198

198
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
Îïðåäåëåí ñîñòàâ ïîêðûòèÿ ñïëàâîì Zn–Pb, ïîëó÷åííîãî èç ýëåêòðîëèòà
ïðåäëîæåííîãî ñîñòàâà. Â ñïëàâå ñîäåðæèòñÿ îò 1,2 äî 7,5% Pb. Âûõîä ñïëàâà
ïî òîêó ñîñòàâëÿåò 77%.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Ãóñåâ Â.Í. À. ñ. ÑÑÑÐ ¹ 411159. 1974.
2. Ïîâåòêèí Â.Â., Äàí÷óê Ë.Í. Ïàòåíò ÐÔ ¹ 2118671. 1997.
3. Õàíñåí Í. Àíäåðêî, Ê. / Ñòðóêòóðà äâîéíûõ ñïëàâîâ. Ì: Ìåòàëëóðãèÿ. 1982. Ò. 2.
4. Ìåäâåäåâ Ã.È., Ìàêðóøèí Í.À., Äóáåíêîâ À.Í. // Æ.Ï.Õ. 2002. Ò. 75. ¹ 11.
Ñ. 1834–1838.
5. Íå÷àåâ Å.À., Êóêðèí Â.Ï. Èòîãè íàóêè è òåõíèêè. Ýëåêòðîõèìèÿ. Ì: 1989. Ò. 29.
Ñ. 93–152.
Виктория Викторовна КРАЙНИК —
преподаватель кафедры химии
kraynikvika@mail.ru
Людмила Анатольевна ЖУРАВЛЕВА —
доцент кафедры химии,
кандидат химических наук
zhlaLA@yandex.ru
Сургутский государственный университет ХМАО-Югры
УДК 543.23:542.943.7:544.142.3
ÂÛÁÎÐ ÌÎÄÅËÜÍÎÉ ÑÈÑÒÅÌÛ
ÄËß ÒÅÑÒÈÐÎÂÀÍÈß ÀÍÒÈÎÊÑÈÄÀÍÒÎÂ
SELECTION OF MODEL SYSTEM FOR ANTIOXIDANTS TESTING
ÀÍÍÎÒÀÖÈß. Èññëåäîâàíà êèíåòèêà îêèñëåíèÿ âîäíî-ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà â
ïðèñóòñòâèè êîìïëåêñîâ ìåäè (II) ñ àìèíîêèñëîòàìè. Íà îñíîâàíèè ïîëó÷åííûõ
äàííûõ âûáðàíà ìîäåëüíàÿ ñèñòåìà òåñòèðîâàíèÿ àíòèîêñèäàíòîâ. Îòìå÷åíû
îñîáåííîñòè ìåõàíèçìà äåéñòâèÿ ïðèðîäíîãî èíãèáèòîðà α-òîêîôåðîëà ïðè âîäíîýìóëüñèîííîì îêèñëåíèè.
SUMMARY. The water-lipid oxidation kinetics has been studied of copper (II) complexes
with amino acids depending on ligand nature. Model system for antioxidants testing has
been chosen. Features of the mechanism of α-tocopherol were determined in water-lipid
oxidation in the presence of copper (II) complexes with α-alanine as a catalyst.
ÊËÞ×ÅÂÛÅ ÑËÎÂÀ. Îêèñëåíèå ëèïèäîâ, àíòèîêñèäàíòû, êîìïëåêñû ìåäè ñ
àìèíîêèñëîòàìè.
KEY WORDS. Lipid oxidation, antioxidants, copper complexes with amino acids.
Ïîèñê ýôôåêòèâíûõ àíòèîêñèäàíòîâ ÿâëÿåòñÿ àêòóàëüíûì äëÿ ïèùåâîé è
ôàðìàöåâòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, ìåäèöèíû. Ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî íàðóøåíèå ðåãóëÿöèè ïåðåêèñíîãî îêèñëåíèÿ ëèïèäîâ áèîìåìáðàí ëåæèò â îñíîâå ðàçâèòèÿ ðÿäà çàáîëåâàíèé è ïàòîëîãèé, ñïîñîáñòâóåò
ñòàðåíèþ îðãàíèçìà [1], [2], [3]. Ïîýòîìó â íàñòîÿùåå âðåìÿ â ìåäèöèíå áîëüøîå
âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ àíòèîêñèäàíòîòåðàïèè, êàê ïðîôèëàêòè÷åñêîìó ìåòîäó ñíèæåíèÿ ñòðåññîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè, óëó÷øåíèÿ àäàïòàöèè ê íåáëàãîïðèÿòíûì
âîçäåéñòâèÿì îêðóæàþùåé ñðåäû, à òàêæå ëå÷åáíîãî ñðåäñòâà â ñîâîêóïíîñòè
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
199
ñ ïðîòèâîâîñïàëèòåëüíûìè, ãèïîòåíçèâíûìè è äðóãèìè ïðåïàðàòàìè. Î÷åâèäíî,
÷òî ïðîãðåññ â àíòèîêñèäàíòîòåðàïèè, óëó÷øåíèè êà÷åñòâà ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ
è ôàðìàöåâòè÷åñêèõ ïðåïàðàòîâ âîçìîæåí òîëüêî íà îñíîâå ðàçðàáîòêè ýôôåêòèâíûõ ìåòîäîâ òåñòèðîâàíèÿ àíòèîêñèäàíòíîé àêòèâíîñòè áèîëîãè÷åñêè àêòèâíûõ ñîåäèíåíèé è ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ.
Öåëüþ ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà ìîäåëüíîé ñèñòåìû äëÿ òåñòèðîâàíèÿ àíòèîêñèäàíòîâ êèíåòè÷åñêèì ìåòîäîì, â óñëîâèÿõ, ìîäåëèðóþùèõ áèîìåìáðàíû.
 êà÷åñòâå ìîäåëè èññëåäîâàíî êàòàëèòè÷åñêîå îêèñëåíèå ýìóëüñèè ýòèëîëåàòà â âîäå. Âûáîð ýòèëîëåàòà îáóñëîâëåí òåì, ÷òî îëåèíîâàÿ êèñëîòà è åå
ýôèðû âõîäÿò â ñîñòàâ áîëüøèíñòâà ëèïèäîâ æèâûõ îðãàíèçìîâ [3], [4], [5] è
áîëåå äîñòóïíà.
Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÷àñòü. Ýòèëîëåàò ïîëó÷àþò ýòåðèôèêàöèåé îëåèíîâîé
êèñëîòû ìàðêè «÷.» ýòàíîëîì â êèñëîé ñðåäå ñ ïîñëåäóþùåé î÷èñòêîé è âàêóóìíîé ïåðåãîíêîé ïî ñòàíäàðòíîé ìåòîäèêå [6]. Ïðåïàðàòû àìèíîêèñëîò: DL-àëàíèí (õ.÷.), L-âàëèí (õ.÷.), L-ëåéöèí (÷.), L-ñåðèí (÷.ä.à.), DL-òðåîíèí (õ.÷.) ïåðåêðèñòàëëèçîâûâàþò èç âîäíî-ýòàíîëüíîé ñìåñè. DL-β-ôåíèë-α-àëàíèí (÷.),
L-ãèñòèäèí (÷.ä.à.), L-ëèçèí (÷.), õëîðèä ìåäè (II) (õ.÷.), öåòèëòðèìåòèëàììîíèé
áðîìèä (÷.) èñïîëüçóþò áåç äîïîëíèòåëüíîé î÷èñòêè. Èîíîë ìàðêè «÷.» î÷èùàþò äâóêðàòíîé êðèñòàëëèçàöèåé èç àáñîëþòíîãî ýòàíîëà [6]. Äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ
ðàñòâîðîâ è âîäíîé ýìóëüñèè èñïîëüçóþò áèäèñòèëëèðîâàííóþ âîäó.
Îêèñëåíèå ïðîâîäÿò ïî ìåòîäèêå [7]: â 1 ìë ýôèðà íåíàñûùåííîé æèðíîé
êèñëîòû äîáàâëÿþò ïî 1 ìë âîäíûõ ðàñòâîðîâ öåòèëòðèìåòèëàììîíèÿ áðîìèäà
(ÖÒÌÀÁ) è êîìïëåêñíîãî ñîåäèíåíèÿ (ÊÑ) õëîðèäà ìåäè ñ α-àìèíîêèñëîòàìè
ñ êîíå÷íûìè êîíöåíòðàöèÿìè â ïðîáå: ìåäü — (1-3)⋅10–3, α-àìèíîêèñëîòà —
(5-10)⋅10–3, ÖÒÌÀÁ — (1-3)⋅10–3 ìîëü/ë â êîíòðîëüíîé ïðîáå è ñ äîáàâêàìè
èíãèáèòîðà. Ïðîáó äîâîäÿò âîäîé äî 4 ìë, òåðìîñòàòèðóþò ïðè òåìïåðàòóðå
60±0,2 °Ñ, íàñûùàþò ìîëåêóëÿðíûì êèñëîðîäîì. Âîëþìîìåòðè÷åñêè ïðè íåïðåðûâíîì ïåðåìåøèâàíèè îïðåäåëÿþò îáúåì ïîãëîùåííîãî êèñëîðîäà âî
âðåìåíè.
Äëÿ îöåíêè ýôôåêòèâíîñòè àíòèîêñèäàíòà è åãî ìåõàíèçìà äåéñòâèÿ èñïîëüçóþò ìåòîä ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Ñ ýòîé öåëüþ â Microsoft
Excel ìåòîäîì íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ ïîäáèðàþò ëèíèè òðåíäà è íàèëó÷øèå
àïïðîêñèìèðóþùèå ôóíêöèè êèíåòè÷åñêèõ êðèâûõ (ÊÊ), ñ ïîñëåäóþùèì äèôôåðåíöèðîâàíèåì ïîñëåäíèõ.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àþò ãðàôèê â âèäå ëèíåéíûõ
ó÷àñòêîâ, ïî êîòîðûì âûáðàíû êðèòåðèè ýôôåêòèâíîñòè è ìåõàíèçìà äåéñòâèÿ
êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé è èíãèáèòîðîâ.
Ðåçóëüòàòû è èõ îáñóæäåíèå. Ïîñêîëüêó áîëüøèíñòâî ïðîìûøëåííûõ
èíèöèàòîðîâ íå àêòèâíû â âîäíî-ëèïèäíîé ñðåäå, òî äëÿ èíèöèèðîâàíèÿ ïðîöåññà áûëè èñïîëüçîâàíû êàòàëèçàòîðû. Ïîêàçàíî [8], [9], ÷òî êàòèîíû ìåäè
ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå àêòèâíûìè êàòàëèçàòîðàìè â ðÿäó äðóãèõ d-ýëåìåíòîâ:
Cu2+>Fe2+>Fe3+>Co2+>Ni2+.
Ñ ó÷åòîì ðåçóëüòàòîâ ýòèõ èññëåäîâàíèé â íàñòîÿùåé ðàáîòå èñïîëüçîâàíû
êàòèîíû ìåäè ñ êîíå÷íîé êîíöåíòðàöèåé â ñóáñòðàòå (1-2)·10-3 ìîëü/ë â êà÷åñòâå êàòàëèçàòîðà.
Èçâåñòíî [10], [11], ÷òî ìèêðîýëåìåíòû â êëåòêå è áèîëîãè÷åñêèõ æèäêîñòÿõ
÷àùå âñåãî ôóíêöèîíèðóþò â âèäå êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé (ÊÑ) ñ áåëêàìè, àìèíîêèñëîòàìè è äðóãèìè êîìïîíåíòàìè. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè âûáîðå
êèíåòè÷åñêîé ìîäåëè áèîìåìáðàí íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òîò ôàêò, ÷òî êàòèîíû
êàòàëèçàòîðà äîëæíû âõîäèòü â ñîñòàâ êîìïëåêñîâ.
Äëÿ èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà â ïðèñóòñòâèè àìèíîêèñëîò â êà÷åñòâå ëèãàíäîâ, âûáðàí ñëåäóþùèé ñîñòàâ ÊÑ: ñîäåðæàíèå êàòèîíîâ
200
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
ìåäè (II) è α-àìèíîêèñëîò â êîíöåíòðàöèÿõ (1-2)·10-3 è (5-10)·10-3 ìîëü/ë ñîîòâåòñòâåííî, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ýôôåêòèâíîñòü êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ.
Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî ñðàâíåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ãðàôè÷åñêè îïðåäåëåíû íà÷àëüíûå
è êîíå÷íûå ñêîðîñòè ÊÊ, êðèâûå ñ õîðîøåé äèñïåðñèåé îïèñûâàþòñÿ ïàðàáîëàìè (òàáë. 1).  ñîîòâåòñòâèè ñ òåîðèåé öåïíûõ ðàçâåòâëåííûõ ïðîöåññîâ,
ïàðàáîëà ñîîòâåòñòâóåò ìîíîìîëåêóëÿðíîìó ìåõàíèçìó ðàçâåòâëåíèÿ öåïåé è
áèìîëåêóëÿðíîìó ìåõàíèçìó îáðûâà öåïåé.
Òàáëèöà 1
Êîëè÷åñòâåííûå ïàðàìåòðû êèíåòèêè îêèñëåíèÿ ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-àìèíîêèñëîò
Àìèíîêèñëîòû
êîíòðîëü
àëàíèí
âàëèí
ëèçèí
òðåîíèí
ñåðèí
ãèñòèäèí
ëåéöèí
ôåíèëàëàíèí
Wíà÷·106,
ìîëü·ë–1·ñ–1
3,4±0,1
5,0±0,3
3,8±0,2
3,1±0,5
3,0±0,3
3,0±0,3
2,1±0,3
2,0±0,4
1,4±0,2
Wêîí·106,
ìîëü·ë–1·ñ–1
6,2±0,1
9,5±0,1
9,3±0,3
6,7±0,4
6,1±0,2
5,1±0,3
5,1±0,5
4,9±0,4
4,0±0,4
à·109
ìîëü·ë–1·ñ–2
11,0±0,2
15,0±0,3
16,0±0,5
11,0±0,4
10,0±0,3
8,0±0,3
4,0±0,2
3,1±0,5
3,0±0,3
Óðàâíåíèå ïàðàáîëû
f(x)
3·10-5·x2+2·10-2·x
4·10-5·x2+4·10-2·x
1·10-4·x2+2·10-2·x
7·10-5·x2+2·10-2·x
3·10-5·x2+2·10-2·x
2·10-5·x2+2·10-2·x
1·10-5·x2+2·10-2·x
4·10-5·x2+0,6·10-2·x
2·10-5·x2+0,7·10-2·x
Èçìåíåíèå êèíåòèêè îêèñëåíèÿ ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà â çàâèñèìîñòè îò ïðèðîäû àìèíîêèñëîòû ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî íåñêîëüêèìè ôàêòîðàìè:
1) ýëåêòðîííûå ýôôåêòû â ìîëåêóëàõ ëèãàíäîâ, ðàçëè÷íûì îáðàçîì âëèÿþùèå íà êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü êàòèîíà ìåäè;
2) ðàçëè÷èÿ â ñòðóêòóðå îáðàçóþùèõñÿ êîìïëåêñîâ;
3) ðàçëè÷èÿ â ñòðîåíèè îáðàçóþùèõñÿ ýìóëüñèé.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò ïðåäïîëàãàòü, ÷òî êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ïðîÿâëÿþò õåëàòèðîâàííûå êàòèîíû ìåäè. Ýòîò âûâîä ïîäòâåðæäàåòñÿ
èçìåíåíèåì àêòèâíîñòè â ðÿäó àìèíîêèñëîò, êîòîðûé ñîîòâåòñòâóåò îñëàáëåíèþ
äîíîðíîé àêòèâíîñòè áîêîâîé öåïè. Èñêëþ÷åíèå ñîñòàâëÿåò ëåéöèí, èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè ðÍ 5,5. Ïîñêîëüêó â ùåëî÷íîé ñðåäå ëåéöèí âûïàäàë
â îñàäîê â âèäå ãèäðîêñîêîìïëåêñîâ. Âåðîÿòíî, ïðîòîíèðîâàíèå ëèãàíäà â êèñëîé ñðåäå ñíèæàåò êàòàëèòè÷åñêóþ àêòèâíîñòü õëîðèäà ìåäè (II). Êðîìå òîãî,
ïðîòîíèðîâàíèå âëèÿåò íà ñòåïåíü îáðàçîâàíèÿ êîìïëåêñà, ñíèæàÿ êîëè÷åñòâî
îáðàçîâàâøèõñÿ êîìïëåêñíûõ ÷àñòèö, ÷òî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ñíèæåíèþ êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè ìåäè.
Ñëåäóþùèìè ôàêòîðàìè, îáúÿñíÿþùèìè ñíèæåíèå êàòàëèòè÷åñêîé ñïîñîáíîñòè õåëàòèðîâàííîé ìåäè (II), ìîãóò áûòü ðàçëè÷èÿ â ñòðóêòóðå îáðàçîâàâøèõñÿ êîìïëåêñîâ.
Èçâåñòíî [12], [13], ÷òî àìèíîêèñëîòû, ñîäåðæàùèå äîïîëíèòåëüíûå äîíîðíûå
ãðóïïû â áîêîâîé öåïè, ñïîñîáíû îáðàçîâûâàòü ñâÿçè ñ èîíîì ìåòàëëà íå òîëüêî
ïîñðåäñòâîì êàðáîêñè- è àìèíîãðóïïû. Âåðîÿòíî, ñíèæåíèå êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè êîîðäèíèðîâàííîé òàêèì îáðàçîì ìåäè ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî äîïîëíèòåëüíûì ýêðàíèðîâàíèåì êàòàëèòè÷åñêîãî öåíòðà.
Êðîìå òîãî, ñ óñëîæíåíèåì ñòðóêòóðû êîîðäèíàöèîííîãî ñîåäèíåíèÿ çàòðóäíÿåòñÿ ïðîíèêíîâåíèå êàòàëèçàòîðà âíóòðü ìèöåëë. Ïîýòîìó åùå îäíèì ôàêòî-
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
201
ðîì, îáúÿñíÿþùèì ñíèæåíèå êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé, ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå êîíòàêòà ñóáñòðàòà îêèñëåíèÿ ñ êàòàëèçàòîðîì.
Èñõîäÿ èç ëèòåðàòóðíûõ [7], [8], [9], [14], [15], [16] è ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ìåõàíèçì âëèÿíèÿ êîìïëåêñîâ
íà ïðîöåññ îêèñëåíèÿ ïðîèñõîäèò ïî ñëåäóþùåé ñõåìå.
Èíèöèèðîâàíèå ïðîöåññà ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò ó÷àñòèÿ ÊÑ ìåäè â ðåàêöèÿõ
çàðîæäåíèÿ öåïåé (1), (2):
(1)
RH + Cu 2+ L2 → R • + Cu1+ L2 + H +
RH + Cu1+ L2 + O2 → Cu 2+ L2 + OH - + RO •
(2)
Ïðîäîëæåíèå öåïåé ïðîòåêàåò ïî ñëåäóþùèì äîïîëíèòåëüíûì ðåàêöèÿì
(3), (4):
(3)
R • + O2 → RO2•
RO2• + RH → ROOH + R •
(4)
Äàëåå, âîçìîæíî, ó÷àñòèå êàòàëèçàòîðà â ñòàäèè ðàñïàäà ãèäðîïåðîêñèäîâ,
íå îáåñïå÷èâàþùåé ðàçâåòâëåíèÿ öåïåé (5), (6):
ROOH + Cu 2+ L4 → RO2• + Cu1+ L4 + H +
1+
2+
ROOH + Cu L4 → RO + Cu L4 + OH
•
(5)
-
(6)
 ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåäïîëàãàåìîé ñõåìîé âñå ïðèâåäåííûå ðåàêöèè èäóò êîíêóðåíòíî, ÷òî ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòüñÿ ðàâíîâåñèþ êîìïëåêñîâ Cu1+ è Cu2+ [16].
Òàêèì îáðàçîì ïî ðåçóëüòàòàì ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé â êà÷åñòâå êàòàëèçàòîðà îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà ïðåäëîæåíî ÊÑ ìåäè (II) ñ α-àëàíèíîì,
ïðèãîòîâëåííîì â áîðàòíîì áóôåðíîì ðàñòâîðå ñ ðÍ 9. Êîíå÷íàÿ êîíöåíòðàöèÿ
â ðàñòâîðå Cu2+ — (2-3)·10-3, àìèíîêèñëîòû — (4-5)·10-3 ìîëü/ë.
Ïîñêîëüêó äàííûé ñóáñòðàò ìîäåëèðóåò ñâîáîäíîðàäèêàëüíîå îêèñëåíèå
ëèïèäîâ áèîìåìáðàí, èçó÷åíèå âëèÿíèÿ α-òîêîôåðîëà (α-ÒÔ) â óñëîâèÿõ âûáðàííîé ìîäåëè ïðåäñòàâëÿåò áîëüøîé èíòåðåñ. Èññëåäîâàí øèðîêèé èíòåðâàë
åãî êîíöåíòðàöèè â ñîîòíîøåíèè ñ èçáûòêîì êàòàëèçàòîðà: 3,3:1; 10:1; 40:1; 50:1;
3000:1; 14300:1. Òèïè÷íûå ÊÊ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 1.
Ïîêàçàíî, ÷òî â çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ êîíöåíòðàöèé α-ÒÔ è êàòèîíîâ
ìåäè â ñîñòàâå êîîðäèíàöèîííîãî ñîåäèíåíèÿ ìåíÿåòñÿ õàðàêòåð ÊÊ. Êà÷åñòâåííî ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå òèïà ÊÊ.
Ðèñ. 1à. Êèíåòè÷åñêèå êðèâûå îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-òîêîôåðîëà: 1 — êîíòðîëü; 2 — 2·10-4; 3 — 6·10-4 ìîëü/ë
202
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
Ïðè ñîîòíîøåíèÿõ êàòàëèçàòîð:èíãèáèòîð (Cu2+:InH) 3,3:1; 10:1 (ðèñ 1à) íàáëþäàåòñÿ ïåðèîä ïîëíîãî òîðìîæåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíîé êîíöåíòðàöèè α-ÒÔ,
ìåäëåííûé âûõîä èç ïåðèîäà èíäóêöèè è äîñòèæåíèå ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè ïðîöåññà. Ïî âåëè÷èíàì äèñïåðñèè êðèâûå àïïðîêñèìèðîâàíû òðåìÿ ôóíêöèÿìè:
íà÷àëüíûé ó÷àñòîê — ïðÿìîé, ñëåäóþùèé — ïàðàáîëîé è òðåòèé ó÷àñòîê —
ïðÿìîé. Ïåðâàÿ ïðîèçâîäíàÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ïåðèîä èíäóêöèè — ïî ïåðâîé
òî÷êå ïåðåãèáà; èçìåíåíèå íà÷àëüíîé ñêîðîñòè — ïî âòîðîìó ó÷àñòêó; óñêîðåíèå — ïî íàêëîíó; êîíå÷íóþ ñêîðîñòü è ïåðèîä îêîí÷àíèÿ óñêîðåíèÿ — ïî
òðåòüåìó ó÷àñòêó è âòîðîìó ïåðåãèáó. Ðàñ÷åòû êèíåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïðèâåäåíû â òàáë. 2.
Òàáëèöà 2
Êîëè÷åñòâåííûå ïàðàìåòðû êèíåòèêè îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-òîêîôåðîëà (α-ÒÔ)
Ñ[α-òô]·104,
InH:Cu2+
ìîëü/ë
–
êîíòðîëü
0,001
1:14000
0,5
1:40
1
1:20
2
1:10
6
1:3,3
Wíà÷·106,
ìîëü·ë–1·ñ–1
2,4±0,6
1,0±0,5
2,3±0,8
2,4±0,5
0,8±0,1
0,5±0,2
Wêîí·106,
ìîëü·ë–1·ñ–1
5,0±0,5
7,8±0,6
5,1±0,3
4,9±0,5
5,3±0,5
5,5±0,8
à·108
ìîëü·ë–1·ñ–2
0,8±0,3
1,1±0,4
1,5±0,5
0,8±0,3
0,7±0,3
1,1±0,3
τ1, ìèí.
τ2, ìèí.
–
–
–
20±6
50±5
80±5
–
–
220±10
240±12
Ïîêàçàíî, ÷òî ñ óìåíüøåíèåì êîíöåíòðàöèè èíãèáèòîðà ïåðèîä ïîëíîãî
òîðìîæåíèÿ τ1, ïåðèîä îêîí÷àíèÿ óñêîðåíèÿ τ2 è êîíå÷íàÿ ñêîðîñòü ñíèæàþòñÿ;
íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü âîçðàñòàåò. Ïðè äàëüíåéøåì óìåíüøåíèè êîíöåíòðàöèè α-ÒÔ
ïåðèîä ïîëíîãî òîðìîæåíèÿ èñ÷åçàåò (ðèñ. 1b). ÊÊ àïïðîêñèìèðóþò ïàðàáîëîé,
ïðè ýòîì êîíå÷íûå ñêîðîñòè ïðîöåññà ñîñòàâëÿþò (5,0±0,8)·10-6 ìîëü·ë–1·ñ–1, à óñêîðåíèå ñíèæàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì êîíöåíòðàöèè èíãèáèòîðà è óìåíüøåíèåì èçáûòêà êàòàëèçàòîðà ñîîòâåòñòâåííî (òàáë. 2).
Ðèñ. 1b. Êèíåòè÷åñêèå êðèâûå îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-òîêîôåðîëà: 1 — êîíòðîëü; 2 — 5·10-5; 3 — 1·10-4 ìîëü/ë
Ïðè óâåëè÷åíèè èçáûòêà êàòàëèçàòîðà â 50 ðàç è âûøå õàðàêòåð ÊÊ óñëîæíÿåòñÿ (ðèñ. 1ñ) è èõ óäàåòñÿ àïïðîêñèìèðîâàòü òîëüêî ïîëèíîìàìè ïÿòîé ñòåïåíè.
203
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
Ðèñ. 1ñ. Êèíåòè÷åñêèå êðèâûå îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-òîôåðîëà: 1 — êîíòðîëü; 2 — 4·10-5, 3 — 7·10-7 ìîëü/ë
Äèôôåðåíöèðîâàíèå ïîëèíîìîâ ïîçâîëÿåò ïðîàíàëèçèðîâàòü õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè. Íà ðèñ. 2à è 2b ïðåäñòàâëåíû òèïè÷íûå ðåçóëüòàòû.
Ðèñ. 2à. ÊÊ îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè 4·10-5 ìîëü/ë α-òîêîôåðîëà
è àïïðîêñèìàöèÿ çàâèñèìîñòè ïîëèíîìîì
ïÿòîé ñòåïåíè ñ äèñïåðñèåé 0,99
Ðèñ. 2b. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè
îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè 4·10-5 ìîëü/ë
α-òîêîôåðîëà îò âðåìåíè
Áàçèðóÿñü íà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è òåîðåòè÷åñêèõ ðåçóëüòàòàõ èññëåäîâàíèé
êèíåòèêè ãîìîãåííîãî îêèñëåíèÿ [3], [7], [15], ïðåäñòàâëåííûå ðåçóëüòàòû ïîêàçàëè, ÷òî ïðè íåáîëüøîì èçáûòêå êàòàëèçàòîðà (ïåðâûé òèï ÊÊ), âåðîÿòíî,
α-ÒÔ ýôôåêòèâíî îáðûâàåò öåïè ïî ðåàêöèè (7), à ðàäèêàëû èíãèáèòîðà ó÷àñòâóþò â ïðîäîëæåíèè öåïåé ïî ðåàêöèè (8). Ñîâîêóïíîñòü ýòèõ ôàêòîðîâ ïðèâîäèò ê íàëè÷èþ ïåðèîäà èíäóêöèè, óäëèíåíèþ ïåðèîäà óñêîðåíèÿ è âûõîäó
íà êîíå÷íóþ ñêîðîñòü, ïðåâûøàþùóþ êîíòðîëüíóþ.
RO2• + InH → ROOH + In•
(7)
In + RH → R + InH
(8)
•
•
Óâåëè÷åíèå èçáûòêà êàòàëèçàòîðà (âòîðîé òèï ÊÊ) ïðèâîäèò ê ïðåîáëàäàíèþ
ðåàêöèé çàðîæäåíèÿ íàä îáðûâîì öåïåé, â òîì ÷èñëå áëàãîäàðÿ ó÷àñòèþ
α-òîêîôåðîëà â ðåàêöèè (9):
InH + Cu 2+ L2 → In• + Cu1+ L2 + H +
(9)
204
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
Ýòî ïðèâîäèò ê èñ÷åçíîâåíèþ ïåðèîäà èíäóêöèè, ïàðàáîëè÷åñêîìó õàðàêòåðó îïèñàíèÿ ïðîöåññà è ïðåâûøåíèþ êîíòðîëüíîé ñêîðîñòè ïðîöåññà.
Ïðè áîëüøîì èçáûòêå êàòàëèçàòîðà (òðåòèé òèï ÊÊ) ïðîöåññ íà÷èíàåòñÿ ñ
âûñîêîé ñêîðîñòüþ, äîñòèãàåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü, à äàëåå ñëåäóåò çàìåäëåíèå ïðîöåññà, óñèëèâàþùååñÿ âî âðåìåíè.
Î÷åâèäíî, ÷òî â ýòèõ óñëîâèÿõ, ïðåîáëàäàþò ïðîöåññû îêèñëåíèÿ α-ÒÔ ïî
ðåàêöèè (10), îáðàçîâàíèå òîêîôåðèëðàäèêàëà ïî ðåàêöèè (11) è òîêîôåðèëõèíîíà ïî ðåàêöèè (12):
InH + ROOH → RO • + In• + H 2O
(10)
Òîêîôåðèëõèíîí ìîæåò îáðûâàòü öåïè, à òàêæå ó÷àñòâîâàòü â îêèñëèòåëüíîâîññòàíîâèòåëüíûõ ïðåâðàùåíèÿõ ïî ðåàêöèÿì (11), (12).
Ïðåîáëàäàíèå ýòèõ ðåàêöèé, ó÷àñòèå òîêîôåðèëõèíîíà â ðåàêöèÿõ îáðûâà
öåïåé ïðèâîäèò ê ñëîæíîìó, ïîëèíîìèíàëüíîìó õàðàêòåðó ÊÊ è îòñóòñòâèþ
òîðìîæåíèÿ íà÷àëüíûõ ñòàäèé ïðîöåññà.
Ïðåäñòàâëåííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò òàêæå óòâåðæäàòü, ÷òî ïðîãíîñòè÷åñêèå âîçìîæíîñòè òîðìîæåíèÿ öåïíûõ ïðîöåññîâ ïî âåëè÷èíå k7 â óñëîâèÿõ,
ìîäåëèðóþùèõ áèîìåìáðàíû ñóùåñòâåííî íèæå, ÷åì ïðè ãîìîãåííîì îêèñëåíèè.
 ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ïåðîêñèäíîãî îêèñëåíèÿ ëèïèäîâ áèîìåìáðàí k7 ìîæåò
îêàçàòüñÿ áåñïîëåçíîé.
 öåëîì, ñíèæåíèå àíòèîêñèäàíòíîé àêòèâíîñòè α-ÒÔ, âåðîÿòíî, îáóñëîâëåíî ïðåæäå âñåãî åãî ó÷àñòèåì â ðåàêöèÿõ ïðîäîëæåíèÿ öåïåé (8).
Íà ðèñ. 1d (êðèâàÿ 2) ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû îêèñëåíèÿ ñóáñòðàòà ïðè î÷åíü
áîëüøîì èçáûòêå êàòàëèçàòîðà, â ñðàâíåíèè ñ êîíòðîëüíîé ïðîáîé (êðèâàÿ 1).
Ðèñ. 1d. Êèíåòè÷åñêèå êðèâûå îêèñëåíèÿ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà
â ïðèñóòñòâèè α-òîêîôåðîëà: 1 — êîíòðîëü; 2 — 1,5·10-7 ìîëü/ë
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
205
Îáå êðèâûå èìåþò ïàðàáîëè÷åñêèé õàðàêòåð, íî â ïðèñóòñòâèè ìèêðîäîáàâîê
α-òîêîôåðîëà óâåëè÷èâàåòñÿ óñêîðåíèå è êîíå÷íàÿ ñêîðîñòü ïðîöåññà (òàáë. 2).
Ýòè ðåçóëüòàòû ìîäåëèðóþò èçâåñòíûé äâîéñòâåííûé ìåõàíèçì âîçäåéñòâèÿ
êîìïîíåíòîâ êëåòêè â çàâèñèìîñòè îò êîíöåíòðàöèè. Âîçìîæíàÿ ïðè÷èíà íàáëþäàåìîãî ýôôåêòà ñâÿçàíà ñ ó÷àñòèåì ìèêðîäîáàâîê α-ÒÔ â êâàäðàòè÷íîì
ðàñïàäå ãèäðîïåðîêñèäîâ (10), ÷òî âûçûâàåò ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè
ðàçâåòâëåíèÿ öåïåé è ñóììàðíîé ñêîðîñòè ïðîöåññà.
Âûâîäû
1. Ïîêàçàíî èçìåíåíèå êèíåòèêè âîäíî-ýìóëüñèîííîãî îêèñëåíèÿ ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà â ïðèñóòñòâèè êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé (1-2)·10-3 ìåäè ñ
(5-10)·10-3 ìîëü/ë α-àìèíîêèñëîòàìè ïðè îïòèìàëüíîì ðÍ â çàâèñèìîñòè îò
ïðèðîäû ëèãàíäîâ.
2. Ïðåäëîæåí ñîñòàâ ìîäåëüíîãî ñóáñòðàòà äëÿ èçó÷åíèÿ îêèñëåíèÿ æèðíîêèñëîòíûõ êîìïîíåíòîâ áèîìåìáðàí, ñîäåðæàùèé ïðîáó ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà
è âîäû â ñîîòíîøåíèè 1:4 (ïî îáúåìó) ñ äîáàâêàìè (1–3)·10–3ìîëü/ë öåòèëòðèìåòèëàììîíèÿ áðîìèäà è êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé (1–3)·10–3 ìîëü/ë ìåäè
ñ (2–6)·10–3 ìîëü/ë α-àëàíèíîì â êà÷åñòâå êàòàëèçàòîðà.
3. Âûÿâëåíû îñîáåííîñòè ìåõàíèçìà ïðîöåññîâ êàòàëèòè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ
ëèïèäíîãî ñóáñòðàòà â ïðèñóòñòâèè α-òîêîôåðîëà, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì êîíöåíòðàöèé êàòàëèçàòîðà è èíãèáèòîðà.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Kilic, N., Ozden, M., Kalkan, A. Lipid peroxidation levels in patients with acute
brucellosis // Clinical and Experimental Medicine. 2005. V. 5 ¹ 3. P. 117-121.
2. Lankin, V.Z., Tikhaze, A.K., Kukharchuk, V.V. Antioxidants decreases the intensification
of low density lipoprotein in vivo peroxidation during therapy with statins // Molecular
and Cellular Biochemistry. 2003. V. 249. ¹ 2. P. 129-140.
3. Óøêàëîâà Â.Í., Èîàíèäèñ Í.Â., Êàäî÷íèêîâà Ã.Ä. è äð. Ñâîáîäíî-ðàäèêàëüíîå
îêèñëåíèå ëèïèäîâ â ýêñïåðèìåíòå è êëèíèêå // Ñá. íàó÷. òð. ×. 1. Òþìåíü: Èçä-âî
ÒþìÃÓ. 1997. 132 ñ.
4. Ãåííèñ Ð. Áèîìåìáðàíû: ìîëåêóëÿðíàÿ ñòðóêòóðà è ôóíêöèè / Ïåð. ñ àíãë. Ì.:
Ìèð. 1997. 624 ñ.
5. Êàìêèí À.Ã., Êèñåëåâà È.Ñ. Ôèçèîëîãèÿ è ìîëåêóëÿðíàÿ áèîëîãèÿ ìåìáðàí
êëåòîê. Ì.: Àêàäåìèÿ. 2008. 585 ñ.
6. Îáùèé ïðàêòèêóì ïî îðãàíè÷åñêîé õèìèè / Ïîä ðåä. À.Í. Êîñòà. Ì.: Ìèð. 1965.
678 ñ.
7. Óøêàëîâà Â.Í., Èîíèäèñ Í.Â., Êàäî÷íèêîâà Ã.Ä., Äååâà Ç.Ì. Êîíòðîëü ïåðåêèñíîãî îêèñëåíèÿ ëèïèäîâ. Íîâîñèáèðñê: Èçä-âî ÍÃÓ, 1993. 181 ñ.
8. Æóðàâëåâà Ë.À., Óøêàëîâà Â.Í. Èññëåäîâàíèå àíòèîêñèäàíòíûõ ñâîéñòâ êàïîòåíà êèíåòè÷åñêèì ìåòîäîì // Õèìèêî-ôàðìàöåâòè÷åñêèé æóðíàë. Ì.: Èçä-âî ÔÎËÈÓÌ,
2006. Ò. 40. ¹ 11. Ñ. 11–14.
9. Êðàéíèê Â.Â., Æóðàâëåâà Ë.À., Óøêàëîâà Â.Í. Ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ ëèïèäîâ áèîìåìáðàí // Âåñòíèê ÍÍÃÓ èì. Í.È. Ëîáà÷åâñêîãî. 2008. ¹ 5.
Ñ. 31-38.
10. Bradberry, S. Copper // Medicine. 2007. V. 35 ¹ 11. P. 608–616.
11. Óäðèñ Ã.À., Íåéëàíä ß.À. Áèîëîãè÷åñêàÿ ðîëü ìåäè. Ðèãà: Çèíàòíå. 1990. 189 ñ.
12. Áîëîòèí Ñ.Í., Áóêîâ Í.Í., Âîëûíêèí Â.À., Ïàíþøêèí Â.Ò. Êîîðäèíàöèîííàÿ
õèìèÿ ïðèðîäíûõ àìèíîêèñëîò. Ì.: Èçä-âî ËÊÈ. 2008. 240 ñ.
13. Ñòàöåíêî Î.Â. Íåêîòîðûå îñîáåííîñòè êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ îêñèàìèíîêèñëîò
ñ ìåäüþ (II) ïî äàííûì ñïåêòðîâ ÝÏÐ: Àâòîðåô. ... êàíä. õèì. íàóê. Êðàñíîäàð. ÊóáÃÓ.
2003. 22 ñ.
14. Decker, E.A., McClements, D.J. Transition metal and hydroperoxide Interactions //
Int. News Fats, Oils and Relat. Mater. 2001. V. 12. ¹ 3. P. 251-256.
206
Âåñòíèê Òþìåíñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà. 2010. ¹ 3
15. Ýìàíóýëü Í.Ì. Õèìè÷åñêàÿ è áèîëîãè÷åñêàÿ êèíåòèêà // Óñïåõè õèìèè. 1981.
Ò. 50. ¹ 10. Ñ. 1721–1809.
16. Êðàéíèê Â.Â., Óøêàëîâà Â.Í., Êàòàíàåâà Â.Ã. Ñïåêòðîñêîïè÷åñêîå èññëåäîâàíèå
ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ â ïðèñóòñòâèè êîìïëåêñîâ ìåäè / Âåñòíèê ÍÍÃÓ èì. Í.È. Ëîáà÷åâñêîãî. 2009. ¹ 6. Ñ. 101-105.
Вадим Викторович ЕРМАКОВ —
зав. лабораторией биогеохимии окружающей среды,
профессор, доктор биологических наук
Сергей Федорович ТЮТИКОВ —
старший научный сотрудник лаборатории
биогеохимии окружающей среды,
кандидат биологических наук
Сабзбахор Давлатовна ХУШВАХТОВА —
старший научный сотрудник лаборатории
биогеохимии окружающей среды,
кандидат химических наук
Валентина Николаевна ДАНИЛОВА —
младший научный сотрудник лаборатории
биогеохимии окружающей среды
Институт геохимии и аналитической химии
РАН им. В.И. Вернадского
ermakov@geokhi.ru
Виктор Александрович БОЕВ —
доцент кафедры геоэкологии
Тюменского государственного университета,
кандидат биологических наук
vikboev2009@mail.ru
Людмила Николаевна БАРАБАНЩИКОВА —
преподаватель кафедры химии
Елена Александровна ЧУДИНОВА —
преподаватель кафедры анатомии и физиологии
acadagro@tmn.ru
Тюменская государственная
сельскохозяйственная академия
УДК 543:546.711 + 546.23
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÊÎËÈ×ÅÑÒÂÅÍÍÎÃÎ ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈß ÑÅËÅÍÀ
 ÁÈÎÌÀÒÅÐÈÀËÀÕ
PECULIARITIES OF QUANTITITIVE DETERMINATION OF SELENIUM
IN BIOLOGICAL MATERIALS
ÀÍÍÎÒÀÖÈß. Ïðåäñòàâëåíû äàííûå ïî ñðàâíèòåëüíîìó îïðåäåëåíèþ ñåëåíà â
áèîìàòåðèàëàõ ïîñðåäñòâîì àòîìíî-àáñîðáöèîííîé ñïåêòðîìåòðèè (ÀÀÑ), ñïåêòðîôëóîðèìåòðèè è âûñîêî ýôôåêòèâíîé æèäêîñòíîé õðîìàòîãðàôèè (ÂÝÆÕ).