КОЛЛОИДНЫЙ ЖУРНАЛ, 2009, том 71, № 4, с. 473-478
УДК 544.7+544.77.051.7
ВЛИЯНИЕ ЖЕЛЧНЫХ СОЛЕЙ НА АДСОРБЦИЮ ХОЛЕСТЕРИНА НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНЕЗЕМНОГО СОРБЕНТА
© 2009 г. Н. Н. Власова, Л. П. Головкова
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины 03164 Киев-164, ул. Генерала Наумова, 17 Поступила в редакцию 30.07.2008 г.
Изучена адсорбция холестерина и некоторых желчных солей на поверхности модифицированного гидрофобного кремнеземного сорбента из индивидуальных и смешанных растворов в зависимости от концентрации желчных солей при постоянном рН раствора. Показано, что, несмотря на солюбилизацию холестерина желчными солями, он адсорбируется на поверхности сорбента в свободном, т.е. не связанном в комплексы с желчными солями, состоянии. Чем прочнее связывание холестерина с желчными солями, тем меньше величина его адсорбции. Для количественной интерпретации адсорбционных данных была использована неэлектростатическая модель комплексообразования на поверхности.
ВВЕДЕНИЕ
Среди жиров и жироподобных веществ, которые входят в состав большинства органов и тканей, наибольший интерес вызывает холестерин.
Холестерин
Структурные свойства холестерина позволяют ему исполнять роль клеточного "скелета", поэтому каждая клетка человека и животного содержит холестерин. Вместе с другими важныши липидами холестерин в составе клеточных мембран обеспечивает селективную проницаемость биологически активных соединений. В организме человека существует специфическая регуляция синтеза холестерина: при достаточном количестве холестерина клетки не синтезируют его вообще или синтезируют медленнее; и наоборот, клетки начинают синтезировать его усиленно, если его содержание в организме понижается. В организме взрослого человека содержится примерно 140 г холестерина. В сутки около 450 мг холестерина окисляется, превращаясь в желчные кислоты, меньшие количества используются для синтеза половыж и стероидных гормонов. Для того, чтобы компенсировать эти затраты, организм синтезирует в сутки 700 мг холестерина и примерно 300 мг получает с пищей. Продолжительное потребление больших количеств холестерина с пищей приводит к его накоплению, которое можно обнаружить по анализу крови [1]. Две основные системы организма
содержат наибольшие количества избыточного холестерина: во-первых, холестерин моногидрат составляет большую часть желчных камней [2, 3], а, во-вторых, холестерин вместе с эфирами холестерина откладывается в виде холестериновых бляшек при атеросклерозе [4]. Непосредственное удаление холестерина из артерий терапевтически невозможно, но достигнуты значительные успехи в растворении желчных камней медикаментозным путем. Употребление двух специфических желчных кислот, а именно, хенодезоксихолевой и урсодезокси-холевой, приводит к уменьшению выделения холестерина в желчь [5] и медленному растворению камней [6].
Перспектива выведения избытка холестерина из организма путем адсорбции вызывает большой интерес. В работе [7] было показано, что при контакте сыворотки больного гиперхолестеринемией с высокодисперсным кремнеземом большая часть холестерина адсорбируется уже за первые 5 мин. Дополнительные исследования привели к выводу, что адсорбция обусловлена взаимодействием сорбента с комплексами холестерина с другими компонентами сыворотки. Роль поверхностно-активных веществ по отношению к холестерину выполняют фосфолипиды, белки, желчные соли. Известно, что желчные соли солюбилизируют холестерин вследствие образования смешанных мицелл [8-11]. Практически не растворимый в воде холестерин (3.7 х 10-8 М при 35°С [12]) становится растворимым в присутствии желчных солей, особенно при их концентрациях выше критической концентрации ми-целлообразования (ККМ).
Цель настоящей работы - изучить адсорбцию холестерина на поверхности модифицированного три-метилсилильными группами кремнезема из растворов, содержащих желчные соли. Выбор адсорбента
был обусловлен тем, что сродство гидрофобных соединений, каковыми являются желчные соли и холестерин, к гидрофобным поверхностям больше по сравнению с гидрофильной поверхностью высокодисперсного кремнезема. Кремнеземы, на поверхности которых все силанольные группы замещены триметилсилильными, настолько гидрофобны, что их поверхность не смачивается водой, поэтому был выбран смачиваемый водой кремнезем, половина поверхностных силанольных групп которого замещена триметилсилильными.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе были использованы натриевые соли желчных кислот: таурохолевой, холевой, дезоксихо-левой и хенодезоксихолевой (BS) (все химически чистые, производства Fluka, Швейцария); холестерин (Ch) (чистый, Merck, Германия); высокодисперсный кремнезем с удельной поверхностью ~300 м2/г, содержащий на поверхности примерно 50% триметил-силильных групп (TMS-5) (г. Калуш, Украина).
Для количественного анализа содержания холестерина использовали реагент "Cholesterol liquicolor" (производства HUMAN, Германия), принцип действия которого основан на определении холестерина пероксидазным способом.
Изучение адсорбции холестерина и желчных солей проводили при температуре 37°C, которая была выбрана как близкая к физиологической, а также для того, чтобы избежать гелеобразования, особенно, при высоких концентрациях желчных солей.
Адсорбцию желчных солей на поверхности модифицированного кремнезема из фосфатного буферного раствора (рН 7.4) изучали в зависимости от концентрации сорбата. К навескам сорбента (0.1 г) добавляли 10 мл раствора, концентрацию желчной соли в котором варьировали от 2 до 20 ммоль/л. При исследовании адсорбции холестерина в растворы желчных солей добавляли по 0.2 мл исходного раствора холестерина в этиловом спирте (0.01 М). Концентрация холестерина была постоянной и составляла 0.5 ммоль/л. Для обеих серий полученные суспензии (объемом 10 мл каждая) выдерживали в термостате при 37°C в течение 60 мин для достижения равновесия. Затем кремнезем отделяли центрифугированием (8000 об/мин, 10 мин). Концентрацию холестерина (по поглощению продукта реакции с "Cholesterol liquicolor") и желчных солей (после реакции с концентрированной серной кислотой [13]) до и после адсорбции определяли спектро-фотометрически (SPECORD M-40, Carl Zeiss, Германия). Предварительно были построены калибровочные зависимости, с помощью которых определяли равновесные концентрации холестерина и каждой желчной соли в растворах.
Адсорбцию холестерина и желчных солей рассчитывали по разнице между исходными и равно-
весными концентрациями соответствующих компонентов в растворе.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Желчные кислоты - это группа соединений, которые присутствуют в биологических жидкостях преимущественно в ионизированном состоянии, т.е. в виде солей. Они синтезируются из холестерина, поэтому в их структуре сохраняется стероидный скелет [14].
R12
H3Q H2
>-<v R
O
^7
Желчные кислоты
В физиологической среде соли желчных кислот взаимодействуют со многими малорастворимыми веществами, например, жирными кислотами, холестерином, лекарственными веществами гидрофобной природы. Солюбилизация этих соединений происходит за счет включения их в состав мицелл, образованных желчными солями. В состав стероидного скелета желчных кислот входят от 1 до 3 гидрок-сильных групп, которые различаются по положению и ориентации относительно плоскости стероидного кольца, и короткая боковая цепь, которая заканчивается карбоксильной группой для неконъ-югированных желчных кислот. Желчные соли в водных растворах проявляют свойства поверхностно-активных веществ, поведение которых является нетипичным, так как полярность молекулы обусловлена различием между гидрофильной, содержащей гидроксигруппы, а-стороной и гидрофобной углеводородной Р-стороной. Агрегация, которая приводит к образованию первичных мицелл, происходит вследствие контакта между Р-сто-ронами, что позволяет двум (или более) мономерам уменьшить площадь контакта с молекулами воды.
В настоящее время существует несколько моделей образования агрегатов желчных солей в водных растворах [15-19]. Общим для них является предположение о том, что желчные соли образуют малые и большие агрегаты. Малые агрегаты или первичные мицеллы (число агрегации до 10) состоят из молекул желчных солей, связанных между собой гидрофобными силами. Бoльшие агрегаты или вторичные мицеллы образуются путем агрегации первичных посредством водородного связывания. Принято считать критической концентрацией ми-целлообразования самую низкую концентрацию желчной соли, при которой детектируются первичные мицеллы - димеры или тримеры [14]. "По-
Таблица 1. Сравнение некоторых физико-химических свойств желчных кислот [20]
Желчная кислота R R7 R12 lg Po/w pK ККМ, ммоль/л (0.15 M NaCl)
СА OH ОН ОН 2.02; 3.04* 5.02 11
ТСА NHCH2CH2SO3H OH OH 1.63* 2.8 6
DCA OH H OH 3.50; 4.53* 5.3 (2 мМ) 3
6.3 (23 мМ)
CDCA OH OH H 3.28; 4.2* 5.88 (2 мМ) 4
6.18 (23 мМ)
* Приведены величины, содержащиеся в базе данных ChemDraw.
Таблица 2. Константы равновесия ( lg K ) реакций в растворе и на поверхности
Реакции в растворе Холат Таурохолат Дезоксихолат Хенодезоксихолат
2BS -—- BS2 2.44 2.68
3BS -—- BS3 6.25 6.20
4BS -—- BS4 10 10
6BS -—- BS6 17.0 16.0
BS4 + Ch -—- BS4-Ch 4.8 5.0
BS6 + Ch -—- BS6-Ch 6.2 6.3
Реакции на поверхности
=S + BS -—- =S-BS 0.40 0.20 1.2 1.0
=S + Ch -—- =S-Ch 4.06 4.09 4.14 4.11
скольку мицеллы желчных солей часто очень малы (например, димеры), а процессы самоагрегации продолжаются при увеличении концентрации выше ККМ, определение самой низкой концентрации, при которой образуются первые агрегаты, зависит от чувствительности экспериментальных методов и физико-химических условий" [14]. В литературе приводятся величины первой и второй ККМ [14, 20].
Для исследования взаимодействия с холестерином и влияния природы соли на адсорбцию холестерина нами были выбраны соли желчных кислот, отличающихся по степени гидрофобности, а именно холевой (CA), таурохолевой (TCA), дезоксихолевой (DCA) и хенодезоксихолевой (CDCA).
Структура холевой и таурохолевой (тригидрохо-лановых) кислот обозначается
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.