Молекулярно-динамические и физико-механические характеристики лекарственного репейника Текст научной статьи по специальности «Физика»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №5-6_

ФИЗИКА

УДК 539. 541.64. 543.422.23

И.Х.Юсупов, Н.Н.Умаров*, академик АН Республики Таджикистан Р.Марупов

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕКАРСТВЕННОГО РЕПЕЙНИКА

Физико-технический институт им. С.У. Умарова АН Республики Таджикистан, Худжандский государственный университет им. Б.Гафурова

лекулярно-

Исследовано влияние радиационного фона места произрастания на мол динамическую и физико-механическую характеристики лекарственного репейника. Установлено, что механическая прочность листьев растения в значительной мере зависит от наличия «дефектных» рыхлых областей, образованных в результате влияния радиации. При увеличении уровня радиационного фона наблюдается уменьшение механической прочности листьев репейника, энергии активации и энтропии. Сопоставление параметров спектров ЭПР, отражающих подвижность метки в

спин-меченых образцах репейника c механическими параметрами лекарственных растений, позволило установить их корреляцию.

Ключевые слова: прочность, энергия активации, спиновая метка, молекулярная динамика, репейник (Arctium tomentosum Mill./

Известно, что лекарственные растения широко используются в народной и официальной медицине. Интерес к лекарственным растениям объясняется стремлением людей быть ближе к природе, избегать пагубного воздействия синтетических препаратов [1]. Преимуществом лечения лекарственными растениями является то, что биологические активные вещества, входящие в их состав, усваиваются легко и в них практически отсутствуют токсические компоненты.

Однако в работах [2-4] показано, что условия произрастания лекарственных растений влияют на биосинтез и на молекулярное состояние формирования физико-химической структуры, в частности на формирование системы меж- и внутримолекулярных взаимодействий.

Настоящая работа посвящена изучению влияния уровня радиационного фона на структуру и прочность листьев лекарственного растения репейник. Необходимо отметить, что исследование влияния дозы радиации, как на прочность, так и на разрушение структуры лекарственных растений, весьма важно в технологии переработки растений и выявлении специфики их структурных свойств. Исследование механических и термических свойств растений даёт дополнительную информацию по влиянию дозы радиации как на молекулярную структуру, так и на механическую прочность.

Для сопоставления молекулярно-динамических и физико-механических параметров в работе исследовано влияние различных уровней радиационного фона на механическую прочность образцов

Адрес для корреспонденции: Юсупов Изатулло Ходжаевич. 743063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: [email protected]; Умаров Насимджон Нег-матович. 735700, г. Худжанд, ул. Мавлонбекова, 1, ХГУ. E-mail: [email protected]

из листьев репейника. Методом спиновых меток исследованы параметры вращательной диффузии нитроксильного радикала, присоединённого к структурам листьев исследуемого растения.

Образцы из листьев репейника приготовлены из растений репейника, собранных из разных местностей с разным радиационным фоном.

С.Н.Журкова

VII V ^И^ИШИ! р I 14 Ц I IV! II И-»!

Для описания механических свойств листьев репейника мы использовали уравнение

........

ехр[(Ц -уст)/RT] ,

где т - длительность существования образца в напряженном состоянии до разрыва, о - напряжение в момент разрыва образца, Т - абсолютная температура, R - универсальная газовая постоянная, и0 -

г = гп

энергия активации разрушения в отсутствии напряжения, листьев репейника, т0 - постоянная, равная 10

-13

у - с

структурно-чувствительная постоянная

с [6,7].

Исследование температурно-временной зависимости прочности образцов (биополимеров) позволяет получить информацию о величине энергии межатомных связей в процессе разрушения [6-11]. Прочность и долговечность образцов определялись с помощью рычажного устройства [9]. Образцы готовились в виде двойных лопаток с размерами: ширина рабочей части - 3.5 мм, длина - 15 мм и толщина 0.25-0.35 мм.

' в 1 ^ Рис.1. Зависимость прочности на разрыв образцов листьев репейш

8 Я.мкЗв/ч

репейника от радиационного фона.

На рис. 1 представлена зависимость прочности (о) листьев репейника от дозы радиации (Е) при комнатной температуре. Каждая точка является средним значением более десяти измерений. Видно, что зависимость прочности от дозы радиации о является нелинейной. Прочность образцов по мере роста уровня радиации в месте произрастания уменьшается.

Определены следующие параметры спектров ЭПР спин-меченых образцов при комнатной температуре: 2Л'г - расстояние между внешними экстремумами; А/ и Ак - полуширины линии соответственно в низком и высоком поле; к' / к - отношение амплитуд низкопольных линий слабо иммобилизованных меток и АН0 - ширина линии центрального компонента спектра ЭПР. Определено время корреляции, которое при увеличении дозы радиации изменяет все эти параметры.

В табл.1 приведены зависимости спектральных ЭПР-параметров для образцов репейника, собранных из разных мест произрастания, радиационный фон которых в зависимости от температуры составляет соответственно 0.2 и 8.4 мкЗв/ч.

Таблица 1

Спектральные параметры спин-меченного репейника из различных точек местности Дигмай

при разных температурах

Место произрастания Т, К Al, Гс Ah, Гс 2Л\ Гс V, 1081/с xc 10-8 c

ТочкаА 303 12 10.8 218 2.17 0.46

323 14 12 215 2.27 0.44

353 17 11 208 2.56 0.39

Точка В 303 7.2 5.6 177 3.84 0.25

323 8 173 4.16 0.24

353 8.6 7.2 X 169 ^ 4.35 0.23

Примечание: мощность радиационного фона места произрастания точек: А - 0.22 мкЗв/час, В - 8.4 мкЗв/час.

Из табл.1 видно, что по мере повышения температуры наблюдается изменение всех динамических параметров как низкопольных, так и высокопольных компонентов, а также расстояние между внешними экстремумами. Также уменьшается время корреляции, что свидетельствует об увеличении подвижности спиновой метки в структуре репейника. На основе данных табл.1 оценены эффективная

энергия активации и энтропия вращат основе уравнения Аррениуса (1):

На основе форму, энергии активации и энтропии

дательной диффузии спиновой метки ательной диффузии спиновой метки

Ьф

АНэфф

для растения репейника на

(1)

льных параметров (таб нтропии репейника (см. табл. 2).

аты экспериментальных

табл.1) рассчитывались эффективные

х данных зависимостей разрывного на-ля образцов, полученных из исходной точки

На рис. 2 приведены результаты экспери:

Ч \ Э . \

пряжения о от температуры Т, а испытания Т(о)=Д

• \

А, то есть R=0.22 мкЗв/час, и пораженной (точка дозы радиации которой в местах произрастания зно R=8

равны прим

.4 мкЗв/час.

Л Л> ьб 80 |6о lio 1J0 |<уО Г.-С

Рис.2. Температурная зависимость прочности листьев репейника: 1 - из точки А; 2 - из точки В.

Для определения ио и у согласно [6-8] были найдены значения То и оо, которые получаются

графическим способом по данным рис.2 путем экстраполяции зависимости о =ДТ) для значения о=0 и Т=0, затем на основе формул (2) - (4)

Uo=2.3RTo , ^ (2)

Uo=2.3RTo(lgт+13>) , (3)

у= ио/ Оо

определены значения кинетических параметров по уравнению до

ности (табл.2).

— V

Сравнительные данные физико-механических характеристик в зависимости

Таблица

Места произрастания Мощн. радиации R, мкЗв/ч о, 105 Па ио, ккал/моль у, ккал/Па моль Еэфф, кДж/ моль ^эфс}« э. е

ТочкаА 0.22 8.39 8.55 0.5 2.38 -8.32

Точка В 8.4 6.45 8.28 0.7 186 -8.57

Из табл. 2 видно, что величина энергии актив репейника имеет почти одинаковые значения. А стру: механического разрушения при увеличении уровн чивается, значение прочности умень

Из результатов экспериментальных данных видно

еханического разрушения для образцов увствительный коэффициент у процесса ионного фона места произрастания увели-

;риментальных данных видно, что эффективная энергия активации (Еэфф) спиновых меток и энтропия (А&фф) дл

енных эк

для образцов из точки В уменьшают-

ентальных данных можно заключить, что:

вращательной подвижности спин ся.

Таким образом, на основании

- механическая прочность листьев растения репейника в значительной мере зависит от радиационного фона места произрастания;

- при увеличении радиационного фона места произрастания, увеличивается доля «рыхлых» областей, облегчающих разрушение надмолекулярной структуры, что приводит к уменьшению прочности веществ;

- сопоставление параметров спектров ЭПР, отражающих подвижность метки, с механически-араметрами лекарственных растений позволило нам установить их корреляцию.

торы благодарят заведующего лабораторией ное учас

ми п

аведующего

проф.Т.Шукурова за активное участие при обсуждении результатов.

молекулярной спектроскопии

Поступило 03.05.2017 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Валягина Е.Т. Лекарственные растения России. - СПб.: Издатель, 1997, 284 с.

2. Юсупов И.Х., Умаров Н.Н., Марупов Р. ЭПР-спектроскопические свойства листьев репейника (Arctium tomentosum Mill.) в зависимости от радиационного фона местности. - ДАН РТ, 2015, т.58, № 9, с. 813-818.

3. Юсупов И.Х., Умаров Н.Н., Марупов Р. Исследование конформационной подвижности в структуре лекарственного растения репейника (Arctium tomentosum Mill.) методом спиновых меток. - ДАН РТ, 2016, т.59, № 9-10, с. 392-398.

4. Умаров Н.Н., Усмонов А., Шукуров Т. Исследование влияния радиационного фона местопроизрастания на спектральные характеристики лекарственного растения репейника (Arctium tomentosum Mill.) методом ИК-спектроскопии. - Мат-лы Междунар. конф. «Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых».- Бустон, 2016, с.163-166.

5. Умаров Н., Усмонов А., Шукуров Т. Исследование природы водородных связей «ланцетьевого подорожника» (Plantogo lanceolata. L.) в зависимости от экологии и уровня радиоактивности места произрастания методом ИК-спектроскопии. - Вестник ТНУ, 2014, 1/4(153), с.208-213.

6. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твёрдых тел. - Изв. АН СССР, 1967, т.3, №10, с.1767-1776.

7. Регель В.Р., Слуцкер А.И, Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твёрдых тел.

V

[ие полимеров. - Душанбе:

[ поддержания постоянног ном растягивающемся образце.- Заводская лаборатория, 1963, №8, с.994-996

М.:Наука, 1974, 560 с.

Бобоев Т.Б. Фотомеханическое разрушение полимеров. - Душанбе: Матбуот, 2000, 241с.

тоянного

9. Томашевский Э.Е. Слуцкер А.И. Устройство для поддержания постоянного напряжения в одноос-

разрушени

1968, х.183, №6, с.1297-1300.

11. Каримов С.Н. Прочность и разрушение полимеров, подвергнутых радиационному воздействию.

Л.1 ппо поп»

10. Ратнер С.Б. Об энергии активации процесса механического разрушения полимеров. - ДАН СССР, 1968, т.183, №6, с.1297-1300.

Душанбе: Амри илм, 1998, 290 с.

И.Х.Юсупов, Н.Н.Умаров*, Р.Марупов

ХОСИЯТДОИ ДИНАМИКИ-МОЛЕКУЛАВИ ВА МЕХАНИКИ ФИЗИКАВИИ

РАСТАНИИ ШИФОБАХШИ МУШХОР • уС

Институти физикаю техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон,

~ давлатии Хуцанд ба номи Б.Еафуров

: сабзиш ба характеристиками динамики-молекулавй ва механикй-физикии гиёди мушхор тадкик карда шудааст. Муайян карда шудааст, ки мустадками механикии баргдои растанй аз нуксондои дохили растанй вобаста буда, асосан бо таъсири радиатсия ба вучуд меоянд. Бо зиёдшавии фони радиатсионй камшавии мустадкамии механикй дар барги мушхор мушодида карда мешавад, инчунин энергияи активатсионй ва энтропия низ кам мешавад. Хосиятдои бо даракатдои нишонадои спинй дар асоси резонанси электронию парамагнитй (РЭП) алокамандро бо хосиятдои механикии растании шифобахш вобаста карда шудааст.

Калима^ои калиди: муста^камй, энергияи активатсионй, нишонаи спинй, динамикаи молекулавй, мушхор (Arctium tomentosum Mill.).

I.Kh.Yusupov, N.N.Umarov , R.Marupov MOLECULAR-DYNAMICAL AND PHYSICAL-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF BURDOCK MEDICINE

S.U.Umarov Physical-Тechnical Institute, of the Аcademy of Sciencеs of the Republic of Тajikistan,

B.Gafurov KhujandState University

The influence of ground the area grown on physical mechanical characteristics medicin plant of burdock have been investigated. It is shown that the medicinal strengh of the leaves of the plant depending on the presence of "defective" porous parts inside of which on intensive molecular motion takes place. Increasing of background radiation level leads to the reduction of mechanical toughness of the leaves activation energy and entropy. Comparison of the EPR-spectrum parametres reflecting marked labels mobility with the mechanical parametres of medicin plants afforded to establish their correlation. Key words: strength, activation energy, spin label, molecular dynamics, burdock (Arctium tomentosum Mill.).

sO

У ,vV W

A ¿V V £