Статья: Адсорбция некоторых биологически активных соединений на адсорбентах различной полярности

Полная исследовательская публикация _____________ Киенская К.И., Ибрагимова Р.Р., Сорокина Е.В.,

Сардушкин М.В., Гузнова Н.Ю. и Авраменко Г.В.

122 ____________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2016. Vol.46. No.6. P.120-123.

Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Физико-химические исследования.

Идентификатор ссылки на объект - ROI: jbc-01/16-46-6-120 Подраздел: Физическая химия.

120 _________ ©--Бутлеровские сообщения. 2016. Т.45. №3. _________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

Российский химико-технологический университет

Адсорбция некоторых биологически активных соединений на адсорбентах различной полярности

Киенская Карина Игоревна

Изучение адсорбции биологически активных веществ (БАВ) на твердых адсорбентах представляет интерес для широкого круга исследователей. В частности, адсорбционные иссле-дования необходимы при разработке твердых носителей, иммобилизированных биополиме-рами, а также при создании новых лекарственных и косметических препаратов. Помимо этого, состояние молекул БАВ на межфазных поверхностях определяет механизмы протека-ния большинства жизненно важных биохимических процессов [1-3].

В данной работе в качестве объектов исследования выбраны интерферон и рибавирин. Данная пара соединений успешно применяется для противовирусной терапии, в частности, вируса гепатита С [4], однако, сведения о поведении макромолекул интерферона и молекул рибавирина на различных границах раздела фаз весьма ограничены. Отсутствуют данные о коллоидно-химическом поведении смешанных растворов интерферона и рибавирина. адсорбция водный раствор рибавирин

Цель данного исследования заключалась в выявлении закономерностей адсорбции дан-ных БАВ на различных границах раздела фаз, установлении параметров адсорбционных слоев и определении факторов, влияющих на величину адсорбции.

Экспериментальная часть

В качестве интерферона были взяты образцы интерферона альфа-2b (молекулярная масса 18 кДа) и лекарственная форма пегилированного интерферона Альгерон, производства компании Биокад (Санкт-Петербург). Рибавирин (1-бета-D-Рибофуранозил-1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид) марки Fluka с содержанием основного вещества более 98 % масс. дополнительной очистке не подвергался.

Адсорбционные исследования на границе раствор-воздух осуществлялись тензиометрически на приборе DSA Kruss 20E методом висячей капли. Концентрацию интерферона определяли спектрофото-метрически на спектрофотометре Shimadzu UV-1800 при длине волны 280 нм. Концентрацию риба-вирина в водных растворах контролировали с использованием перманганата калия, по методике, описанной в работе [5]. Удельную поверхность твердых адсорбентов определяли методом низкотем-пературной адсорбции азота. Для угля и силикагеля значения составили 655 и 74 м2/г, соответственно. Изоэлектрическую точку интерферонов фиксировали по зависимости дзета-потенциала от рН (анализатор размера и заряда частиц Photocor-Z). Для данного белка ИЭТ лежит в интервале 5.7-6.5 величин рН.

Результаты и их обсуждение

Изучение водных растворов рибавирина показало, что рибавирин обладает заметной поверхностной активностью (рис. 1). Снижение поверхностного натяжения свидетельствует об адсорбции молекул рибавирина на границе раствор-воздух, а выход кривой на плато - об ассоциативных процессах в объеме раствора. Обработка полученной изотермы поверх-ностного натяжения в рамках уравнения Шишковского [6], позволила определить поверх-ностную активность (g), величину максимальной адсорбции (Аmax), посадочную площадку молекулы (s0) и толщину адсорбционного слоя () - табл. 1.

Рис. 1. Изотерма поверхностного натяжения водного раствора рибавирина Рис. 2. Изотермы адсорбции рибавирина на угле (кривая 1) и на силикагеле (кривая 2)

На рис. 2 представлены изотермы адсорбции рибавирина из водных растворов на твердых адсорбентах различной полярности - силикагеле и активированном угле. Как видно из рисунка, полярность адсорбента не оказывает существенного влияния на вид изотермы и, по-видимому, характер адсорбции.

Интересно отметить, что на полярных границах раздела фаз (водный раствор-воздух и силикагель-раствор) величины посадочных площадки молекулы рибавирина сопоставимы. На неполярном угле посадочная площадка практически на порядок больше, что объясняется, по-видимому, тем, что на полярных адсорбентах и на границе с воздухом молекула располагается вертикально, ориентируя полярную группу к границе раздела фаз, тогда как на угле распо-лагается горизонтально поверхности.

Продолжение данных исследований с целью определения истинного значения предель-ной адсорбции (до выхода изотерм на плато) оказались невозможными из-за большой погреш-ности определения больших концентраций рибавирина выбранным методом.

Табл. 1. Параметры адсорбционных слоев рибавирина на различных границах раздела фаз

На рис. 3 представлены изотермы адсорбции пегилированного интерферона из лекарст-венной формы «Альгерон» на твердых адсорбентах. Необходимо отметить, данные изотермы получены при нейтральных значениях рН, то есть практически вблизи ИЭТ интерферона. Как видно из рис. 3, вид изотерм существенно различается и зависит от полярности адсорбента. На угле (кривая 1) заметен четкий максимум, соответствующий насыщению монослоя, тогда как на силикагеле (кривая 2) изотерма имеет S-образный вид, что свидетельствует, по-видимому, молекулярным перестройкам на поверхности. В литературе описаны различные варианты изотерм, в частности кривая с максимумом наблюдалась при адсорбции оваль-бумина [7], а S-образная изотерма получена для гемоглобина [3].

Рис. 3. Изотермы адсорбции пегилированного интерферона на угле (кривая 1) и на силикагеле (кривая 2) Рис. 4. Изотермы адсорбции интерферона на силикагеле в отсутствие рибавирина (кривая 1) и в присутствии рибавирина (кривая 2). Концентрация рибавирина 0.02 М; рН = 10.

Оценка посадочной площадки макромолекулы интерферона на твердой поверхности раз-личной полярности представлена в табл. 2.

Табл. 2. Параметры адсорбционных слоев интерферона на твердой поверхности

Анализируя данные, представленные в табл. 2, можно считать, что для адсорбции на силикагеле полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными, учитывая близость молекулярной массы и размеров клубка овальбумина и интерферона. Учитывая это, дальнейшие исследования были проведены на силикагеле. В качестве интерферона был выбран не пегилированный интерферон.

Было установлено, что в нейтральной среде, близкой к величине ИЭТ интерферона, существенных различий в адсорбции белка в отсутствие и в присутствие рибавирина не наблюдается. По-видимому, вся поверхность адсорбента занята более поверхностно-актив-ными молекулами белка.

В щелочной среде, где макромолекула белка заряжена отрицательно (как и поверхность силикагеля), а рибавирин проявляет большую поверхностную активность, адсорбция интерфе-рона в присутствии рибавирина заметно падает (рис. 4).

Заметное падение адсорбции макромолекулы белка на одноименно заряженной поверх-ности в присутствии рибавирина может быть объяснено, по-видимому, конкурентной адсорб-цией с молекулой меньших размеров. Кроме этого, интересно отметить, что в щелочной среде меняется и вид изотермы - вместо S-образной наблюдается кривая с максимумом, что может быть связано с конформационными перестройками вдали от ИЭТ.

Выводы

Комплекс проведенных исследований позволил установить параметры адсорбционных слоев макромолекул интерферона и молекул рибавирина на различных границах раздела фаз и показать влияние рН среды на процесс адсорбции интерферона.

Благодарности

Авторы выражают благодарность бакалаврам химико-фармацевтического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева Друккер Юлии и Самохваловой Екатерине за помощь в прове-дении экспериментальной части работы.

Литература

[1] Чухно А.С., Дмитриева И.Б., Банкина А.Н., Бриллиантова Е.Ю. Изучение взаимодействия белков с биологически активными азосодержащими гетероциклическими соединениями при различных значениях рН. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. №5. С.91-99.

[2] J. Narayanan, A.S. Abdul Rasheed, J.R. Bellare. A small-angle X-ray scattering study of the structure of lysozyme-sodium dodecyl sulfate complexes. J. Colloid and Interface Sci. 2008. Vol.328. No.1. P.67-72.

[3] Хохлова Т.Д., Никитин Ю.С. Адсорбция белков на осажденном высокопористом кремнеземе и силикагеле. Вестник Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. 2005. Т.46. №4. С.97-102.

[4] G. Dusheiko, D. Nelson, K. Reddy. Оптимизация противовирусной терапии - роль рибавирина. Antiviral Therapy. 2008. Vol.13. No.1. P.23-30.

[5] A.M. El-Brashy, Z.A. Sheribah, M.K. Sharaf El-Din, R.M. El-Gamal. Kinetic Determination of Ribavirin in Drug Formulations. International journal of Biomedical science. 2007. Vol.3. No.1. P.65-71.

[6] Перегудова Л.И., Урьев Б.Н. Коллоидно-химические свойства смесей поверхностно-активных веществ. Коллоидный журнал. 1984. Т.46. №6. С.1166-1171.

[7] Хохлова Т.Д. Влияние химии поверхности и размеров пор модифицированных силикагелей на адсорбцию овальбумина. Вестник Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. 2002. Т.43. №3. С.144-146.

Аннотация

Изучена адсорбция из водных растворов рибавирина и интерферона альфа-2b на активиро-ванном угле и силикагеле. Рассчитаны параметры адсорбционных слоев. Обнаружено, что вид изотермы адсорбции интерферона зависит от рН среды. Показано влияние рибавирина на величину адсорбции интерферона из смешанных растворов.

Ключевые слова: адсорбция, интерфероны, рибавирин, поверхностная активность, межмолекулярные взаимодействия.

The adsorption of ribavirin and interferon alpha-2b from water solutions on activated carbon and silica - was investigated. The parameters of the adsorbed layers were calculated. It is found that an adsorption isotherm of interferon depends on the pH of the medium. The effect of ribavirin to amount of interferon's adsorption from mixed solutions was represented.

Keywords: adsorption, interferons, ribavirin, surface activity, molecular interactions.