Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот
Предложен метод синтеза полимерных мембран на основе сильносшитого диэтиламино-этилметакрилата, обладающих избирательной проницаемостью для отдельных нуклеозидмонофосфатов. Изучены закономерности формирования селективной пористой структуры. Обсуждается возможный механизм переноса ионов. Метод может...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Биополимеры и клетка |
|---|---|
| Datum: | 1990 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1990
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154064 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот / С.А. Пилецкий, И.Я. Дубей, Д.М. Федоряк, В.П. Кухарь // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 55-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154064 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пилецкий, С.А. Дубей, И.Я. Федоряк, Д.М. Кухарь, В.П. 2019-06-15T06:36:42Z 2019-06-15T06:36:42Z 1990 Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот / С.А. Пилецкий, И.Я. Дубей, Д.М. Федоряк, В.П. Кухарь // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 55-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00028D https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154064 577.352.4 Предложен метод синтеза полимерных мембран на основе сильносшитого диэтиламино-этилметакрилата, обладающих избирательной проницаемостью для отдельных нуклеозидмонофосфатов. Изучены закономерности формирования селективной пористой структуры. Обсуждается возможный механизм переноса ионов. Метод может быть использован в области мембранного катализа, для разделения сложных смесей близких по свойствам компонентов, а также для формирования биосенсорных систем. Полный текст: (PDF, на русском) Запропоновано метод синтезу полімерних мембран на основі сильнозшитого діетиламіноетилметакрилату, яким притаманна вибіркова проникність для окремих нуклеозидмонофосфатів. Вивчено закономірності формування селективної пористої структури. Обговорюється можливий механізм перенесення іонів. Метод може бути використаний у галузі мембранного каталізу, для розділення складних сумішей близьких за властивостями компонентів, а також для формування біосенсорних систем. The selective polymeric membrames for nucleic acids components were prepared using "template polymerization" technique. The possible mechanismes of the selective porous structure formation and ion transfer are discussed. Авторы выражают благодарность И. Д. Атаманенко (Ин-т коллоид. химии и химии воды АН УССР, Киев) за оказанную помощь в измерении пористости полимеров. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Структура и функции биополимеров Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот Субстрат-селективні полімерні мембрани. Вибіркове перенесення компонентів нуклеїнових кислот Substrate-selective polymeric membranes. Selective transfer of nucleic acids components Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| spellingShingle |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот Пилецкий, С.А. Дубей, И.Я. Федоряк, Д.М. Кухарь, В.П. Структура и функции биополимеров |
| title_short |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| title_full |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| title_fullStr |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| title_full_unstemmed |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| title_sort |
субстрат-селективные полимерные мембраны. избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот |
| author |
Пилецкий, С.А. Дубей, И.Я. Федоряк, Д.М. Кухарь, В.П. |
| author_facet |
Пилецкий, С.А. Дубей, И.Я. Федоряк, Д.М. Кухарь, В.П. |
| topic |
Структура и функции биополимеров |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| publishDate |
1990 |
| language |
Russian |
| container_title |
Биополимеры и клетка |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Субстрат-селективні полімерні мембрани. Вибіркове перенесення компонентів нуклеїнових кислот Substrate-selective polymeric membranes. Selective transfer of nucleic acids components |
| description |
Предложен метод синтеза полимерных мембран на основе сильносшитого диэтиламино-этилметакрилата, обладающих избирательной проницаемостью для отдельных нуклеозидмонофосфатов. Изучены закономерности формирования селективной пористой структуры. Обсуждается возможный механизм переноса ионов. Метод может быть использован в области мембранного катализа, для разделения сложных смесей близких по свойствам компонентов, а также для формирования биосенсорных систем.
Полный текст: (PDF, на русском)
Запропоновано метод синтезу полімерних мембран на основі сильнозшитого діетиламіноетилметакрилату, яким притаманна вибіркова проникність для окремих нуклеозидмонофосфатів. Вивчено закономірності формування селективної пористої структури. Обговорюється можливий механізм перенесення іонів. Метод може бути використаний у галузі мембранного каталізу, для розділення складних сумішей близьких за властивостями компонентів, а також для формування біосенсорних систем.
The selective polymeric membrames for nucleic acids components were prepared using "template polymerization" technique. The possible mechanismes of the selective porous structure formation and ion transfer are discussed.
|
| issn |
0233-7657 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154064 |
| citation_txt |
Субстрат-селективные полимерные мембраны. Избирательный перенос компонентов нуклеиновых кислот / С.А. Пилецкий, И.Я. Дубей, Д.М. Федоряк, В.П. Кухарь // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 55-58. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pileckiisa substratselektivnyepolimernyemembranyizbiratelʹnyiperenoskomponentovnukleinovyhkislot AT dubeiiâ substratselektivnyepolimernyemembranyizbiratelʹnyiperenoskomponentovnukleinovyhkislot AT fedorâkdm substratselektivnyepolimernyemembranyizbiratelʹnyiperenoskomponentovnukleinovyhkislot AT kuharʹvp substratselektivnyepolimernyemembranyizbiratelʹnyiperenoskomponentovnukleinovyhkislot AT pileckiisa substratselektivnípolímernímembranivibírkoveperenesennâkomponentívnukleínovihkislot AT dubeiiâ substratselektivnípolímernímembranivibírkoveperenesennâkomponentívnukleínovihkislot AT fedorâkdm substratselektivnípolímernímembranivibírkoveperenesennâkomponentívnukleínovihkislot AT kuharʹvp substratselektivnípolímernímembranivibírkoveperenesennâkomponentívnukleínovihkislot AT pileckiisa substrateselectivepolymericmembranesselectivetransferofnucleicacidscomponents AT dubeiiâ substrateselectivepolymericmembranesselectivetransferofnucleicacidscomponents AT fedorâkdm substrateselectivepolymericmembranesselectivetransferofnucleicacidscomponents AT kuharʹvp substrateselectivepolymericmembranesselectivetransferofnucleicacidscomponents |
| first_indexed |
2025-11-26T13:23:28Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:23:28Z |
| _version_ |
1850622641443962880 |
| fulltext |
5. Spirin A. S. Energetics and dynamics of the protein-synthesizing machinery / / The
Roots of modern biochemistry / Eds H. Kleinkauf et a l— Berlin; New York : Walter
de Gryter Co., 198-8.— P. 512—533.
6. Translocation makes the ribosome less compact / A. S. Spirin, V. I. Baranov, G. S. Po-
lubesov et al. / / J . Мої. Biol.— 19'87.— 194, N 1.—P. 119—128.
7. Изменение компактности рибосомы при транслокации / А. С. Спирин, В. И. Баранов,
И. Н. Сердюк, Р. М а й / / Д о к л . АН СССР.— 1984.—274, JSfe 5.—С. 1260—1266.
8. Гаврилова JI. П., Смолянинов В. В. Изучение механизма транслокации в рибосомах.
1. Синтез полифенилаланина в рибосомах Е. coli без участия гуанозин-5'-трифосфа-
та и белковых факторов трансляции//Молекуляр. биология.— 1971.— 5, № 6.—
С. 883—890.
9. Traub P., Nomura Μ. Structure and function of Escherichia coli ribosomes. VI. Me-
chanism of assembly of 30S ribosomes in vitro / / J . Мої. Biol.— 1969.— 40, N 3.—
P. 391—413.
10. Traub P., Nomura M. Structure and function of E. coli ribosomes. V. Reconstitution
of functionally active 30S ribosomal particles from RNA and prote ins / /Proc . Nat.
Acad. Sci. USA.— 1969.—59, N 3.—P. 777—784.
И. Баранов В. И. Получение транслирующих рибосом с помощью колонок, содержащих
иммобилизованную полиуридиловую кислоту//Биоорг. химия.— 1983.— 9, № 12.—
С. 1650—1657.
Ин-т белка АН СССР, Пущино Получено 10.04.90
УДК 577.352.4
© С. А. Пилецкий, И. Я. Дубей, Д. М. Федоряк, В. П. Кухарь, 1990
СУБСТРАТ-СЕЛЕКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МЕМБРАНЫ.
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС КОМПОНЕНТОВ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Предложен метод синтеза полимерных мембран на основе сильносшитого диэтиламино-
этилмет акрилат а, обладающих избирательной проницаемостью для отдельных нукле-
озид монофосфатов. Изучены закономерности формирования селективной пористой
структуры. Обсуждается возможный механизм переноса ионов. Метод может быть
использован в области мембранного катализа, для разделения сложных смесей близких
по свойствам компонентов, а также для формирования биосенсорных систем.
Введение. Быстрое развитие биоорганической химии клеточных мем-
бран обусловило прогресс в познании таких их важнейших функций,
как транспорт различных метаболитов, генерация энергии, взаимодей-
ствие клеток и их деление, передача нервного возбуждения, рецепция
сигналов внешней среды и т. п.
Значительный успех в моделировании рецепторной функции мем-
бран был достигнут при конструировании матричных полимеров. Данный
метод основан на получении сильносшитого полимера в присут-
ствии матричных молекул, вспоследствии удаляющихся из него с осво-
бождением каверн, структура которых обеспечивает селективное «узна-
вание» этих молекул (рис. 1). С помощью данного метода были синте-
зированы полимеры с высокой селективностью к сахарам [1], произ-
водным аминокислот [2], дезоксинуклеозидам [3], что свидетельствует
о его широких практических возможностях.
По нашему предположению, матричные молекулы принимают уча-
стие в формировании всей системы пор полимера. В результате неко-
валентного взаимодействия матрицы с мономером и последующей по-
лимеризации образуется система пор с диаметром, близким в некото-
рых местах к диаметру матричных молекул, вокруг которых происхо-
дит процесс образования полимера. Мембрана из такого полимера
должна быть проницаема только для молекул, размер которых не пре-
вышает диаметра матрицы.
Для проверки настоящей гипотезы нами синтезирован ряд поли-
меров, селективных для дезоксиаденозина (dA), L-фенилаланина
{L-Phe) и аденозинмонофосфорной кислоты (AMP). Селективность по-
лученных полимеров исследовали электрофоретическим методом.
56 aSSN 0(233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № &
Материалы и методы. В работе использовали dA, L-Phe, AMP («,Serva», ФРГ)„
гуанозинмонофосфат аммония (СКТБ БАВ, Новосибирск). Этиленгликольдиметакрилат
и ДЭАЭ-метакрилат отечественного производства дополнительно очищали хроматогра-
фией на силикагеле 40/100 («Chemapol», ЧСФР) в линейном градиенте концентрации
(0-^10 %) метанола в хлороформе. Использовали источник постоянного тока ПЭФА-1
(СССР). Для измерения электропроводности растворов электролитов применяли кон-
дуктометр ОК-102/1 («Radelkis», ВНР).
П о л у ч е н и е м е м б р а н . Полимеризацию проводили по методике [3]. Состав
полимеризационной смеси (таблица) в значительной степени продиктован требованием
растворимости матричного соединения. Мономерную смесь помещали в чашку Петри
слоем толщиной около 0,5 мм, закрывали и вы-
деживали в термостате 1 сут при 80 °С. Вырезали
кружки диаметром 3 см, которые герметично при- I
соединяли к торцу стеклянной трубки, образуя 200В
таким способом камеру 2.
Рис. 1. Схема синтеза полимеров с «отпечатками» матричных молекул; M — матрица
Fig. 1. Scheme of polymers synthesis with «imprints» of template molecules. M — template
Рис. 2. Схема измерительной ячейки: 1 — катодная камера с изменяющейся концентра-
цией электролита; 2 — анодная камера; м — ионселективная мембрана
Fig. 2. Scheme of measuring cell: 1 — cathode compartment with alternating electrolyte
concentration; 2 — anode compartment: m — ion-selective membrane
И з у ч е н и е м е м б р а н . Субстратную специфичность мембран исследовали с по-
мощью простого устройства, схема которого приведена на рис. 2. Растворы электроли-
тов, в которые погружены платиновые электроды, разделены полимерной мембраной м.
Через систему пропускали постоянный ток напряжением 200 В и фиксировали
зависимость силы тока, проходящего через систему, от концентрации электролита
в камере /.
О п р е д е л е н и е п о р и с т о с т и м е м б р а н . Для измерения пористости поли-
мер ПЗ размололи в фарфоровой ступке, при помощи сит выделили фракцию частиц
с диаметром 50—65 мкм. Пористость определяли сорбционным методом по методике
[6], включающей использование вакуумной сорбционной установки с кварцевыми спи-
ральными весами Мак-Бена (чувствительность 0,16 мм/мг) с применением статического
массового метода, основанного на определении равновесного количества сорбированно-
го вещества по изменению массы сорбента. В установке поддерживали температуру
303 К с точностью ± 0 , 2 К. Для достижения сорбционного равновесия образцы выдер-
живали в парах растворителя в течение суток. В качестве сорбата использовали воду.
О п р е д е л е н и е к о н ц е н т р а ц и и Д Э А Э - г р у п п . Образец полимера ПЗ
размололи в фарфоровой ступке, при помощи сит отобрали фракцию с диаметром час-
тиц 50—65 мкм, промыли на стеклянном фильтре ацетонитрилом, 0,5 M NaCl, далее
многократно—водой, дважды 0,1 M NaOH и затем снова водой до нейтральной реак-
ции элюата. Образец высушивали и навеску титровали 0,01 M HCl с помощью иономера
ЭВ-74 (СССР).
Результаты и обсуждение. В ходе электрофоретического изучения
мембран было установлено, что полимеры П1 и П2 ток не проводят.
В дальнейшем изучали селективность мембран ПЗ.
После префореза в течение 40 мин камеру 2 заполняли раствором
гуанозинмонофосфата (GMP, 11 ммоль/л), который не должен прохо-
дить через мембрану и служить таким образом переносчиком тока.
Камеру 1 заполняли растворами KH2PO4 , AMP и QMP различной кон-
56 aSSN 0(233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № &
центрации и определяли проводимость ячейки. На рис. 3 приведены
результаты этих исследований.
Согласно полученным данным, для равных концентраций раство-
ров нуклеозидмонофосфатов в случае AMP ток в системе значительно
больше. Это не связано с большей ионной силой раствора AMP (изме-
ренные электропроводности растворов AMP и GMP (0,1 ммоль/л)
практически равны: 67 и 67,5 мкСм соответственно).
Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что поток ани-
онов AMP через мембрану к аноду значительно больше, чем поток
Состав полимеризационной смеси мембран
Content of polymerizing mixture of membranes
Поли-
мер
эгдм,
г Матрица, мг ДЭАЭ-М,
г
ДФА,
мл
H2O,
мл
ДАК*,
мг
П1 5 dA, 250 5 0,2 25
П2 4,8 L-Phe, 70 0,2 5 0,2 25
ПЗ 4,3 AMP, 250 0,75 5 0,2 25
*Динитрил азобисизомасляной кислоты.
Рис. 3. Зависимость силы тока
в системе от концентрации
электролита в камере 1: 1 —
для KH2PO4; 2 — для AMP; 3 —
для GMP
Fig. 3. Dependence of current
strength in the system on the
concentration of electrolyte in
cathode compartment: 1 — for
2 — for AMP; 3 — for KH2PO4;
GMP
частиц сквозь мембрану,
анионов GMP в тех же условиях. Следо-
вательно, мембрана из полимера ПЗ об-
ладает свойством селективного переноса
AMP, матричного соединения, участвовав-
шего в формировании структуры поли-
мера.
Частицы с диаметром, меньшим диамет-
ра пор, необязательно свободно проходят
через мембраны: они могут задерживать-
ся мембраной в том случае, если на них
действует сила притяжения со стороны
поверхности пор — электростатическая,
вандерваальсова, водородная связь [4].
В принципе, и разные скорости диффузии
возможно, связаны с тем, что они с разной силой взаимодейству-
ют с поверхностью пор, например с ионогенными группами полимера.
Однако AMP и GMP настолько близки по свойствам, что в условиях
эксперимента этой разницей можно пренебречь. Отметим, что для AMP
и GMP существует предельный ток, 22 и 5 мА соответственно. Это сви-
детельствует о том, что для данной разницы потенциалов существует
предельная скорость диффузии, которая далее не возрастает с ростом
концентрации электролита и определяется свойствами мембраны. Ток
насыщения для AMP примерно равен таковому для KH2PO4 . Для GMP
насыщение наступает при меньшей концентрации, чем для AMP (0,13
и 0,3 ммоль/л соответственно).
Рассмотренный выше процесс — это, в сущности, электродиализ,
т. е. разделение веществ на основе разных скоростей диффузии через
мембрану, которая имеет для них разную проницаемость. Однако по-
лученная нами мембрана обладает большей селективностью, чем обыч-
ные мембраны для диализа и ультрафильтрации, так как они не позво-
ляют разделять близкие по структуре и свойствам вещества.
Полимерные мембраны П1 и П2 не являются токопроводящими
даже для такого электролита, как раствор KH2PO4 . Вероятно, это свя-
зано с тем, что матричные молекулы dA и L-Phe не заряжены в усло-
виях полимеризации, а указанный процесс требует присутствия заря-
женных групп в полимере. В случае полимера ПІ в полимеризацион-
ной смеси отсутствовал ДЭАЭ-М, способный к ионизации. В случае
полимера П2 ДЭАЭ-М, по-видимому, не способен протонироваться фе-
нилаланином и образовывать с ним комплекс. В полимере ПЗ ДЭАЭ-
группы ионизированы AMP. Это подтверждается тем, что AMP раство-
ряется в поляризационной смеси только в присутствии ДЭАЭ-М.
56 aSSN 0(233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № &
Из вышеизложенного следует, что ионселективная мембрана дол-
жна строиться из ионизированных мономеров, образующих комплекс
с матричными молекулами. Для большей скорости массопереноса мем-
брана должна быть высокопористой. Общий объем пор полимера ПЗ,
Wо, измеренный сорбционным методом, составляет 0,68 см3 /г .
В полимере ПЗ матричные молекулы находятся внутри пор, по-
верхность которых покрыта заряженными группами. Концентрация
ДЭАЭ-групп в полимере ПЗ составляет 110 мкмоль/г (по данным по-
тенциометрического титрования). Прохождение ионов через ионообмен-
ную мембрану можно описать по механизму «прыжковой» проводимо-
сти [5]. В результате переноса под действием разности потенциалов
реализуются перескоки заряженных частиц между местами их связы-
вания— ионогенными группами, распределенными по поверхности пор:
Таким образом, в настоящей работе осуществлено моделирование
клеточных мембран на основе синтетических полимерных материалов.
Показано, что матричные полимеры, являясь хорошими моделями ре-
цепторов, могут также осуществлять избирательный перенос низкомо-
лекулярных природных соединений. Вероятно, полученные результаты
могут быть использованы в области мембранного катализа, для разде-
ления сложных смесей близких по свойствам компонентов, а также для
формирования биосенсорных систем.
Авторы выражают благодарность И. Д. Атаманенко (Ин-т кол-
лоид. химии и химии воды АН УССР, Киев) за оказанную помощь в
измерении пористости полимеров.
SUBSTRATE-SELECTIVE POLYMERIC MEMBRANES.
SELECTIVE TRANSFER OF NUCLEIC ACIDS COMPONENTS
S. A. Pi le tsky, I. Ya. Dubey, D. M. Fedoryak, V. P. Kukhar
Institute of Bioorganic Chemistry and Oil Chemistry,
Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, Kiev
S u m m a r y
The selective polymeric membranes for nucleic acids components were prepared using
«template polymerization» technique. The possible mechanismes of the selective porous
structure formation and ion transfer are discussed.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Wulff G.f Sarhan Α., Zabrocki К. Enzyme-analogue built polymers and their use for
the resolution of racemates / / Tetrahedron Lett.— 1973.— 14, N 44.—P. 4329—4332.
2. Andersson L.f Sellergren B., Mosbach K- Imprinting of amino acid derivatives in
macroporous polymers / / I b i d — 1984 — 25, N 45.—P. 5211'—5214.
3. Пилецкий С. Α., Кухарь В. П., Федоряк Д. М. Получение полимерных сорбентов,
селективных к компонентам нуклеиновых кислот / /Укр . хим. журн.— 1989.— 55,
№ 8.— С. 872—875.
4. Брок Т. Мембранная фильтрация.— М. : Мир, 1987.— 464 с.
5. Тимашев С. Ф. Физико-химия мембранных процессов.— М. : Мир, 1988.— 240 с.
6. Цилипоткина М. В. Изучение структуры полимеров сорбционным методом / / Со-
врем. физ. методы исследования полимеров.— М. : Химия, 1982.— С. 198—209.
Ин-т биоорг. химии и нефтехимии АН УССР, Киев Получено 17.04.90
56 aSSN 0(233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № &
|