Объемные эффекты при взаимодействии L-гистидина с изомерами пиридинмонокарбоновой кислоты в водном буферном растворе

全文:

Азотосодержащие гетероциклические соединения играют важную роль во многих химических и биохимических процессах, являясь структурными элементами белков, ДНК, РНК, входят в состав множества фармацевтических и косметических препаратов. Пиридинкарбоновые кислоты (PyCOOH) и их производные представляют собой семейство N-гетероциклических молекул, которые применяются для улучшения метаболических процессов, снижения уровня холестерина и триглицеридов в крови, в качестве пищевых добавок и активных противоопухолевых, противотуберкулезных, антибактериальных агентов в лекарственных средствах [1–3]. Как многофункциональные лиганды, они способны к образованию комплексов с металлами [4–6], что находит применение при очистке сточных вод [7], при разработке сенсибилизирующих красителей для солнечных элементов [8] и др.

Три изомерные молекулы пиколиновой (PA), никотиновой (NA) и изоникотиновой (INA) кислот имеют карбоксильную группу (–COOH), соответственно, во 2-м, 3-м и 4-м положениях пиридинового кольца относительно атома азота (рис. 1). Благодаря наличию в молекулах PyCOOH кислотного и основного центров, они существуют в виде цвиттер-ионов в кристаллическом состоянии, как и аминокислоты. Водный раствор пиридинкарбоновой кислоты является слабокислым, атом водорода карбоксильной группы имеет тенденцию к ионизации. Вследствие того, что гетероциклические соединения составляют основу строения витаминов и других лекарственных препаратов, их физико-химические свойства и взаимодействия с другими биологически активными веществами до сих пор представляют интерес для исследования разными методами [9–13]. Одной из актуальных задач является изучение природы взаимодействий в растворах модельных соединений белков (аминокислот) и лекарственных средств (PyCOOH), так как особенности их поведения во многом определяют биологическую функциональность более сложных биосистем.

 

Рис. 1. Структура исследуемых соединений.

 

Гистидин (His) – одна из незаменимых α-аминокислот, принадлежащая к группе ароматических и гетероциклических аминокислот, обладает слабыми оснóвными свойствами, обусловленными присутствием имидазольного кольца в боковой цепи молекулы (рис. 1). Благодаря резонансной делокализации заряда, имидазольное кольцо при протонировании является основным (рК_a ~ 6.0) и протонируется уже при слабокислых значениях рН и, следовательно, может служить как донором, так и акцептором протонов в химической реакции, связывая протон одним атомом азота и отдавая протон от другого атома азота [14, 15]. Кислотно-основные и координирующие свойства имидазольной боковой цепи данной аминокислоты делают ее важнейшим компонентом активных центров в более 50 окислительно-восстановительных и гидролитических энзимах [16]. Гистидин входит в состав многих витаминных комплексов, используется при лечении ревматоидных артритов, аллергий, язв и анемии [17].

В предыдущих работах [18, 19] методами калориметрии, денсиметрии и УФ-спектроскопии изучено взаимодействие аминокислоты L-гистидина с никотиновой кислотой в воде и буферном растворе при Т=298.15 К; полученные результаты свидетельствовали об образовании молекулярных комплексов между реагентами и позволили оценить влияние рН среды на их стабильность. В литературе отсутствуют данные по плотности растворов трех изомеров пиридинкарбоновой кислоты (PyCOOH) в водном фосфатном буфере (рН 7.4), содержащем L-гистидин, в широком интервале температур. Целью данной работы является установление влияния температуры и структурной изомерии в молекулах пиридинмонокарбоновой кислоты (NA, PA, INA) на их взаимодействия с гетероциклической аминокислотой L-гистидином в водном буферном растворе (рН 7.4) на основе использования денсиметрического метода. Как известно [20], объемные свойства растворов наиболее чувствительны к взаимодействиям растворенного вещества с растворителем и сорастворенным веществом, а также к изменению их гидратации под действием температуры и кислотности среды. В представленной работе получены новые данные по кажущимся молярным объемам и предельным кажущимся молярным объемам PyCOOH в буферном растворе, содержащем His, обсуждение которых проведено на основе рассмотрения взаимодействий (растворенное вещество – растворитель, растворенное вещество – сорастворенное вещество) в рамках подхода Гэрни [21].

Экспериментальная часть

В работе использовали L-гистидин (Sigma-Aldrich, Japan, CAS63-91-2, >0.99), никотиновую кислоту (Sigma-Aldrich, Germany, CAS59-67-6, ≥0.98), пиколиновую кислоту (Aldrich, CAS98-98-6, ≥0.99) и изоникотиновую кислоту (Aldrich, CAS55-22-1, 0.99). Аминокислоту и изомеры пиридинкарбоновой кислоты сушили при 356 К в вакуумном шкафу в течение 48 ч непосредственно перед использованием. Исследования проводили в водном буферном растворе, содержащим 0.0416 моль∙кг^–1 NaH₂PO₄ и 0.2049 моль∙кг^–1 Na₂HPO₄, при рН 7.4, что приближает среду к условиям реальных биологических систем. Значения рН растворов фиксировали цифровым рН-метром Mettler Toledo, модель Five-Easy. Все растворы приготовлены весовым методом, используя весы Sartorius-ME215S (с точностью взвешивания 1×10^–5 г). Погрешность приготовления растворов нужной концентрации не превышала ±2×10^–4 моль⋅кг^–1.

Измерения плотности исследуемых растворов выполнены на цифровом вибрационном денсиметре DMA-5000M (Anton Paar, Австрия) при температурах 288.15, 293.15, 298.15, 303.15, 308.15 и 313.15 K. Два встроенных платиновых термометра Pt100 в сочетании с элементами Пельтье обеспечивали термостатирование образца внутри ячейки с погрешностью 5×10^–3К. Перед каждой серией измерений проводили калибровку ячейки сухим воздухом и дважды дистиллированной дегазированной водой при атмосферном давлении. Подробное описание процедуры измерения дано ранее [22]. Концентрация пиридинкарбоновой кислоты в буферном растворе изменялась до ~0.03 моль⋅кг^–1 при фиксированной концентрации аминокислоты. Стандартная погрешность измерения плотности растворов составила ± 1.22×10^–5г∙см^–3. Общая погрешность измерения ρ (с учетом коэффициента Стьюдента t = 2.78 при доверительной вероятности 0.95, n=5) не превышала ± 2.92×10^–5г∙см^–3.

Экспериментальные данные по плотности (ρ) исследуемых растворов приведены в табл. 1–3. Как видно из таблиц, наблюдается тенденция возрастания плотности растворов с ростом концентрации пиридинкарбоновой кислоты и уменьшения их значений с температурой.

 

Таблица 1. Плотность водных буферных растворов, содержащих L-гистидин (m_His=0.0125±0.0002 моль·кг^–1) и никотиновую кислоту (NA), при разных концентрациях и температурах

m, моль⋅кг–1	ρ, г⋅cм–3
	288.15 K	298.15 К	303.15 К	308.15 К	313.15 К
0.0000	1.029890	1.027141	1.025424	1.023565	1.021539
0.0024	1.029942	1.027179	1.025447	1.023579	1.021544
0.0070	1.030004	1.027229	1.025464	1.023590	1.021545
0.0104	1.030027	1.027239	1.025469	1.023591	1.021546
0.0126	1.030037	1.027251	1.025470	1.023592	1.021547
0.0177	1.030066	1.027253	1.025472	1.023593	1.021548
0.0198	1.030086	1.027255	1.025474	1.023596	1.021550
0.0209	1.030096	1.027261	1.025475	1.023597	1.021551
0.0219	1.030098	1.027266	1.025476	1.023599	1.021553
0.0249	1.030142	1.027290	1.025483	1.023603	1.021559
0.0254	1.030152	1.027297	1.025487	1.023604	1.021562
0.0279	1.030182	1.027316	1.025501	1.023613	1.021567

 

Таблица 2. Плотность водных буферных растворов, содержащих L-гистидин (m_His=0.0127±0.0002 моль·кг^–1) и пиколиновую кислоту (PA), при разных концентрациях и температурах

m, моль⋅кг–1	ρ, г⋅cм–3
	288.15 K	293.15 К	298.15 К	303.15 К	308.15 К	313.15 К
0.0000	1.031190	1.029145	1.028431	1.026775	1.024906	1.022897
0.0070	1.031331	1.029279	1.028556	1.026891	1.025012	1.022992
0.0100	1.031381	1.029327	1.028603	1.026935	1.025048	1.023028
0.0125	1.031416	1.029363	1.028635	1.026964	1.025077	1.023055
0.0180	1.031504	1.029448	1.028711	1.027032	1.025136	1.023117
0.0200	1.031534	1.029467	1.028731	1.027049	1.025153	1.023134
0.0220	1.031554	1.029492	1.028755	1.027073	1.025170	1.023150
0.0250	1.031595	1.029529	1.028795	1.027109	1.025200	1.023177
0.0300	1.031680	1.029610	1.028877	1.027185	1.025266	1.023236
0.0320	1.031726	1.029649	1.028918	1.027219	1.025301	1.023265

 

Таблица 3. Плотность водных буферных растворов, содержащих L-гистидин (m_His=0.0127±0.0002 моль·кг^–1) и изоникотиновую кислоту (INA), при разных концентрациях и температурах

m, моль⋅кг–1	ρ, г⋅cм–3
	288.15 K	293.15 К	298.15 К	303.15 К	308.15 К	313.15 К
0.0000	1.031190	1.029145	1.028431	1.026775	1.024906	1.022897
0.0069	1.031297	1.029242	1.028518	1.026852	1.024971	1.022948
0.0100	1.031328	1.029271	1.028542	1.026873	1.024990	1.022964
0.0124	1.031349	1.029290	1.028559	1.026981	1.025001	1.022975
0.0179	1.031402	1.029335	1.028597	1.026919	1.025022	1.022998
0.0199	1.031416	1.029348	1.028601	1.026923	1.025028	1.023005
0.0220	1.031433	1.029349	1.028612	1.026933	1.025033	1.023007
0.0249	1.031453	1.029365	1.028616	1.026939	1.025040	1.023014
0.0303	1.031516	1.029418	1.028662	1.026983	1.025069	1.023039
0.0320	1.031538	1.029445	1.028692	1.027005	1.025082	1.023051

 

Обсуждение результатов

Известно, что в водных растворах аминокислота (His) и пиридинкарбоновые кислоты (NA, PA, INA) могут находиться в различных ионных формах в зависимости от рН. Ранее было показано [18, 23], что гистидин существует преимущественно в виде цвиттер-иона (HL^±) в интервале рН от ~ 5.8 до 9.5, при рН > 9.5 – в форме аниона (L^–), а при значениях рН, меньших 5.8 – в катионных формах (H₂L⁺,H₃L²⁺). Таким образом, при фиксированном значении рН 7.4 преобладает цвиттерионная форма L-гистидина (HL^±), имеющая диссоциированную карбоксильную группу и протонированную α-аминогруппу; в этих условиях имидазольная группировка депротонирована [17] и вероятность наличия катионной формы (H₂L⁺) составляет менее 5%.

В работах [11, 24] представлены диаграммы долевого распределения ионных форм NA, PA и INA при изменении рН раствора, согласно которым в буферном растворе с рН 7.4 изомеры PyCOOH принимают форму анионов (L^–). Поэтому можно считать, что именно в этой форме исследуемые пиридинкарбоновые кислоты участвуют в процессах взаимодействия с гистидином в буферном растворе.

Кажущийся молярный объем изомеров пиридинкарбоновой кислоты PyCOOH (V_j) в буферном растворе аминокислоты определен на основе общепринятого предположения [25, 26], что молекулярный объем растворителя в растворе не зависит от состава раствора, и изменение плотности раствора связано только с изменением числа молекул растворенного вещества. Используя экспериментальные значения плотности, проведен расчет величин V_j по уравнению [25, 27]:

$V_{\phi }=1000\left({\rho }_0-\rho \right)/\rho {\rho }_{0}m+M/\rho ,$(1)

где ρ₀ и ρ – плотности растворителя и раствора (г⋅см^–3), m – моляльная концентрация PyCOOH (моль⋅кг^–1), М – ее молекулярная масса. Растворителем в тройной системе (PyCOOH – His – буфер) является буферный раствор аминокислоты (с фиксированной концентрацией).

Ранее показано [28], что зависимости V_j=f(m) для пиридинмонокарбоновых кислот в буферном растворе описываются линейной функцией. В случае тройной системы (PyCOOH – His – буфер) меняется форма концентрационных зависимостей кажущихся молярных объемов изомеров PyCOOH, которые приобретают нелинейный характер (рис. 2, 3). С ростом концентрации пиридинкарбоновой кислоты в буферных растворах, содержащих His, наблюдается увеличение значений V_j, достигающих наибольших величин при моляльности m_PyCOON ≈ 0.025 моль⋅кг^–1, что соответствует мольному соотношению ~1:2 между His и PyCOOH, и практически выходящих на “плато” с увеличением температуры. Полученные нелинейные зависимости V_ϕ=f(m) позволяют предположить усиление взаимодействий между растворенными веществами, приводящих к образованию молекулярного комплекса между гистидином и изомерами пиридинкарбоновой кислоты, что сопровождается частичной дегидратацией молекул растворенных веществ [21, 29–31]. С повышением температуры происходит высвобождения электрострикционно сжатых молекул воды из “рыхлых” гидратных сфер цвиттерионов His и анионов PyCOOH в объем раствора, что дает положительный вклад в изменение объемных свойств и приводит к увеличению объема растворов [32, 33].

 

Рис. 2. Концентрационные зависимости кажущихся молярных объемов (V_ϕ) никотиновой кислоты в водном буферном растворе L-гистидина при температурах: 288.15 (1), 298.15 (2), 303.15 (3), 308.15 (4), 313.15 K (5); m_His=0.0125±0.002 моль⋅кг^–1.

 

Рис. 3. Концентрационные зависимости кажущихся молярных объемов (V_ϕ) пиколиновой (а) и изоникотиновой (б) кислот в водном буферном растворе L-гистидина при температурах: 288.15 (1), 293.15 (2), 298.15 (3), 303.15 (4), 308.15 (5), 313.15 K (6); m_His=0.0127±0.002 моль⋅кг^–1.

 

В тройной системе (PyCOOH – His – буфер) для определения предельных кажущихся молярных объемов (V_j⁰) при бесконечном разбавлении, использован полином второй степени для описания концентрационных зависимостей кажущихся молярных объемов (V_j):

$V_{\phi }=V_{\phi }^0+b_{1}m+b_2{m}^2,$ (2)

где b₁, b₂ – постоянные коэффициенты. Полученные значения V_j⁰ (табл. 4) положительны и увеличиваются с ростом температуры.

 

Таблица 4. Предельные кажущиеся молярные объемы (V_ϕ^o) изомеров пиридинкарбоновой кислоты при бесконечном разбавлении, значения их производных по температуре E_ϕ^o= (∂V_ϕ^o/∂T)_p и значения предельных кажущихся молярных объемов переноса (Δ_trV_j^o) из буфера в буферный раствор с добавками L-гистидина (His) при разных температурах

T, K	Vϕo×106, м3моль–1	Eϕo×106, м3моль–1·K–1 с	ΔtrVϕo×106, м3моль–1
NA – Hisa – буфер
288.15	96.12±0.39	0.688	3.33
293.15	–	–	–
298.15	101.89±0.30	0.858	6.69
303.15	109.58±0.32	0.943	13.05
308.15	113.51±0.24	1.028	15.77
313.15	118.06±0.21	1.113	19.64
NA – Hisa – буфер
288.15	97.89±0.38	0.099	2.86
293.15	99.05±0.35	0.179	2.40
298.15	99.94±0.32	0.260	1.82
303.15	101.31±0.29	0.341	1.85
308.15	103.11±0.30	0.421	2.1
313.15	105.80±0.32	0.502	3.7
NA – Hisa – буфер
288.15	101.79±0.34	0.154	0.84
293.15	103.13±0.39	0.243	1.10
298.15	104.53±0.39	0.332	1.28
303.15	106.16±0.35	0.422	2.03
308.15	108.39±0.23	0.511	3.32
313.15	111.57±0.25	0.601	5.33

Примечание. ^am_His = 0.0125±0.0002 моль·кг^–1. ^бm_His = = 0.0127±0.0002 моль·кг^–1. ^с E_ϕ^o = (∂V_ϕ^o/∂T)_p вычислено по соотношению (∂V_ϕ^o/∂T)_p=β+2Tγ, с коэффициентами корреляции R_corr, равными 0.988, 0.996 и 0.998 соответственно, для систем с NA, PA и INA (β и γ – константы из (4)).

 

Анализ данных, представленных в табл. 4 и полученных ранее [28] для растворов PyCOOH в буфере, показал, что значения предельного кажущегося молярного объема (V_j⁰) PyCOOH в тройной системе (PyCOOH–His–буфер) больше, чем в бинарной системе (PyCOOH – буфер) при каждой температуре, что, по-видимому, отражает потерю структурно-разрушающего действия пиридинкарбоновых кислот на растворитель. Это свидетельствует о том, что добавление His приводит к более сильным взаимодействиям растворенного вещества (PyCOOH) с растворителем (His–буфер) в тройных системах. Подобные тенденции наблюдались также для растворов NA в буфере, содержащем другие аминокислоты (Phe, Trp, Lys, Met) [18, 22, 34].

Изменения предельного кажущегося молярного объема (Δ_trV_ϕ^o)при переносе PyCOOH из буфера в буферный раствор His вычислены по соотношению:

$\begin{array}{c}{\Delta }_{tr}{V}_{\phi }^0=V_{\phi }^0(\text{PyCOOH}-\text{His}-\text{буфер})-\\ -V_{\phi }^0(\text{PyCOOH}-\text{буфер}).\end{array}$ (3)

Предельный кажущийся молярный объем переноса, Δ_trV_ϕ^o, при бесконечном разбавлении свободен от взаимодействий растворенное вещество – растворенное вещество и дает информацию о взаимодействиях растворенное вещество (PyCOOH) – сорастворенное вещество (His) [27, 35–37]. Согласно модели перекрывания гидратных сфер Гэрни [21, 38], положительные значения Δ_trV_ϕ^o>0 отражают взаимодействия, обусловленные, прежде всего, электростатическими силами между гидратированными зарядными группами (–NH₃⁺, COO^–, COO^–) в молекулах His и PyCOOH и образованием водородных связей между растворенными веществами и растворителем. Взаимодействие между гидратированными неполярными фрагментами исследуемых молекул (за счет гидрофобных сил) сопровождается понижением объема (Δ_trV_ϕ^o<0). Полученные положительные изменения объема Δ_trVϕ^o, приведенные в табл. 4 для трех изомеров PyCOOH, свидетельствуют о доминировании взаимодействий первого типа в буферных растворах исследуемых пиридинкарбоновых кислот в присутствии His. Наблюдается тенденция повышения величины Δ_trV_ϕ^o в ряду: INA<PA<NA, хотя при высоких температурах изменение объема переноса больше для INA, чем PA. Учитывая ионное состояние исследуемых веществ в буферном растворе, можно полагать, что движущими силами образования комплексов His с NA, PA и INA являются преимущественно цвиттерион – анионные взаимодействия и водородные связи, что согласуется с литературными данными для других аминокислот в буферном растворе [39–41].

Температурные зависимости предельных кажущихся молярных объемов V_ϕ^o пиридинкарбоновых кислот (NA, PA, INA) в буферных растворах с аминокислотой (His) представлены на рис. 4 и описываются уравнением:

$V_{\phi }^0=\beta +\alpha T+\gamma T^2,$ (4)

где α, β и γ – константы, T – температура. Значения (∂V_j⁰/∂T)_p и (∂²V_j⁰/∂T²) _p были вычислены путем дифференцирования уравнения (4). В табл. 4 приведены полученные положительные значения предельной кажущейся молярной расширяемости при бесконечном разбавлении E_ϕ^o = (∂V_j⁰/∂T)_p.

 

Рис. 4. Температурные зависимости предельных кажущихся молярных объемов ^ϕV^o изомеров пиридинкарбоновой кислоты в буферном растворе (рН 7.4), содержащем L-гистидин: PA – His – буфер (1), INA – His – буфер (2), NA – His – буфер (3).

 

Как известно [42–44], для водных растворов сильных электролитов характерно уменьшение предельных кажущихся молярных расширяемостей (E_ϕ^o) с повышением температуры. Если значения E_ϕ^o увеличиваются с температурой, то такое поведение обычно связывают со структурными возмущениями раствора и с появлением “эффекта клетки” (упаковки), который носит гидрофобный характер и который проявляют гидрофобные органические соединения [44, 45]. Авторы работ [42, 43, 46] полагают, что изменение предельной кажущейся молярной расширяемости Eϕ^o обусловлено двумя основными вкладами:

${E_{\phi }}^{\text{o}}={E_{\phi }}^{\text{o}}\left(\text{elect}\right)+{E_{\phi }}^{\text{o}}\left(\text{str}\right),$ (5)

где E_ϕ^o(elect) – расширение вследствие изменения электрострикции молекул воды (вклад гидратации и дегидратации растворенных веществ при их взаимодействии), E_ϕ^o(str) – расширение вследствие изменения структуры растворителя (вклад гидрофобной гидратации); при этом, с ростом температуры наблюдается преобладание электрострикционного вклада для электролитных растворов или структурной составляющей (появление “эффекта клетки”) для водных растворов гидрофобных соединений. В нашем случае полученные значения E_ϕ^o увеличиваются с температурой в водных буферных растворах исследуемых растворенных веществ (His, NA, PA, INA), молекулы которых содержат как зарядные центры, так и гидрофобные группы, что способствует проявлению как электростатических взаимодействий между ними, так и эффектов гидрофобной гидратации [47]. По-видимому, повышение температуры сопровождается конкуренцией указанных выше вкладов в величину E_ϕ^o. Таким образом, повышение температуры способствует проявлению гидрофобной гидратации и оказывает влияние, прежде всего, на молекулы воды, находящиеся в гидратных оболочках цвиттерионов аминокислоты и анионов PyCOOH, делая их более “рыхлыми”, что облегчает высвобождение электрострикционно сжатых молекул воды из сольватных сфер растворенных веществ в объем раствора при их взаимодействии, что приводит к более высоким значениям расширяемости E_ϕ^o. Значения E_ϕ^o повышаются в ряду PA < INA < NA, что в первом приближении отражает тенденцию влияния температуры на изменение “структурируемости” их буферных растворов, содержащих аминокислоту.

Хеплер [48] предложил подход на основе анализа знака производной предельной молярной расширяемости по температуре (∂E_ϕ^o/∂T)_p = (∂²V_ϕ^o/∂T²)_p для оценки структурно-образующей (положительный знак) или структурно-разрушающей (отрицательный знак) способности растворенного вещества в системах с фиксированным растворителем, используя термодинамическое соотношение:

${(\partial {C^{\text{o}}}_p/\partial P)}_T=-T{({\partial }^2{V^{\text{o}}}_{\phi }/\partial T^2)}_p.$ (6)

Полученные положительные значения (∂E_ϕ^o/∂T)_p, приведенные в табл. 5, свидетельствуют о склонности изомеров пиридинмонокарбоновой кислоты к укреплению структуры растворителя (His – буфер), прежде всего, за счет образования молекулярного комплекса между His и изомерами PyCOOH, причем наблюдается тенденция усиления их воздействия на структуру буферного раствора в ряду PA→ NA→ INA. Чем более структурирована жидкость, тем больше положительная величина (∂E_ϕ^o/∂T)_p. Таким образом, INA проявляет наиболее структурно-образующие свойства в системе (INA – His – буфер). Следует отметить, что в случае бинарной системы (PyCOOH– буфер) изомеры PyCOOH оказывают структурно-разрушающее воздействие на буферный раствор, о чем свидетельствуют полученные ранее отрицательные значения (∂E_ϕ^o/∂T)_p [28].

 

Таблица 5. Значения температурной производной предельной кажущейся молярной расширяемости (∂E_ϕ^o/∂T)_p для пиридинкарбоновых кислот в водном буферном растворе (рН 7.4), содержащем аминокислоту L-гистидин (His)

Система	(∂Eϕo/∂T)p = (∂2Vϕo/∂T 2)p, см3моль–1К–2
PA – His – буфер	0.0161±0.0012
NA – His – буфер	0.0170±0.0015
INA – His – буфер	0.0179±0.0011

 

Заключение

В данной работе определены кажущиеся молярные объемы (V_j) и предельные кажущиеся молярные объемы при бесконечном разбавлении (V_j^o) трех изомеров PyCOOH – никотиновой (NA), пиколиновой (PA) и изоникотиновой (INA) кислот в буферном растворе с добавками L-гистидина (фиксированной концентрации), а также вычислены предельные кажущиеся молярные объемы их переноса (Δ_trV_j^o) из чистого буфера в буферный раствор аминокислоты, исходя из экспериментальных измерений плотности в интервале концентраций (~ 0.007–0.032 моль кг^–1) притемпературах: 288.15, 293.15, 298.15, 303.15, 308.15 и 313.15 K. Показано, что нелинейный характер концентрационных зависимостей V_j=f(m) в тройных системах: NA – His – буфер, PA – His – буфер и INA – His – буфер отражает процесс образования молекулярного комплекса со стехиометрией His к PyCOOH как ~1:2. Получены положительные значения V_j^o и Δ_trVϕ^o, которые позволяют говорить о существенном вкладе электростатических, сольватационных эффектов и водородных связей во взаимодействие между растворенными веществами.

Определены предельные кажущиеся молярные расширяемости E_ϕ^o=(∂V_j^o/∂T)_p и их производные по температуре (∂E_ϕ^o/∂T)_p=(∂²V_j^o/∂T ²) _p при бесконечном разбавлении для изомеров PyCOOH в исследуемых растворах с добавками аминокислоты. Полученные положительные значения E_ϕ^o повышаются с ростом температуры, что может быть обусловлено конкурирующим действием электрострикционного вклада (дегидратацией цвиттерионов аминокислоты и анионных форм изомеров PyCOOH при их взаимодействии) и вклада от гидрофобной гидратации образуемого молекулярного комплекса между His и PyCOOH. Эффекты структурной изомерии молекул PyCOOH на их взаимодействия с His проявляются в изменении значений E_ϕ^o в ряду PA < INA < NA, что позволяет рассматривать растворы PA – His – буфер и INA – His – буфер более структурированными системами, чем раствор NA – His – буфер. Получены положительные значения параметра (∂E_ϕ^o/∂T)_p, которые свидетельствуют о структурно-укрепляющем эффекте исследуемых изомеров PyCOOH на буферные растворы, содержащие L-гистидин (His), вследствие образования молекулярных комплексов между ними, что отличает их от чистого буфера без добавок аминокислоты, для которого значения (∂E_ϕ^o/∂T)_p отрицательны для всех трех пиридинкарбоновых кислот. Таким образом, добавление L-гистидина к бинарным системам PyCOOH – буфер способствует укреплению структуры раствора, причем такое воздействие усиливается в ряду PA→ NA→ INA.

Измерения плотности выполнены на оборудовании центра коллективного пользования “Верхневолжский региональный центр физико-химических исследований” ИХР РАН (http://www.isc-ras.ru/ru/struktura/ckp).

Работа выполнена в рамках фундаментальных научных исследований ИХР РАН по теме № 122040500040-6 Минобрнауки России.

作者简介

Е. Тюнина

Институт химии растворов им. Г. А. Крестова РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: tey@isc-ras.ru
俄罗斯联邦, 153045, Иваново

Г. Тарасова

Институт химии растворов им. Г. А. Крестова РАН

Email: tey@isc-ras.ru
俄罗斯联邦, 153045, Иваново

И. Межевой

Институт химии растворов им. Г. А. Крестова РАН

Email: tey@isc-ras.ru
俄罗斯联邦, 153045, Иваново

Д. Ставнова

Ивановский государственный университет и др.

Email: tey@isc-ras.ru
俄罗斯联邦, 153025, Иваново

参考

补充文件