
впадало с концентрацией накопившихся в источнике ионов водорода.
Таким образом, из полученных данных следует, что лазалоцид способен переносить протонированные катионы МЭФА по принципу антипорта со скоростью, близкой к скорости переноса катионов другими антибиотиками, использующимися в качестве активных компонентов мембран ИСЭ [1].
Для изучения возможности использования кислотных антибиотиков лазалоцида и омомицина в качестве электродно-активного компонента мембраны ИСЭ были приготовлены пластифицированные мембраны различных марок из ПВХ и изучены их электродные свойства в растворах гидрохлорида метилового эфира фе-нилаланина. Найдено, что область линейности электродной функции для мембран на основе лазалоцида не зависит от марки используемого ПВХ и составляет 1. 10-1-5. 10-4моль/л, тогда как крутизна функции наиболее близка к теоретическому значению (56+1 мВ/дек) для мембран, содержащих ПВХ С-70 (рис. 2). В случае использования мембран, содержащих в качестве электродно-активного компонента омомицин, наклон
линейной зависимости потенциала ИСЭ от логарифма концентрации МЭФА ниже теоретического для ПВХ всех марок. Отклик максимален (49+2 мВ/дек) для мембран, содержащих в качестве полимерного связующего ПВХ-ВММ, а при использовании ПВХ-СЕЛ наклон составляет всего 35+3 мВ/дек. Таким образом, оказалось, что использование лазалоцида в качестве активного компонента мембран ИСЭ, обратимых к МЭФА, предпочтительно.
Для ИСЭ на основе лазалоцида в растворах метилового эфира Ь-изолейцина не получено удовлетворительного электродного отклика. В растворах более гидрофобного трет.-бутилового эфира Ь-изолейцина наклон электродной функции составлял 29+2 мВ/дек (рис.3).
Величина электродного потенциала разработанного нами ИСЭ, содержащего лазалоцид, не зависит от кислотности исследуемого раствора МЭФА в широкой области рН 4.5 - 7.0. При рН менее 4.5 наблюдали возрастание величины потенциала электрода, связанное, по-видимому, с взаимодействием протонов с активным компонентом мембраны. В области рН более 7.0 падение потенциала может быть объяснено гидролизом эфиров аминокислот.
При изучении электродной селективности (табл.1) найдено, что влияние катионов щелочных и щелочноземельных металлов на величину электродного потенциала несколько увеличивается с ростом ионного радиуса сопутствующего иона. Сильнее всего на опреде-
Т а б л и ц а 2
Электродные характеристики мембран на основе антибиотиков в растворах Ь-изомеров эфиров аминокислот
Эфир Лазалоцид Омомицин
8, МВ/дек Область линейности, моль/л 8, МВ/дек Область линейности, моль/л
Ь-МЭФА 56±1 5 10-3 -110-1 53±1 5 10-4 -110-1
Ь-МЭВ 35±2 110-4 -110-1 27±2 110-3 -110-1
Ь-МЭЛ - - 27±2 110-3 -110-1
J_I_I_I_I_I_
5 Ч 3 2 1 0
Р^мэфа
Рис. 3. Электродные функции ПВХ-мембран (С-70) на основе: 1 - лазалоцида, 2 - омомицина в растворах МЭФА; 3 - ИСЭ на основе лазалоцида в растворе т^ет-бутилового эфира Ь-изолейцина
ление МЭФА влияет ион бария, размер которого, как следует из литературных данных [2], находится в структурном соответствии с псевдомакроциклической полостью, образуемой им при комплексообразовании с аналогами лазалоцида - открытоцепочечными производными моненсина.
В целом следует отметить, что мембраны, содержащие ПВХ-ВММ несколько более избирательны к МЭФА в присутствии посторонних ионов по сравнению с мембранами но основе ПВХ других марок.
Коэффициенты потенциометрической селективности для мембранных МЭФА-ИСЭ на основе природного антибиотика лазалоцида близки по величине разработанным нами ранее МЭФА-ИСЭ (ПВХ С-70) на основе подандов и каликс [8], аренов [9].
Для выявления энантиомерной избирательности исследуемых антибиотиков к оптическим изомерам метиловых эфиров аминокислот были изучены электродные свойства мембран на основе лазалоцида и омомицина в растворах L-изомеров, результаты представлены в табл. 2. Найдено, что только в растворах L-МЭФА для мембран на основе лазалоцида и омомицина наклон электродной функции близок к теоретическому; в растворах метилового эфира L-валина (L-МЭВ) крутизна электродной функции существенно ниже теоретического значения (табл. 2). Значительное различие в свойствах электродноактивных компонентов было обнаружено по отношению к L-изомерам метилового эфира L-лейцина (L-МЭЛ). Так, если поведение мембран на основе омомицина практически одинаково в растворах L-МЭВ и L-МЭЛ, то мембрана на основе лазалоцида не дает катионного отклика по отношению к L-МЭЛ. Коэффициент энантиомерной селективности Kd/l=10(El-Ed)/s [4] можно рассчитать только для L- и D-изомеров МЭФА и эта величина составляет 2.38 для мембран на основе лазалоцида и 1.85 для мембран, содержащих омомицин. Полученные величины превосходят значения коэффициентов энантиомерной селективности L-МЭФА, найденные авторами [4-6] для ПВХ-мембран на основе лазалоцида. Таким образом, в результате проведеного исследования было установлено, что кислотные ациклические полиэфиры - антибиотики лазалоцид и синтезированный впервые омомицин могут быть использованы в качестве активных компонентов мембранных ИСЭ, обратимых к L-изомерам МЭФА.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Овчинников Ю.А., Иванов В.Е., Шкроб A.M. Мембрано-активные комплексоны. М., 1974.
2. Suzuki K., Tohda K., Agura H., Matsuzoe M., Inoue H., Shirai T. //Anal. Chem. 1988. 60. P. 17141.
3. Tohda K., Suzuki K., Kosuge N., Watanabe K., Nagashima H., Inoue H., Shirai T. //Anal. Chem. 1990. 62. P. 936.
4. Maruyama K., Sohmiya H. Tsukube H. //Tetrahedron. 1992. 48. P. 805.
5. Maruyama K., Sohmiya H., Tsukube H. //J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1989. № 13. P. 864.
6. Tsukube H., Sohmiya. H.//J. Org. Chem. 1991. 56. P. 875.
7. Дробышева Т.Н. /Автореф. дис....канд. биол. наук. М., 1990.
8. Немилова М.Ю., Шведене Н.В.,Торочешникова ИИ., Лютикова И.В., Плетнев И.В.//Вестн. моск. ун-та. Сер. 2, Химия. 1992. 33. С. 280.
9. Шведене Н.В., Немилова М.Ю., Плетнев И.В., Затонская В.Л., Баулин В.Е., Любитов И.Е., Швядас В.К. //ЖАХ. 1995. 50. С. 440.
Поступила в редакцию 03.12.96
