Научная статья на тему 'Применение вольтамперометрического метода при изучении биоантиоксидантов'

Применение вольтамперометрического метода при изучении биоантиоксидантов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
118
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Драчева Л. В., Короткова Е. И., Дорожко Е.

При исследовании антиоксидантной активности биокомпозиций на основе пробиотиков (биоактиоксидантов) использовали вольтамперометричес-кий метод. Для получения вольтамперограмм применяли анализатор антиоксидантной активности «Антиоксидант ОАО» (ООО «НПП «Полиант», Томск).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Драчева Л. В., Короткова Е. И., Дорожко Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Usage of voltamperometric method at studying bioantioxidants

At research of antioxidant activity of biocompositions on the basis of probiotics (bioantioxidants) the voltamperometric method used. To receive voltamperogramm the analyzer of antioxidant activity « Antioxidant pic» (Open Company «NPP «Poliant», Tomsk) was applied.

Текст научной работы на тему «Применение вольтамперометрического метода при изучении биоантиоксидантов»

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

Применение

вольтамперометрического метода

при изучении биоантиоксидантов

Л.В. Драчева

Международная академия информатизации Е.И. Короткова, Е. Дорожко

Томский политехнический университет

Оксидативный стресс негативно влияет на организм человека в виде активных форм кислорода (АФК). В умеренных концентрациях они выполняют важную роль медиаторов в процессах передачи клеточного сигнала в живом организме, но при повышенных концентрациях оказывают разрушающее действие. В процессе оксидативного стресса происходит повреждение ли-пидов, белков, ДНК, мембран клеток.

Против токсичных эффектов АФК клетки организма используют ферментативные (супероксиддисмутаза, ката-лаза и т.д.) и неферментативные (витамины А и С, глутатион и др.) механизмы защиты. Когда организм находится в состоянии здоровья, то эффективно реализуются оба механизма, поддерживая его гомеостаз. В случае заболеваний необходимо усиливать антиоксидантную защиту организма, например за счет использования экзогенных биоантиоксидантов.

При исследовании антиоксидантной активности биокомпозиций на основе пробиотиков (биоантиоксидантов) использовали вольтамперометрический метод. Для получения вольтамперо-грамм применяли анализатор антиок-сидантной активности «Антиоксидант АОА» (ООО «НПП «Полиант», Томск). Он имеет электрохимическую ячейку объемом 10 мл, в которой находятся индикаторный ртутно-пленочный электрод, хлорид-серебряный электрод сравнения и вспомогательный электрод.

Все необходимые растворы готовили с использованием фосфатного буфера с рН 6,86 (эквимолярная смесь Ыа3Р04 и КН2Р04).

Для приготовления индикаторного ртутно-пленочного электрода его предварительно очищали путем погружения на 10 мин в этиловый спирт, а затем полировали чистящей пастой. В качестве анода использовали платино-

вый электрод. Ртутную пленку наносили на поверхность серебряного электрода с помощью электролиза в электрохимической ячейке с раствором Нд(Ы03) 2 при постоянной величине тока (1А). Толщину ртутной пленки контролировали за счет времени электролиза. При длине серебряной проволоки 0,5 см, диаметре 0,05 см и при времени электролиза 20 с толщина ртутной пленки составляла 2,5Ч0-3см, которая оставалась постоянной при проведении в течение всего эксперимента. Для устранения мешающих примесей на поверхности электрода его подвергали поляризации в виде 20 вольтамперометрических циклов в области потенциалов от 0,0 В до -2,0 В при 0,1 В/с.

Для определения антиоксидантной активности анализируемых образцов вначале в электрохимическую ячейку помещали 10 см3 фосфатного буфера для получения фоновой вольтамперо-граммы. Затем регистрировали воль-тамперограммы катодного восстановления кислорода без и с последующим добавлением определенного объема анализируемых образцов биокомпозиций с помощью постоянно-токовой вольтамперометрии при следующих условиях: индикаторный - ртутно-пле-ночный электрод, электрод сравнения - хлорид-серебряный, область потенциалов Е от 0 до -0,8 В, амплитуда 10 мВ.

Для исследования суммарной анти-оксидантной активности образцов методом вольтамперометрии использовали модельную реакцию электровосстановления кислорода (ЭВ О2), протекающую на ртутно-пленочном электроде в несколько стадий в области потенциалов от 0 до -0,8 В по механизму, аналогичному восстановлению кислорода в живых клетках:

- Н 0/,

(2) (3)

Н-,0, +2Н+ +2е~ 2Н-,0. (4)

В данной методике за основу принята первая волна электровосстановления кислорода на ртутно-пленочном электроде:

02 + е-

~ 0Г

о;-+ н+н о/.

н о;+ н++ Н-,0,

(5)

(6) (7)

Природные антиоксиданты по-разному влияют на данный процесс. Можно выделить три основных механизма взаимодействия антиоксидан-тов с кислородом и его активными радикалами.

Первый механизм обусловлен каталитическим влиянием веществ на процесс электровосстановления кислорода (рис. 1). Так ведут себя ферменты супе-роксиддисмутаза, каталаза и цитохром С. В данном случае ток ЭВ О2 увеличивается, и потенциал сдвигается в положительную область, так как данные вещества благодаря своим каталитичес-

02 + е-

~ 02"

(1)

I, ткА 10 3 23

8 Ял

6

4 / V

2

00 -0,1 -0,3 -0,5 Е, V

Рис. 1. Вольтамперограммы тока ЭВ О2: 1 - фоновый электролит (фосфатный буфер, рН 6,86) и в присутствии каталазы, 2 - С=0,002г/см3; 3 - С=0,005 г/см3

0-- + Н+

н 0/+ н++е-<=^НА„

METHODS AND MEANS OF CONTROL

I, mkA 10

8

6

4

2

0

I, mkA 10

8

6

4

2

0

0 -0,1

-0,3 а

-0,5 E, V

0 -0,1 -0,3

-0,5

E, V

б

Рис. 2. Вольтамперограммы тока ЭВ О2:

1 - фоновый электролит (0,025 М буфер, рН 6,86) и в присутствии:

2, а - раствора витамина Е, С = 0,005г/см3; 2, б - раствора глутатиона, С = 0,02г/см3;

3 - линия остаточного (фонового) тока в отсутствие кислорода в растворе

№ образца Образец К-концентрационный критерий (в данном случае объем добавляемого образца, см3) K-кинетический критерий, мкмоль/дм3^мин Sr-ста ндартное отклонение

1 Пробиотик 0,8 0,407 0,03

2 3 Пробиотик 0,8 0 5 0,953 -0 177 0,04 0 03

4 Пробиотик + белок 0,4 -0,040 0,03

ким свойствам по отношению к процессу восстановления кислорода уменьшают энергию активации процесса. И кинетически, и термодинамически процесс облегчается, что визуально отражается в увеличении тока ЭВ О2.

В случае электродных процессов (5) - (6) уравнение Нернста принимает вид:

RT. а ,. +—In—

ь/о, zF а .

(8)

Если супероксидный радикал в реакции (1) реагирует с антиоксидантом, то его концентрация значительно уменьшается, а потенциал увеличивается согласно уравнению (7), т.е. происходит сдвиг потенциала в положительную область. Схожие свойства проявили исследуемые образцы биоантиокси-дантов № 3 и № 4.

Химическая реакция взаимодействия другой исследуемой группы ан-тиоксидантов с активными кислородными радикалами отражает второй механизм антиоксидантного действия.

Проявление этого механизма связано с уменьшением величины тока ЭВ О2 и сдвиге потенциала в положительную область (рис. 2, а). Так ведут себя витамин Е, аскорбиновая кислота, глутатион и другие антиоксиданты.

Смещение потенциала в положительную область свидетельствует о том, что антиоксиданты преимуще-

ственно взаимодействуют с супероксидным радикалом, а не с молекулярным кислородом.

Схожие свойства проявили исследуемые образцы биоантиоксидантов № 1 и № 2.

Химическая реакция протонизации кислорода антиоксидантом отражает третий механизм антиоксидантного действия.

Визуально проявление этого механизма выражается в уменьшении тока ЭВ О2 и сдвиге потенциала в отрицательную область (рис. 2, б). Так ведут себя тиоловые (БИ-зависимые соединения), карбоновые кислоты, амины. Таких свойств биоантиокси-данты исследуемых образцов не проявили.

Была проведена оценка антиоксидантной активности при наиболее эффективных объемах (см. таблицу). Для этого был использован такой параметр, как кинетический критерий К (мкмоль/дм3^мин), отражающий количество активных кислородных радикалов, прореагировавших с антиоксидантом за 1 мин:

где I- ток электровосстановления кислорода в присутствии образца в растворе, мкА; 10 - ток электровосстановления кислорода в отсутствие образца в растворе, мкА; С0 - исходная концентрация кислорода в растворе, мкмоль/дм3; t- время протекания реакции, мин.

По результатам определений был построен график зависимости функции (1 - 1\10) от времени Тангенс угла наклона линейной части этого графика, умноженный на величину С0, является коэффициентом антиоксидантной активности образца К.

Значения коэффициентов антиоксидантной активности исследованных образцов показаны в таблице.

Таким образом, исследуемый образец № 2 показал более высокую анти-оксидантную активность по отношению к процессу восстановления кислорода по сравнению с образцом № 1 среди образцов, антиоксиданты которых проявляют каталитическую активность.

Образец № 3 показал более высокую антиоксидантную активность (сравнение по абсолютному значению) по отношению к образцу № 4 среди образцов, антиоксиданты которых проявляют антирадикальную активность.

Следует отметить, что каждый из исследованных образцов имеет определенную область эффективного объема.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о наличии ан-тиоксидантных свойств у изученных биокомпозиций на основе пробиоти-ков. Следовательно, их можно использовать в качестве биологически активных препаратов, которые могут быть рекомендованы как экзогенные для защиты организма человека от повреждающего действия свободных радикалов, в частности, его сердечно-сосудистой системы.

К = 1--

(9)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.