Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions
The adsorption of arginylphenylalanine and lysylphenylalanine onto fumed silica surface has been studied as a function of pH and ionic strength. Equilibrium reaction parameters were determined using the basic Stern model for double electric layer and GRFIT program package. 
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2008
|
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/308 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291422283202560 |
|---|---|
| author | Vlasova, N. N. Markitan, O. V. Golovkova, L. P. |
| author_facet | Vlasova, N. N. Markitan, O. V. Golovkova, L. P. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. N. Vlasova",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "O. V. Markitan",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "L. P. Golovkova",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Vlasova, N. N. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:40:34Z |
| description | The adsorption of arginylphenylalanine and lysylphenylalanine onto fumed silica surface has been studied as a function of pH and ionic strength. Equilibrium reaction parameters were determined using the basic Stern model for double electric layer and GRFIT program package.  |
| first_indexed | 2025-07-22T19:31:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
Химия, физика и технология поверхности. 2008. Вып. 14. С. 488 – 493
488
УДК 544.77:577.112.6
АДСОРБЦИЯ ДИПЕПТИДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ
ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМА
ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Н.Н. Власова, О.В. Маркитан, Л.П. Головкова
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова 17, 03164 Киев-164
Изучена адсорбция двух дипептидов – аргинил- и лизилфенилаланина на поверхности
высокодисперсного кремнезема из водных растворов в зависимости от ионной силы и рН. С
использованием основной модели Штерна для двойного электрического слоя и программы
GRFIT рассчитаны константы равновесия реакций образования поверхностных комплексов.
Введение
Известно, что высокодисперсный аморфный кремнезем эффективно, быстро и в
большом количестве связывает белки [1], структурными единицами которых являются
аминокислоты. Нами было показано [2], что из всех наиболее распространенных амино-
кислот на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов адсорбиру-
ются только аминокислоты, имеющие в боковой цепи дополнительные основные
группы, которые при физиологических значениях рН остаются положительно заряжен-
ными. Было предположено, что при адсорбции белков на поверхности электростатичес-
кое взаимодействие, благоприятствующее сближению биомолекул и диссоциированных
силанольных групп, возможно только за счет дополнительных основных групп амино-
кислот. Интересно отметить, что нейтральные аминокислоты и пептиды на их основе
практически не адсорбируются на поверхности ВДК. Нам так и не удалось определить,
какое количество аминокислотных остатков (были исследованы пептиды на основе
фенилаланина, содержание аминокислоты изменялось от одного до пяти) должен
содержать пептид, для того чтобы его адсорбции на ВДК из водных растворов стала
заметной.
В настоящей работе была изучена адсорбция двух дипептидов −
аргинилфенилаланина и лизилфенилаланина, в состав которых входят оснóвные
аминокислоты, на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов,
определены состав и устойчивость образующихся поверхностных комплексов.
Экспериментальная часть
В работе использовали высокодисперсный аморфный кремнезем А-300 (Aerosil,
Degussa, Германия), аргинилфенилаланин ацетат и лизилфенилаланин дигидробромид
(Sigma, США ), стандарт-титры NaOH и HCl (Titrisol, Merck, Германия), хлорид натрия
(х.ч., Merck, Германия), нингидрин ( Fluka, Германия).
Адсорбцию дипептидов изучали при комнатной температуре, 20 ± 2°С. Смешива-
ли равные объемы исходной суспензии кремнезема (20 г/л) и 2 ммоль/л растворов
дипептидов, так что в полученных суспензиях концентрация кремнезема составляла
10 г/л, дипептидов − 1 ммоль/л. Ионная сила суспензий была 0,001, 0,01 или 0,1 М, соот-
ветственно. Затем готовили образцы объемом 10 мл, доводили рН до необходимых
значений в интервале 3 – 8 добавлением растворов щелочи или кислоты и перемешивали
в течение 1 ч, предварительно убедившись, что этого времени достаточно для установле-
ния адсорбционного равновесия. После этого проверяли значения рН (Иономер ЭВ-74) и
489
центрифугированием (8000 об/мин, 20 мин) отделяли кремнезем. Равновесные концент-
рации дипептида определяли спектрофотометрически (спектрофотометр Спекорд М-40,
Германия) по поглощению в УФ-области спектра, обусловленному наличием в молекуле
дипептида ароматического кольца фенилаланина (λmax = 258 нм, ε = 195), или после
проведения нингидринной реакции [3]. Определение концентрации дипептидов по нин-
гидринной реакции было выполнено потому, что интенсивность полосы поглощения
дипептидов невысока. Предварительно была изучена зависимость поглощения в УФ-
области от концентрации и рН, а также получены калибровочные прямые для определе-
ния дипептидов по реакции с нингидрином. Величины адсорбции дипептидов,
рассчитанные по разнице исходной и равновесной концентраций, были практически
одинаковы для обоих методов.
Константы диссоциации дипептидов были определены нами методом рН-потен-
циометрического титрования их 0,5 ммоль/л растворов 0,1 М раствором NaOH. Получен-
ные значения рН в зависимости от концентрации добавленной щелочи были исполь-
зованы для расчета констант диссоциации путем решения системы соответствующих
балансовых уравнений [4]. Константы диссоциации силанольных групп кремнезема и
комплексообразования с ионами натрия были определены методом потенциометри-
ческого титрования ранее [2].
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 приведены результаты изучения адсорбции дипептидов на поверхности
кремнезема из водных растворов в зависимости от ионной силы и рН. Адсорбция обоих
дипептидов наблюдается уже в кислой области и существенно увеличивается при
рН > 5¼6. При повышении ионной силы раствора величины адсорбции понижаются.
3 4 5 6 7 8
0
5
10
15
20
25
pH
3
2
1
Адсорбция, %
рН 3 4 5 6 7 8
0
5
10
15
20
25
pH
Адсорбция, %
3
2
1
рН
а б
Рис. 1. Адсорбция аргинилфенилаланина (а) и лизилфенилаланина (б) на поверхности
высокодисперсного кремнезема из водных растворов хлорида натрия: 0,001 (1),
0,01 (2) и 0,1 М (3). Символы – экспериментальные значения адсорбции,
сплошные линии − теоретически рассчитанные кривые.
Для того чтобы рассмотреть реакции между силанольными группами кремнезема
и дипептидами, возможные с точки зрения теории комплексообразования на
поверхности [5], необходимо выяснить, какие формы дипептидов присутствуют в
растворе в зависимости от рН. Общую формулу изучаемых дипептидов можно
изобразить следующим образом: NH2 – CH (R1) – C(=O) – NH – CH(COOH) – C6H5 , где
R1 = –(СH2)3NH=C(=NH)NH2 для аргинилфенилаланина (содержит гуанидиновую
группировку) и –(СH2)4NH2 для лизилфенилаланина. В кислом растворе протонированы
490
обе аминогруппы дипептида, а карбоксильная группа недиссоциирована, т.е. молекула
дипептида содержит 3 потенциально отщепляющихся протона (H3DP2+). При повышении
рН первым отщепляется протон от карбоксильной группы, при этом образуется частица,
которая несет один положительный заряд, так как один из двух положительных зарядов
компенсируется отрицательным зарядом карбоксилат- аниона (H2DP+). При дальнейшем
увеличении рН наблюдается диссоциация протонированной α-аминогруппы (HDP±) и,
наконец, последним диссоциирует протон аминогруппы в боковом заместителе пептида.
Мы не обнаружили в литературе данных по константам кислотно-основных реакций
изучаемых пептидов, поэтому нами было проведено потенциометрическое определение
констант равновесия соответствующих реакций диссоциации: отщепления протона от
карбоксильной группы и от α-аминогруппы. Диссоциация третьего протона от дополни-
тельной оснóвной группы остатка аргинина или лизина не должна существенно изме-
няться при переходе от аминокислоты к дипептиду, так как она находится далеко от
амидной группировки пептида и не входит с ней в сопряжение. Для количественной
характеристики третьей стадии диссоциации мы использовали константы диссоциации
соответствующих аминокислот.
Таблица 1. Константы диссоциации дипептидов
Дипептид Ионная сила pK(COOH) pK(α-NH3
+) pK(R1) [6]
Аргинилфенилаланин 0,001 4,72 6,44 12,48
0,01 4,63 6,44 12,57
0,1 4,47 6,41 12,66
Лизилфенилаланин 0,001 3,43 7,90 10,61
0,01 3,34 7,90 10,72
0,1 3,31 7,87 10,79
Сравнение полученных констант диссоциации показывает, что, как это и наблю-
дается обычно при образовании пептидов из аминокислот [6], величина рК карбоксиль-
ной группы повышается на 1 – 2 порядка, а рК диссоциации протонированной амино-
группы понижается. Для аргинилфенилаланина полученные величины несколько больше
обычного отличаются от соответствующих величин самого аргинина, что может быть
связано с тем, что исходный пептид существует в виде ацетатной соли. На рис. 2 предс-
тавлены диаграммы распределения различных кислотно-основных форм пептидов,
построенные с учетом рассчитанных нами констант диссоциации (табл. 1).
3 4 5 6 7 8 9
0
20
40
60
80
100
3 4 5 6 7 8 9
0
20
40
60
80
100
а
3
2
1
pHpH
Содержание, % Содержание, %
б
4
3
2
1
Рис. 2. Диаграммы распределения различных форм аргинилфенилаланина (а) и лизил-
фениаланина (б) в водном растворе в зависимости от рН: H3DP2+ (1), H2DP+ (2),
HDP± (3) и DP¯ (4).
491
Определенные нами величины констант диссоциации были использованы для
моделирования взаимодействия пептидов с поверхностью кремнезема и его количест-
венной характеристики. При изучении адсорбции аргинина и лизина мы предположили,
что на поверхности кремнезема протекают реакции образования комплексов между
катионными формами аминокислот и диссоциированными силанольными группами [2].
В случае адсорбции пептидов оказалось, что одной этой реакции недостаточно для
удовлетворительного моделирования адсорбционных кривых с использованием модели
комплексообразования Штерна [7] и программы GRFIT [8]. Наилучшее соответствие
между экспериментальными данными и рассчитанными адсорбционными кривыми было
получено при подборе констант равновесия следующих реакций на поверхности
кремнезема:
≡SiOH + H2DP+ ↔ ≡SiOH···H2DP+, (1)
≡SiO¯ + H2DP+↔ ≡SiO−H2DP+, (2)
а для аргинилфенилаланина необходимо было учитывать еще одну реакцию:
≡SiO¯ + HDP± ↔ ≡SiO−HDP±. (3)
Помимо этих реакций были учтены также реакции диссоциации силанольных групп и их
взаимодействия с ионами натрия с образованием внешнесферных комплексов [2].
Понижение величин адсорбции при увеличении ионной силы раствора объясняется
конкуренцией между ионами натрия и протонированными формами пептидов. Поверх-
ностные комплексы, образованные по реакции (1), и формируются, по-видимому, за счет
водородных связей, в то время как движущей силой образования комплексов (2) и (3)
являются электростатические взаимодействия. Константы равновесия реакций
комплексообразования на поверхности приведены в табл.2.
Таблица 2. Константы равновесия реакций комплексообразования на поверхности
кремнезема
lgK±0,1 (для всех ионных сил) Реакция
аргинилфенилаланин лизилфенилаланин
≡SiOH + H2DP+ ↔ ≡SiOH···H2DP+ 1,2 0,5
≡SiO¯ + H2DP+↔ ≡SiO−H2DP+ 2,7 1,8
≡SiO¯ + HDP± ↔ ≡SiO−HDP± 2,4 −
На рис. 3 представлены диаграммы распределения комплексов дипептидов на
поверхности кремнезема, рассчитанные по программе GRFIT с использованием полу-
ченных констант равновесия реакций.
Кривые адсорбции дипептидов характеризуются наличием максимумов, поло-
жение которых зависит от природы пептида и ионной силы раствора. Положение этих
максимумов по шкале рН примерно соответствует рН, при котором происходит
диссоциация протона от α-аминогруппы. Мы полагаем, что между положительно
заряженными группами в боковых цепях аргинина и лизина и отрицательно заряжен-
ными диссоциированными силанольными группами возможны электростатические
взаимодействия. Причем для аргинилфенилаланина возможно образование поверх-
ностного комплекса как с дважды протонированным катионом (≡SiOH···H2DP+), так и с
частицей, в которой протонированным остается только атом азота гуанидиновой групп-
пировки (≡SiO¯−HDP±). Устойчивость поверхностных комплексов в случае дипептидов
несколько выше, чем исходных аргинина и лизина (lgK = 2,1 и 1,6, соответственно).
492
Возможно, что молекула дипептида имеет больше центров для образования водородных
связей с поверхностью кремнезема.
3 4 5 6 7 8
0
5
10
15
20
25
3 4 5 6 7 8
0
5
10
15
20
25
б
2
1
Содержание, % Содержание, %
а
3
2
1
Рис. 3. Диаграммы распределения комплексов аргинилфенилаланина (а) и лизилфенил-
аланина (б) на поверхности кремнезема: SiOH···H2DP+ (1), SiO¯− H2DP+ (2) и
SiO¯− HDP± (3) (последний комплекс только для аргинилфенилаланина).
Выводы
В результате проведенного исследования установлено, что дипептиды, содержа-
щие в своем составе оснóвные аминокислоты в качестве N-концевых остатков, адсорби-
руются на поверхности аморфного кремнезема из водных растворов в отличие от
пептидов, образованных нейтральными аминокислотами. Устойчивость образующихся
поверхностных комплексов выше, чем комплексов, образованных соответствующими
аминокислотами. Движущей силой образования комплексов силанольных групп крем-
незема с катионами дипептидов являются электростатические взаимодействия, хотя,
возможно, протонированные формы дипептидов могут образовывать водородные связи с
силанольными группами кремнезема или молекулами воды приповерхностного слоя.
Литература
1. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния / Под ред.
А.А.Чуйко. – Киев: Наук. думка, 2003. – 415 с.
2. Власова Н.Н., Головкова Л.П. Адсорбция аминокислот на поверхности высокодис-
персного кремнезем // Коллоид. журн. – 2004. – Т. 66, № 6. – С. 733 – 738.
3. Идентификация органических соединений / Р. Шрайнер, Р. Фьюзон, Д. Кертин,
Т. Моррилл. – М.: Мир, 1983. – 704 с.
4. Альберт А., Сержент Е. Константы ионизации кислот и оснований / Пер. с англ. –
М.-Л.: Химия, 1964. – 180 с.
5. Davis J.A., Kent D.B. Surface complexation modeling in aqueous geochemistry // Rev.
Mineral. – 1990. – V. 23. – P. 177 – 260.
6. Яцимирский К.Б., Крисс Е.Е., Гвяздовская В.Л. Константы устойчивости комплек-
сов биометаллов с лигандами. – Киев: Наук. думка, 1979. – 229 с.
7. Westall J.C., Hohl H. A comparison of electrostatic models for the oxide/solution interface
// Advan. Colloid Interface Sci. – 1980. – V. 12. – P. 265 – 294.
493
8. Ludwig Chr. GRFIT, a Program for Solving Speciation Problems, Evaluation of
Equilibrium Constants, Concentrations, and Other Physical Parameters. Internal Report of
University of Bern, 1992.
ADSORPTION OF DIPEPTIDES ONTO FUMED SILICA
SURFACE FROM AQUEOUS SOLUTIONS
N.N. Vlasova, O.V. Markitan, L.P. Golovkova
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine
General Naumov Str. 17, 03164 Kyiv-164
The adsorption of arginylphenylalanine and lysylphenylalanine onto fumed silica
surface has been studied as a function of pH and ionic strength. Equilibrium reaction
parameters were determined using the basic Stern model for double electric layer and GRFIT
program package.
Введение
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-308 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-22T19:31:59Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/6e/e971314cacb4b62bc7a4d46c623acc6e.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-3082018-11-27T09:40:34Z Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions Адсорбция дипептидов на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions Vlasova, N. N. Markitan, O. V. Golovkova, L. P. The adsorption of arginylphenylalanine and lysylphenylalanine onto fumed silica surface has been studied as a function of pH and ionic strength. Equilibrium reaction parameters were determined using the basic Stern model for double electric layer and GRFIT program package.  Изучена адсорбция двух дипептидов – аргинил- и лизилфенилаланина на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов в зависимости от ионной силы и рН. С использованием основной модели Штерна для двойного электрического слоя и программы GRFIT  рассчитаны константы равновесия реакций образования поверхностных комплексов. The adsorption of arginylphenylalanine and lysylphenylalanine onto fumed silica surface has been studied as a function of pH and ionic strength. Equilibrium reaction parameters were determined using the basic Stern model for double electric layer and GRFIT program package.  Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2008-07-30 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/308 Surface; No. 14 (2008): Chemistry, Physics and Technology of Surface; 488-493 Поверхность; № 14 (2008): Химия, физика и технология поверхности; 488-493 Поверхня; № 14 (2008): Хімія, фізика та технологія поверхні; 488-493 3154-8091 3154-8083 ru https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/308/307 Авторське право (c) 2008 N.N. Vlasova, O.V. Markitan, L.P. Golovkova |
| spellingShingle | Vlasova, N. N. Markitan, O. V. Golovkova, L. P. Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title_alt | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions Адсорбция дипептидов на поверхности высокодисперсного кремнезема из водных растворов |
| title_full | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title_fullStr | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title_full_unstemmed | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title_short | Adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| title_sort | adsorption of dipeptides onto fumed silica surface from aqueous solutions |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/308 |
| work_keys_str_mv | AT vlasovann adsorptionofdipeptidesontofumedsilicasurfacefromaqueoussolutions AT markitanov adsorptionofdipeptidesontofumedsilicasurfacefromaqueoussolutions AT golovkovalp adsorptionofdipeptidesontofumedsilicasurfacefromaqueoussolutions AT vlasovann adsorbciâdipeptidovnapoverhnostivysokodispersnogokremnezemaizvodnyhrastvorov AT markitanov adsorbciâdipeptidovnapoverhnostivysokodispersnogokremnezemaizvodnyhrastvorov AT golovkovalp adsorbciâdipeptidovnapoverhnostivysokodispersnogokremnezemaizvodnyhrastvorov |