CC BY
14Slepushkin V.V., Rublinetskaya Yu.V. Local electrochemical analysis. M.: FIZMATLIT. 2010. 312 p. (in Russian). 7. Фетгер К. Электрохимическая кинетика. М.: Химия. 1967. 429 е.;
Fetter K. Electrochemical kinetics. M.: Khimiya. 1967. 429 p. (in Russian).
Кафедра аналитической и физической химии
УДК 544.35:543.422.3
В.Г. Баделин, Г.Н. Тарасова, Е.Ю. Тюнина
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ С НИКОТИНОВОЙ КИСЛОТОЙ И УРАЦИЛОМ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
(Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН) e-mail: [email protected]
Методом УФ-спектроскопии изучено взаимодействие L-фенилаланина и L-mpun-тофана с никотиновой кислотой и урацилом в водных растворах при рН 7.3. Определен стехиометрический состав образующихся комплексов и рассчитаны их константы связывания. Выявлены особенности взаимодействия ароматических аминокислот с кислотным и основным лигандами.
Ключевые слова: /.-фенилаланин. ¿-триптофан, никотиновая кислота, урацил, константы образования, УФ-спектроскопия, водные растворы, рН 7.3
Ароматические и гетероциклические соединения, включая аминокислоты, витамины, пи-римидиновые основания, играют важную роль во многих химических и биохимических процессах, присутствуют в живых клетках, входят в состав нуклеотидов и рибонуклеиновых кислот, множества фармацевтических препаратов. В последние годы возросло число публикаций, посвященных исследованию ароматических аминокислот, пи-римидиновых оснований, взаимосвязи структуры и термодинамической стабильности их молекул, а также изучению кислотно-основных равновесий в жидких средах [1-3]. В настоящее время недостаточно сведений об особенностях взаимодействия молекул рассматриваемых соединений в условиях, моделирующих их окружение в живом организме. Представленная работа посвящена изучению возможности образования комплексных соединений ароматических аминокислот (Ь-фенилаланина, Ь-триптофана) с никотиновой кислотой (кислотный лиганд) и урацилом (основной лиганд) в водных растворах с фиксированным значением рН 7.3. Полученные результаты будут способствовать углублению понимания природы этих взаимодействий в указанных условиях и могут быть полезны при изучении процесса конъюгации белка с ле-
карственными препаратами, приводящего к образованию более гидрофильных и менее токсичных метаболитов [4,5].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали реактивы: Ь-фенил-аланин (РЬе), Ь-триптофан (Тгр), никотиновая кислота (ЫА). урацил (Иг) фирмы 81^а-А1<Мс11. Содержание основного вещества составляло 9899%. Аминокислоты высушивали в вакуумном шкафу при 343 К, КА при 353.15 К и № при 410.15 К до постоянной массы. Вода, используемая для приготовления растворов, подвергалась двойной дистилляции. Все растворы приготовлены весовым методом. Исследования проводили в водных растворах при рН 7.3, которые близки к условиям реальных биологических систем. Кислотность среды создавали, добавляя 0.1М раствор ЫаОН (1~0, где I - ионная сила раствора).
УФ-спектры поглощения исследуемых растворов регистрировали при комнатной температуре (296 К) на спектрофотометре 8ресогс1 М-40 в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 0.1см относительно воды. Прибор позволяет с высокой точностью проводить измерения даже в области больших значений оптической плотности.
Комплексообразование аминокислот с лигандами при рН 7.3 изучали спектрофотометрическим методом на максимуме длины поглощения лигандов при постоянной концентрации РЬе и Тгр (с=2,5-10~4 моль/л) и варьируемой концентрации лиганда: для никотиновой кислоты с=2,5-10~4 - 2,0-10"2 моль/л в системе РЬс-Ы А и с=2.5-10~4- 1,6-10"2 моль/л - Тгр-КА, для урацила - с=2,5-10~4 - 1,0-10"2 моль/л.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Спектрофотометрические измерения выполнены в интервале длин волн от 200 до 400 нм при 296.15 К. Электронные спектры поглощения Ь-фенилаланина в присутствии никотиновой кислоты и урацила приведены на рис.1. Подобные зависимости получены и для Ь-триптофана. Показано, что в условиях рН 7.3 аминокислоты РЬс и Тгр имеют УФ полосы с /.,„,,,■ при 258 нм и 278 нм, соответственно, а для ЫА и № максимум поглощения приходится, соответственно, на 261 нм и 258 нм. Добавление избыточных количеств N А и № к водным растворам РЬе и Тгр не приводит к явному смещению максимумов поглощения, но наблюдается значительное увеличение интенсивности поглощения и увеличение оптической плотности. Полученные результаты показывают, что ароматические аминокислоты могут образовывать молекулярные комплексы с исследуемыми лигандами (ЫА, №).
По характеру зависимости изменения оптических плотностей от концентрации никотиновой кислоты или урацила при постоянных концентрациях аминокислот С РЬс. Тгр) можно судить не только о наличии взаимодействия в рассматриваемых системах, но на основе полученных кривых насыщения определить состав и устойчивость образующихся комплексов (рис. 2.) [6]. Для этого с использованием закона Бугера-Ламберта-Бера определены молярные коэффициенты экстинции Ь-фенилаланина (е261'258=280), Ь-триптофана (е261= =5160), (е258=4000), никотиновой кислоты (е261=3880) и урацила (е258=9400). Вычислена оптическая плотность максимума полосы поглощения комплекса в каждом из растворов, учитывая поглощение исходных компонентов: ДА=|А,КСц-(А\д1 [,,+ +Ар1ю(Тф))|, где Аэксп - экспериментальное значение оптической плотности смеси при длине волны в максимуме полосы поглощения комплекса; АМА(иг) - значение оптической плотности N А (/.=261 нм) или ЬГг (/.=258 нм); Аи1е1'| ф, - значение оптической плотности аминокислот (РЬс или Тгр) при /.=261 нм или /.=258 нм. На основе полученных данных (ДА) с использованием компьютерной программы АРТМТ [7] рассчитаны константы устойчивости образующихся комплексов и их стехиометрия
(таблица). Таким образом, проведенные расчеты с учетом различных стехиометрических схем взаимодействия показали образование молекулярного комплекса состава 1 к 2 для всех исследуемых водных растворов, содержащих аминокислоту (РЬе, Тгр) и лиганд (ЫА, Ыг).
Рис. 1. Электронные спектры поглощения L-фенилаланина (с=2.5Т04моль/л) -1; чистых никотиновой кислоты (а) и урацила (б) (с=2.5Т04моль/л) - 2 и их смесей (с=1.0Т0"3 моль/л) -3 в водных растворах при рН 7.35, Т=296.15 К Fig. 1. Electronic absorption spectra of L-phenylalanine (c=2.5T0"4 mol/L) - 1, pure nicotinic acid (a) and uracil (6) (c=2.5-104 mol/L) - 2, and their mixtures (c=l .0-10"3 mol/L) - 3 in aqueous solutions at pH of 7.3, T=296.15 K
Аминокислоты и лиганды в водных растворах могут участвовать в кислотно-основных равновесиях. Чтобы определить, какие из форм реагентов вступают в комплексообразование, предварительно был проведен расчет равновесного состава каждой системы (Phe-вода и NA-вода, Тгр-вода, Ur-вода) в зависимости от рН среды, выполненный по программе "RRSU", в основу которого заложен модифицированный метод Бринкли [8,9]. Построены диаграммы долевого распределения форм Ь-фенилаланина, Ь-триптофана, урацила и никотиновой кислоты в водных
A
2,52,0 1,51,00,5 0,0-
0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015
с, моль/л
2,5
2,0
1,5-
1,0
0,5-
0,0
0,000 0,003
0,006 0,009
с, молъ/л
0,012 0,015 0,018
Рис. 2. Зависимости оптической плотности растворов L-фенилаланина (с=2.5-10"4моль/л) (а) и L-триптофана (с=2.5Т04моль/л) (б) от концентрации никотиновой кислоты
- 1 (при Х=26\ нм) и урацила - 2 (при Х=258 нм), рН 7.3 Fig. 2. Dependences of optical density of L-phenylalanine solutions (c=2.5-104 mol/L) (a) and L-tryptophan (c=2.5-104 mol/L) (6) on the concentration of nicotinic acid -1 (at X=26\ нм) and uracil - 2 (at X=258 нм), рН is 7.3
Таблица
Стехиометрия и константы комплексообразования в системах: Phe - NA, Trp - NA, Phe - Ura, Trp - Ura
при 296 К и рН 7.3 Table. Stoichiometry and complexe formation constants for the systems: Phe - NA, Trp - NA, Phe - Ura, Trp -Ura at 296 К and pH 7.3
Комплекс Стехиометрия взаимодействия lg K
Phe - NA 1 : 2 2.95±0.05
Trp - NA 1 : 2 3.11±0.06
Phe - Ura 1 : 2 3.55±0.05
Trp - Ura 1 : 2 3.91±0.02
растворах в зависимости от рН среды (1~0). Установлено, что при фиксированном значении рН 7.3 Ь-фенилаланин и Ь-триптофан существуют в форме цвиттер-иона, никотиновая кислота - в форме аниона, а урацил — в молекулярной форме. Кроме того, урацил в водных растворах может
находиться в двух таутомерных формах — кетон-ной и енольной [10]. В работах [10,11,12] было показано, что в кислых и нейтральных растворах (pH < 7.3) Ur представлен, преимущественно, ке-то-формой. Поэтому можно считать, что именно в этой форме Ur участвует в процессах комплексообразования в исследуемых системах.
Сравнительный анализ результатов (таблица) показывает, что устойчивость комплексов, образующихся при взаимодействии аминокислот (Phe, Trp) с лигандами (NA, Ur), прежде всего, зависит от строения последних, при этом образуемые молекулярные комплексы имеют константы средней силы. Следует отметить, что данные УФ-спектроскопии, полученные для системы Phe - NA, согласуются с калориметрическими данными, которые подтверждают, что молекулярный комплекс 1:2 фенилаланина с никотиновой кислотой в условиях pH 7.35 имеет константу средней силы и стабилизирован энтропийным фактором [13].
Значения констант образования комплексов ароматических аминокислот с NA довольно близки (в пределах погрешности). Взаимодействие Phe или Trp с Ur приводит к образованию более устойчивых комплексов, чем с NA. Образование более устойчивых комплексов Ur с Trp может быть связано с взаимодействием электронодонор-ной индольной системы аминокислоты с пирими-диновым кольцом нуклеинового основания посредством 71-71-псрскрывания с частичным переносом заряда [14-16].
Таким образом, в настоящей работе показано, что ароматические аминокислоты Phe и Trp образуют с никотиновой кислотой и урацилом молекулярные комплексы состава 1:2, имеющие константы связывания средней силы. Выявлено, что более стабильный комплекс образуется при взаимодействии L-фенилаланина и L-триптофана с урацилом (основным лигандом), чем с никотиновой кислотой (кислотным лигандом).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант №11-03-00013а).
ЛИТЕРАТУРА
1. Кочергина Л.А., Крутова О.Н., Емельянов A.B. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 2. С. 95-100;
Kochergina L.A., Krutova O.N., Emelianov A.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 2. P. 95-100. (in Russian).
2. Борисова H.C., Королева И.П., Зимин Ю.С., Гима-диева А.Р., Мустафин А.Г. // Изв. узов. Химия и хим.
-12;
Borisova N.S., Koroloyva I.P., Zimin Yu.S., Gimadieva A.R., Mustafin A.G. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 1. P. 3-12. (in Russian).
a
3. Душина С.В., Шарнин В.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. Вып. 3. С. 46-50;
Dushina S.V., Sharnin V.A. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 3. P. 46-50. (in Russian).
4. Freitas V.L.S., Acree W.E., Jr., Ribeiro da Silva M.D.M.C //
J. Chem. Eng. Data. 2008. V. 53. P. 1820-1826.
5. Huang Z., Lin Z., Song Ce. // J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. p. 4340-4345.
6. Сайдов Г.В., Свердлова O.B. Практическое руководство по молекулярной спектроскопии. / Под ред. Н.Г. Бахшиева. JL: Изд-во Ленингр. ун-та. 1980. 136 е.; Saiydov G.V., Sverdlova O.V. The practical book on molecular spectroscopy. / Ed. N.G. Bakhshieva. L.: Leningr. un-t. 1980. 136 p. (in Russian).
7. Бородин B.A., Васильев В.П., Козловский E.B. // В сб.: Математические задачи химической термодинамики. Новосибирск: Наука. 1985. С. 219-226;
Borodin V.A., Vasiliev V.P., Kozlovskiy E.V. // In collection Mathematical tasks of chemical thermodynamics. Novosibirsk: Nauka. 1985. P. 219-226. (in Russian).
8. Бородин B.A., Кдаловский E.B., Васильев В.П. // Журн. неорг. химии. 1986. Т. 31. N 1. С. 10-13; Borodin V.A., Kozlovskiy E.V., Vasiliev V.P. // Zhurn. Neorg. Khimii. 1986. V. 31. N 1. P. 10-13. (in Russian).
9. Васильев В.П. Термодинамические свойства растворов электролитов. М.: Высш. Школа. 1982. 320 е.;
Vasiliev V.P. Thermodynamic properties of electrolyte solutions. M.: Vysshaya Shkola. 1982. 320 p. (in Russian).
10. Казицына JLA., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спекгрометрии в органической химии М.: Изд-во Московского ун-та. 1979. 240 е.; Kazitsyna L.A., Kupletskay N.B. Application of UV, IR, NMR and mass-spectrometry in organic chemistry. M.: Izd-vo Mockovckogo un-ta. 1979. 240 p. (in Russian).
11. Iza N., Gil M., Marcillo J. // J. Mol. Struct. 1988. V. 175. N. 1. P. 31-36.
12. Борисова H.C., Ишмуратова Г.И., Валиева О.И., Борисов И.М., Зимин Ю.С., Мустафин Д.Г // Вести. Башкирского ун-та. 2012. Т. 17. №. 4. С. 1687-1690; Borisova N.C., Ishmuratova G.B., Valieva O.I., Borisov I.M., Zimin Yu.S., Muctafin A.G. // Vectn. Bashkirskogo un-ta. 2012. V. 17. N. 4. P. 1687-1690. (in Russian).
13. Баделин В.Г., Тишина Е.Ю., Межевой И.Н., Тарасова Г.Н. //ЖФХ. 2013. Т. 87. №8. С. 1316-1319;
Badelin V.G., Tyunina E.Yu., Mezhevoiy I.N., Tarasova G.N. // Russ. J. Phys. Chem. 2013. V. 87. N 8. P. 1306-1309.
14. Ishida T., Tokura Y., Shimamoto M., Doi M. // Chem. and Pharm. Bull. 1987. V. 35. N 5. P. 1691-1701.
15. Saito I., Sugiama H., Matsuura T. // Tetrahedron Lett. 1985. V. 26. N 37. P. 4467-4470.
16. Ishida T., Ibe S. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1984. Pt. 2. N 2. P. 297-304.
УДК 543.2 : 542.61 : 611.185.1
B.A. Дорощук, М.Г. Мандзюк, H.A. Грицик, В.Я. Демченко*
АТОМНО-АБСОРБЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ МИЦЕЛЛЯРНО-ЭКСТРАКЦИОННЫМ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕМ
(Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, *Институт коллоидной химии и химии воды им. A.B. Думайского) e-mail: [email protected]: shcherbina@,univ.kiev.ua
Изучена мицеллярная экстракция алюминия с хромазуролом S в присутствии кати-онных ПАВ фазами неионного ПАВ при температуре помутнения. Найдены оптимальные условия количественного извлечения трехкомпонентных комплексов металла в мицелляр-ную фазу. Разработана методика атомно-абсорбционного определения алюминия в природных водах с предварительным мицеллярно-экстракционным концентрированием.
Ключевые слова: алюминий, Triton Х-114, мицеллярно-экстракционное концентрирование
ВВЕДЕНИЕ
Алюминий относится к распространенным элементам биосферы, принимает участие в физиологических процессах живых организмов, в частности, формировании скелета, хрящей, соединительной ткани и процессах их регенерации. Однако избыток алюминия может способствовать развитию опасных заболеваний - болезней Альцгей-
мера и Паркинсона [1]. Поэтому мониторинг содержания ионов металла в водах различных категорий является актуальной задачей экологической и аналитической химии. Низкое содержание алюминия в таких объектах препятствует его определению прямыми аналитическими методами, в том числе и методом атомно-абсорбционной спектроскопии, без предварительного концентрирования
