КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 69, № 1, с. 55-61
УДК 541.183
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МЕДИ НА АДСОРБЦИЮ ГИСТАМИНА И ГИСТИДИНА НА ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО
КРЕМНЕЗЕМА
© 2007 г. Н. Н. Власова, О. В. Маркитан, Н. Г. Стукалина
Институт химии поверхности Национальной академии наук Украины 03164 Киев-164, ул. Генерала Наумова, 17 E-mail: vlabars@i.com.ua Поступила в редакцию 17.03.2006 г.
Изучено влияние ионов меди на адсорбцию гистамина и гистидина на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов. Показано, что образование комплексных частиц в растворе определяет характер адсорбции этих биомолекул. Рассчитаны константы равновесия реакций образования тройных поверхностных комплексов, в которых роль одного из лигандов играют силаноль-ные группы кремнезема. Показано, что в состав внутренней координационной сферы иона меди в таких комплексах входят оба атома азота гистамина или гистидина.
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность высокодисперсного кремнезема как лекарственного средства при ряде заболеваний обусловлена его высокой сорбционной способностью по отношению к белкам и многим низкомолекулярным органическим веществам [1]. Среди этих органических молекул особое место занимают аминокислоты и родственные им соединения (например, биогенные амины). Они представляют собой структурные единицы пептидов и белков и могут служить модельными соединениями при исследовании закономерностей взаимодействия кремнезема с биологически активными макромолекулами. В то же время наличие в биологических жидкостях ионов биометаллов приводит к связыванию малых органических молекул в комплексы, характер взаимодействия которых с кремнеземом может существенно отличаться. Например, присутствующие в сыворотке крови ионы меди практически полностью связывают в комплексы аминокислоты, причем наибольшей прочностью обладают комплексные соединения с гистидином [2, 3].
Нами была изучена адсорбция некоторых аминокислот, в том числе и их комплексов с ионами меди, и биогенных аминов на поверхности кремнезема [4, 5]. Целью настоящего исследования было изучение влияния ионов меди на адсорбцию гистидина и родственного ему биогенного амина - гистамина на поверхности кремнезема из водных растворов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали высокодисперсный аморфный кремнезем А-300 (ВДК) с удельной
поверхностью 300 м2/г (г. Калуш, Украина), ги-стамин дигидрохлорид (Hm) и D,L-гистидин ди-гидрохлорид моногидрат (His) ("хч", Fluka, Швейцария), хлорид меди CuCl2 • 2H2O и хлорид натрия ("хч", Merck, Германия), стандарт-титры NaOH и HCl (Titrisol, Merck, Германия).
H+
^N^CH2CH2NH3+ HN—/
Гистамин, H2Hm2+
H+
N
HN
NH+ -CH2CHCOOH
C.2+
Гистидин, H3His2
Адсорбцию ионов меди и гистамина/гистидина (L) из их индивидуальных и смешанных растворов изучали при комнатной температуре по методике, описанной в [4]. Концентрацию ионов меди определяли атомно-абсорбционным методом (спектрометр AAS-30, Carl Zeiss, Германия). Концентрацию гистамина и гистидина в растворах определяли по их поглощению в УФ-области спектра (спектрофотометр Specord M-40, Carl Zeiss, Германия). Величины адсорбции ионов меди и гистамина/гистидина рассчитывали по разнице исходной и равновесной концентраций раствора. На приводимых ниже рисунках величины адсорбции представлены в виде процентов от исходной концентрации хлорида меди и лиганда L соответственно.
Образцы для записи спектров диффузного отражения были приготовлены путем добавления навесок кремнезема к растворам с pH 7.5, содер-
Таблица 1. Константы диссоциации гистамина и ги-стидина и комплексообразования с ионами меди
Реакция ^ К Ссылка
H3His2+ ^^ H2His+ + ^ (COOH) H2His+ HHis± + ^ (имидазол) -1.82 -6.00 6 6
HHis± ^ His- + ^ -группа) ^2+ + His- ^ CuHis+ ^2+ + 2His- ^ ^2+ + 2His- + ^ Cu(His)(HHis±)+ ^2+ + His- + ^ CuHHis2+ ^2+ + His- ^ CuH-1His + ^ 2^2+ + 2His- + H2Hm2+ HHm+ + ^ (имидазол) -9.16 10.16 18.10 23.80 14.14 2.47 8.00 -6.03 6 6 6 6 6 9 9 8
HHm+ ^ Hm + ^ -группа) ^2+ + Hm ^ CuHm2+ -9.78 9.53 88
^2+ + 2Hm Cu(Hm )2+ ^2+ + Hm + ^ ^ CuHHm3+ ^2+ + 2Hm + ^ ^ Cu(Hm)(HmH)3+ 16.03 12.88 21.82 8 9 9
^2+ + Hm ^ CuHmH01 + ^ 1.20 9
2^2+ + 2Hm ^^ + ^ 7.00 9
жащим хлорид меди и гистамин (или гистидин) в молярном соотношении 1 : 1 и 1 : 2. Спустя 1 ч твердый остаток отделяли центрифугированием, промывали 0.01 М раствором и сушили при комнатной температуре. Спектры диффузного отражения, относительная интенсивность которых выражена в единицах поглощения, записывали на спектрофотометре Specord M-40 с использованием специальной приставки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние ионов меди на адсорбцию гистамина и гистидина проявляется в результате образования в растворе комплексов различного состава и строения. В литературе имеются многочисленные данные по константам комплексообразования в этих системах, однако до сих пор не существует единой точки зрения относительно строения гистидинат-ных комплексов. Нами были выбраны константы образования тех комплексов, состав и строение которых наиболее убедительно подтверждены различными физико-химическими методами [6-9].
В табл. 1 представлены константы равновесия реакций диссоциации лигандов и их комплексообразования с ионами меди в водных растворах. В равновесии находится большое количество частиц различного состава, но преобладающими являют-
ся комплексы меди состава 1 : 1 и 1 : 2 с нейтральной формой гистамина (CuHm2+ и Cu(Hm)2+) или с анионом гистидина (CuHis+ и Cu(His)2). Для гистамина установлено, что его молекулы координируются ионом меди через атомы азота аминогруппы и ими-дазольного кольца в обоих комплексах [7-9]. Для комплексов с гистидином большинство имеющихся литературных данных свидетельствует о том, что в координационной сфере частицы ион меди
связан с атомами азота имидазольного кольца и аминогруппы, расположенными в одной плоскости, а атом кислорода карбоксильной группы располагается в аксиальной плоскости. Для комплекса Cu(His)2 предложены несколько возможных структур с различным пространственным расположением трех донорных групп, причем второй гистиди-нат-анион может в зависимости от рН координироваться как би-, так и тридентатным способом [7, 9].
Адсорбцию гистамина и гистидина из водных растворов, содержащих ионы меди, определяли по изменению интенсивности поглощения в УФ-спектрах лигандов после контакта этих растворов с кремнеземом. Спектры поглощения обоих лигандов существенно изменяются в присутствии ионов меди, поэтому предварительно мы изучили спектры поглощения растворов, содержащих ионы меди и лиганд в соотношении 1 : 1 и 1 : 2. Были определены положения максимумов поглощения и их интенсивности для растворов гистамина и гистидина, содержащих хлорид меди, в зависимости от рН (рис. 1 и 2).
В спектрах поглощения гистамина и гистидина при добавлении в раствор хлорида меди полосы собственного поглощения лигандов изменяются относительно слабо: несколько сдвигаются в сторону больших длин волн и немного увеличиваются по интенсивности. Наряду с этим в спектрах появляется плечо при длинах волн 240-250 нм, интенсивность которого увеличивается с ростом рН выше 5. Это плечо относят к полосе переноса заряда с лиганда на ион меди [10]. При рН > 6.5 для растворов, содержащих и гистамин (при со-
отношении компонентов 1 : 1 и 1 : 2) или гистидин (только при соотношении 1 : 1), появляется еще одна полоса поглощения при 270 нм. Мы предположили, что эта полоса соответствует комплексам, в которых ион меди связывается со вторым атомом азота имидазольного кольца, от которого отщепляется протон. Эти комплексы обозначены в табл. 1 как Cu(LH-1). Такие полосы наблюдаются в спектрах комплексов ионов меди с незамещенным имидазолом [10]. Для определения концентрации гистамина и гистидина в растворах, содержащих ионы меди, мы использовали полосы вблизи 210 нм, учитывая зависимость их спектральных характеристик от рН.
£, М-1 см-1 £, М-1 см-1
Рис. 1. УФ-спектры поглощения водных растворов, содержащих хлорид меди и гистамин в соотношении 1 : 1 (а) и 1 : 2 (б), при значениях рН: 1 - 4, 2 - 5, 3 - 6, 4 - 7, 5 - 8.
£, М-1 см-1
X, нм X, нм
Рис. 2. УФ-спектры поглощения водных растворов, содержащих хлорид меди и гистидин в соотношении 1 : 1 (а) и 1 : 2 (б), при значениях рН: 1 - 4, 2 -5, 3 - 6, 4 - 7, 5 - 8.
Аде
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
рбция, %
Ранее нами было показано, что гиетамин адсор-бируетея на поверхности ВДК в результате взаимодействия его катионов с диссоциированными сила-нольными группами с образованием внешнесфер-ных комплексов, что проявляется в зависимости величины адсорбции от ионной силы раствора [5]. Гистидин же, как и большинство аминокислот, практически не адсорбируется на поверхности кремнезема из водных растворов, содержащих простые 1-1-зарядные электролиты. Влияние ионов меди проявляется в том, что адсорбция ги-стамина изменяется по величине и становится практически независящей от ионной силы (при повышении концентрации фонового электролита от 0.001 до 0.01 М), а гистидин в их присутствии адсорбируется на поверхности кремнезема. Влияние это взаимное, так как адсорбция ионов меди также изменяется по сравнению с таковой из растворов СиС12 (рис. 3 и 4). Данные по влиянию pH на адсорбцию ионов меди и гистамина из их индивидуальных растворов представлены на рис. 3а. Все зависимости адсорбции лигандов и ионов меди из их общих растворов от рН имеют одинаковый характер: увеличение адсорбции наблюдается при рН > 5, ионы меди адсорбируются в большей степени, чем лиган-ды, особенно из растворов с соотношением Си : L, равным 1 : 2.
Количественные характеристики адсорбции были определены нами при интерпретации экспериментальных данных в терминах модели ком-плексообразования Штерна (BSM) [11] с использованием программы GRFIT [12]. Наилучшее согласие экспериментальных данных с рассчитанными адсорбционными кривыми было получено в предположении, что на поверхности наряду с реакциями диссоциации силанольных групп (табл. 2, реакция (1)), образования внешнесферных комплексов с ионами натрия (2) и бинарных комплексов с ионами меди (3), (4) и гист
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.