1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал физической химии
  4. T. 94, № 4, 2020

Журнал физической химии, 2020, T. 94, № 4, стр. 557-563

Молекулярные взаимодействия l-гистидина в водном буферном растворе в интервале температур 288–313 K

Е. Ю. Тюнина a, *, В. Г. Баделин a, А. А. Курицына b

a Российская академия наук, Институт химии растворов им. Г.А. Крестова
153045 Иваново, Россия

b Ивановский государственный химико-технологический университет
153000 Иваново, Россия

* E-mail: tey@isc-ras.ru

Поступила в редакцию 23.05.2019
После доработки 17.09.2019
Принята к публикации 20.09.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Методами денсиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии изучены особенности поведения L-гистидина (His) в водном буферном растворе (рН 7.4). Получены значения плотности и удельной теплоемкости растворов аминокислоты в интервале температур (288.15–313.15) K при концентрациях His от 0.00215 до 0.03648 моль кг–1. Определены кажущиеся и парциальные молярные параметры L-гистидина в буферном растворе, выявлены особенности их температурных и концентрационных зависимостей. Показано, что парциальные молярные свойства переноса аминокислоты из воды в буферный раствор имеют положительные значения как для объема, так и для теплоемкости в изученном интервале температур. Рассмотрены различные типы молекулярных взаимодействий между растворенным веществом и растворителем с использованием модели Гэрни.

Ключевые слова: плотность, теплоемкость, кажущийся молярный объем, кажущаяся молярная теплоемкость, L-гистидин, буферный раствор

Большинство биохимических процессов протекает в водных растворах, что стимулирует проведение исследований физико-химических свойств биологически активных веществ именно в жидких фазах [1–6]. Особую актуальность вызывает использование буферных систем, приближающих раствор к физиологическим средам [7, 8]. Аминокислотные остатки, входящие в состав белков плазмы крови, могут взаимодействовать друг с другом, окружающими молекулами воды или с другими компонентами раствора (электролитами, лекарственными средствами и т.д.) за счет невалентных взаимодействий (образование водородных связей, π–π-стэкинг, электростатические и Ван дер Ваальсовы взаимодействия). Исследование термодинамических свойств аминокислот в водных буферных растворах имеет существенное значение для понимания молекулярных основ конформационной стабильности и функциональной активности более сложных белковых образований в организме.

До сих пор актуальны исследования поведения аминокислот, молекулы которых содержат полярную боковую цепь [1, 6, 9–11]. К их числу относится гетероциклическая аминокислота L-гистидин, характеризующаяся наличием имидазольной функциональной группы, которая может служить как донором, так и акцептором образования водородных связей, и проявлять свойства как кислоты, так и основания в зависимости от диапазона pH. Гистидиновые остатки идентифицируются как активные сайты для ∼50% всех белковых ферментов [12, 13]. Данная аминокислота является предшественником в биосинтезе гистамина, способствует росту и восстановлению тканей. Гистидин – составная часть многих витаминных комплексов; он используется при лечении глазных заболеваний, ревматоидных артритов, аллергий, язв и анемии [14].

В литературе отсутствуют данные по плотности и теплоемкости системы L-гистидин – водный фосфатный буфер (рН 7.4). Задачей настоящего исследования является использование методов денсиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии для выявления особенностей межмолекулярных взаимодействий His в водном буферном растворе (рН 7.4) в широком интервале температур и концентраций.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали L-гистидин (Sigma-Aldrich, Japan, CAS 63-91-2). Содержание основного вещества составляло >99%. Аминокислоту сушили в вакуумном шкафу при 343 K в течение 48 ч непосредственно перед использованием. Исследования проводили в водных буферных растворах (рН 7.4), содержащих NaH2PO4 и Na2HPO4, 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). Концентрацию аминокислоты варьировали в пределах (0.00215–0.03648) моль⋅кг–1.

Измерения плотности исследуемых растворов выполнены на цифровом вибрационном денсиметре DMA-5000M (Anton Paar, Австрия) при температурах (288.15, 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 × 10–3 K. Стандартная погрешность измерения плотности исследуемых растворов не превышала 0.00001 г⋅см–3.

Для измерения удельной теплоемкости (Сp) системы His-буфер использовали дифференциальный сканирующий микрокалориметр SCAL-1 (“Биоприбор”, Пущино, Россия). Интегральная чувствительность детектора калориметра составляет 33.218 нВт/мВ, калибровочная мощность – 25 мкВт, скорость сканирования – 1 K/мин, постоянная времени – 20 с. Прибор, детальное описание которого приведено в [15], был протестирован по теплоемкости водных растворов хлорида натрия, рекомендованного в качестве стандарта для сканирующей калориметрии растворов [16]. Стандартная погрешность измерения удельной теплоемкости исследованных растворов находилась в пределах ±7 × 10–3 Дж K–1 г–1. Измерения удельной теплоемкости исследуемых растворов выполнены при температурах (288.15, 298.15, 303.15, 308.15 и 313.15) K.

Полученные экспериментальные данные по плотности (ρ) и удельной теплоемкости (Сp) исследуемых растворов приведены в табл. 1 и 2. Как видно из таблиц, значения ρ уменьшаются с температурой и возрастают с концентрацией аминокислоты, в то время как температурные и концентрационные изменения значений Сp проявляют возрастающие тенденции.

Таблица 1.  

Плотность (ρ) водных буферных растворов L-гистидина при разных концентрациях и температурах

m, моль кг–1 288.15 K 298.15 K 303.15 K 308.15 K 313.15 K
ρa, кг м–3
0 1029.289 1026.562 1024.859 1023.023 1021.012
0.0022 1029.406 1026.674 1024.969 1023.129 1021.115
0.0071 1029.658 1026.922 1025.209 1023.357 1021.329
0.0104 1029.810 1027.064 1025.339 1023.489 1021.462
0.0125 1029.890 1027.141 1025.424 1023.565 1021.539
0.0177 1030.096 1027.332 1025.604 1023.749 1021.726
0.0198 1030.153 1027.409 1025.676 1023.807 1021.794
0.0219 1030.231 1027.486 1025.739 1023.878 1021.854
0.0249 1030.331 1027.582 1025.830 1023.977 1021.934
0.0320 1030.570 1027.817 1026.054 1024.185 1022.140
0.0364 1030.705 1027.946 1026.192 1024.295 1022.254

a Погрешность экспериментальных значений ρ ± 3 × 10–3 кг м–3

Таблица 2.  

Удельная теплоемкость (Сp) водных буферных растворов L-гистидина при разных концентрациях и температурах

m, моль кг–1 288.15 K 298.15 K 303.15 K 308.15 K 313.15 K
$С_{p}^{{\text{a}}}$, Дж K–1 г–1
0 4.0160 4.0220 4.0260 4.0300 4.0350
0.0022 4.0147 4.0219 4.0257 4.0303 4.0357
0.0071 4.0198 4.0265 4.0307 4.0359 4.0424
0.0104 4.0294 4.0389 4.0424 4.0478 4.0528
0.0125 4.0371 4.0492 4.0528 4.0591 4.0639
0.0198 4.0683 4.0806 4.08675 4.0916 4.0958
0.0218 4.0773 4.0901 4.0949 4.0998 4.1046
0.0249 4.0899 4.1014 4.1086 4.1107 4.1164
0.0320 4.1214 4.1294 4.1322 4.1362 4.1386
0.0364 4.1322 4.1409 4.1441 4.1484 4.1513

а Погрешность экспериментальных значений Сp ± (0.002Сp) Дж K–1 г–1

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Гистидин является основной аминокислотой с гетероциклической полярной боковой цепью. В зависимости от рН среды His находится в различных ионных состояниях и может образовывать три разных протонированных комплекса [17, 18]. Для определения долевого распределения разных форм аминокислоты в зависимости от рН среды была использована компьютерная программа RRSU [19], в основу которой заложен модифицированный метод Бринкли. Как видно из полученной нами диаграммы (рис. 1), в условиях выбранной буферной среды (рН 7.4) His находится преимущественно в цвиттерионной форме ([HL]±), при этом вероятность наличия его катионной формы ([H2L]+) составляет менее 5%.

Рис. 1.

Долевое распределение ионных форм L-гистидина в зависимости от рН раствора.

Объемные свойства растворов

Кажущийся молярный объем His (φV) вычислен по уравнению на основе экспериментальных данных по плотности:

(1)
$^{\varphi }V = 1000({{\rho }_{0}}--\rho ){\text{/}}(\rho {{\rho }_{0}}m) + M{\text{/}}\rho ,$
где ρ0 и ρ – плотности растворителя и раствора (г⋅см–3), m – моляльная концентрация His (моль⋅кг–1), М – его молекулярная масса. Растворителем в бинарных водных растворах (His–буфер) является фосфатный буферный раствор. На рис. 2 представлены зависимости кажущихся молярных объемов аминокислоты от ее концентрации при разных температурах.

Рис. 2.

Концентрационные зависимости кажущихся молярных объемов L-гистидина (φV) в водном буферном растворе при температурах: 1 – 288.15 K, 2 – 298.15 K, 3 – 303.15 K, 4 – 308.15 K, 5 – 313.15 K.

Концентрационные зависимости φV = f(m) для His в воде описываются линейной функцией [1, 20, 21], а в буферном растворе хорошо аппроксимируются полиномом второй степени:

(2)
$^{\varphi }V = {}^{\varphi }V^\circ + {{B}_{1}}m + {{B}_{2}}{{m}^{2}},$
где φV° – предельное значение кажущегося молярного объема, равное парциальному молярному объему при бесконечном разбавлении, B1, B2 – постоянные коэффициенты. Получены положительные значения φV° (табл. 3). Для сравнения там же приведены данные для водного раствора L-гистидина [20]. Как видно из табл. 3, значения φV° для His в воде и буферном растворе увеличиваются с ростом температуры, что согласуется с данными для других аминокислот в водных растворах [1, 2, 15, 20–22].

Таблица 3.  

Предельные кажущиеся молярные объемы (φV°) L-гистидина (His) и значения его производной по температуре (∂φV°/∂T)p в водном буферном растворе и воде при разных температурах

T, K His–буфер His–вода
φV° × 106, м3 моль–1 (∂φV°/∂T)p × 106 [35], м3 моль–1 K–1 φV° × 106 [35], м3 моль–1 (∂φV°/∂T)p × 106*, м3 моль–1 K–1
288.15 97.36 ± 0.41 0.109 ± 0.096 – –
298.15 99.46 ± 0.39 0.268 ± 0.090 98.26 ± 0.10 0.266 ± 0.091
303.15 100.60 ± 0.32 0.349 ± 0.102 99.53 ± 0.12 0.271 ± 0.068
308.15 102.77 ± 0.24 0.427 ± 0.103 100.93 ± 0.14 0.275 ± 0.042
313.15 105.10 ± 0.23 0.508 ± 0.106 102.32 ± 0.14 0.280 ± 0.043

* (∂φV°/∂T)p вычислено по уравнению: (∂φV°/∂T)p = β + 2Tγ, где β,γ – константы из (4).

Значения парциального молярного объема His в воде меньше, чем в водном буферном растворе. Это свидетельствует о том, что в присутствии буфера усиливаются взаимодействия между растворенной аминокислотой и растворителем, в качестве которого выступает фосфатный буферный раствор. Изменения парциального молярного объема (Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$) при переносе His из воды в буферный раствор вычислены по соотношению:

(3)
${{\Delta }_{{{\text{tr}}}}}V_{\varphi }^{^\circ } = {}^{\varphi }V^\circ ({\text{His}}{\kern 1pt} --{\kern 1pt} {\text{буфер}})--{}^{\varphi }V^\circ ({\text{His}}{\kern 1pt} --{\kern 1pt} {\text{вода}}).$
Полученные положительные значения Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ проявляют тенденцию к увеличению с повышением температуры (от 1.2 до 2.79 см3⋅моль–1). Растворение His в воде сопровождается процессами ионизации его карбоксильной и аминогрупп, а также протонированием имидазольного кольца в боковой цепи молекулы и гидратацией его неполярных фрагментов. Добавление His в фосфатный буферный раствор, содержащий ионы Na+, H2PO$_{4}^{ - }$, HPO$_{4}^{{2 - }}$, приводит к усилению электростатических и гидрофобных взаимодействий. Ионы электролита электростатически взаимодействуют с NH$_{3}^{ + }$- и COO–-группами цвиттерионов аминокислоты. Кроме того, заряженное имидазольное кольцо, хотя и присутствующее в небольшом долевом количестве в буфере, может координировать указанные ионы. Также диполи молекул воды попадают под воздействие электростатических сил вблизи катионов, анионов и цвиттерионов. Положительные значения Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ отражают, прежде всего, взаимодействия электролита буфера с зарядными центрами аминокислоты, приводя к понижению их электрострикционных эффектов и гидрофобной гидратации. Эти взаимодействия в буферном растворе дополнительно усиливают слабо выраженную структурно-укрепляющую тенденцию His в воде. Подобное поведение наблюдается и для других аминокислот с полярными боковыми радикалами в водных растворах, содержащих хлориды и нитраты калия, ацетаты, пропионаты и бутираты натрия и др. [10, 11].

Величины Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ чувствительны к сольватационным эффектам, и в соответствии с моделью Гэрни о перекрывания гидратных сфер [23], увеличение объема (Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ > 0) происходит, если взаимодействия обусловлены электростатическими силами, водородными связями и др. Понижение объема (Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ < 0) имеет место в случае участия во взаимодействии неполярных групп (гидрофобные силы) [23–27]. Полученные положительные изменения объема Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$ свидетельствуют о том, что в системе His–буфер электростатические взаимодействия и образование водородных связей доминируют над ион-гидрофобными взаимодействиями (между ионами/цвиттерионами и неполярными группами аминокислоты) в условиях существующей конкуренции различных типов молекулярных взаимодействий в исследуемых растворах.

Температурная зависимость парциальных молярных объемов φV° L-гистидина в буфере описывается уравнением:

(4)
$^{\varphi }V^\circ = \alpha + \beta T + \gamma {{T}^{2}},$
где α, β и γ – константы, T – температура. Парциальные молярные объемы аминокислоты увеличиваются с температурой, и, кроме того, полученные кривые вогнуты вниз как для водных, так и буферных растворов. Такое поведение типично для водных растворов электролитов или гидрофильных неэлектролитов [28]. В табл. 3 приведены рассчитанные первые производные (∂φV°/∂T)p, положительные значения которых указывают на высвобождение электрострикционно сжатой воды из гидратных сфер аминокислоты в процессе растворения в буфере, что сопровождается увеличением объема системы. Показано, что величины (∂φV°/∂T)p увеличиваются с температурой в случае системы His–буфер, тогда как для водного раствора аминокислоты их значения меняются не столь значительно.

На основе использования уравнения Хеплера [28]:

(5)
${{(\partial C_{p}^{^\circ }{\text{/}}\partial P)}_{T}} = --T{{({{\partial }^{{2\varphi }}}V^\circ {\text{/}}\partial {{T}^{2}})}_{p}}$
можно судить о воздействии аминокислоты на структуру растворителя. Полученные положительные значения второй производной (∂2φV°/∂T2)p для His как в воде (0.00097 см6 моль–2 K–2), так и в буферном растворе (0.0160 см6 моль–2 K–2) свидетельствуют о структурно-образующей способности растворенного вещества.

Температурные зависимости кажущихся молярных объемов φV(T) His в буферном растворе приведены на рис. 3а. Наблюдается монотонная последовательность в расположении изоконцентрационных кривых φV(T) с ростом концентрации аминокислоты, что указывает на отсутствие процессов образования комплексов между His и компонентами буферного растворителя.

Рис. 3.

Температурные зависимости кажущихся молярных объемов φV (а) и теплоемкостей ϕCp (б) L-гистидина в водном буферном растворе при разных концентрациях: 1 – 0.0022 m, 2 – 0.0071 m, 3 – 0.0104 m, 4 – 0.0125 m , 5 – 0.0198 m, 6 – 0.0219 m, 7 – 0.0249 m, 8 – 0.0320 m, 9 – 0.0365 m.

Теплоемкостные свойства растворов

Для определения кажущейся молярной теплоемкости растворенного вещества (ϕCp) в буферном растворе было использовано уравнение:

(6)
$^{\phi }{{C}_{p}} = M{{С}_{p}} + 1000({{С}_{p}}--C_{p}^{^\circ }){\text{/}}m,$
где Сp и $C_{p}^{^\circ }$ – удельные теплоемкости, соответственно, раствора и растворителя (Дж K–1 г–1), m – моляльная концентрация растворенного вещества (моль⋅кг–1), M – молярная масса растворенного вещества His (г моль–1). Как известно [29, 30], теплоемкость растворов чувствительна к особенностям взаимодействия между компонентами растворов. В случае отсутствия изменений во взаимодействиях растворенное вещество – растворитель и растворенное вещество – растворенное вещество концентрационные зависимости теплоемкостных свойств раствора будут носить линейный характер. Полученные концентрационные зависимости кажущихся молярных теплоемкостей ϕCp His в буферном растворе, представленные на рис. 4, аппроксимируются полиномом третьей степени во всем изученном диапазоне параметров (m, Т):
(7)
$^{\phi }{{C}_{p}}(m) = {}^{\phi }C_{p}^{^\circ } + {{A}_{1}}m + {{A}_{2}}{{m}^{2}} + {{A}_{3}}{{m}^{3}}.$
Здесь $^{\phi }C_{p}^{^\circ }$ – предельное значение кажущейся молярной теплоемкости, равное парциальной молярной теплоемкости при бесконечном разбавлении, A1, A2 и A3 – постоянные коэффициенты. Значения $^{\phi }C_{p}^{^\circ }$ положительны и увеличиваются с ростом температуры от 288.15 до 313.15 K (табл. 4). Подобная тенденция наблюдается и в случае водных растворов L-гистидина (табл. 4), хотя отсутствие солей (NaH2PO4, Na2HPO4) в воде может понижать электростатическую составляющую межчастичных взаимодействий, что приводит к меньшим положительным значениям $^{\phi }C_{p}^{^\circ }$ в воде по сравнению с буферным раствором.

Рис. 4.

Концентрационные зависимости кажущихся молярных теплоемкостей L-гистидина (ϕCp) в водном буферном растворе при температурах: 1 – 288.15 K, 2 – 298.15 K, 3 – 303.15 К, 4 – 308.15 K, 5 – 313.15 K.

Таблица 4.  

Предельные кажущиеся молярные теплоемкости ($^{\phi }C_{p}^{^\circ }$) L-гистидина (His) и значения его производной по температуре (${{\partial }^{\varphi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p в водном буферном растворе и воде при разных температурах

T, K His–буфер His–вода
$^{\phi }C_{p}^{^\circ }$, Дж K–1 моль–1 (${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p, Дж K–2 моль–1 $^{\phi }C_{p}^{^\circ }$ [45 ] , Дж K–1 моль–1 (${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p, Дж K–2 моль–1
288.15 621.58 ± 0.50 0.2004 ± 0.036 212.20 ± 0.09 2.3301 ± 0.006
298.15 623.31 ± 0.61 0.1522 ± 0.045 232.90 ± 0.08 1.9324 ± 0.008
303.15 623.96 ± 0.53 0.1281 ± 0.046 – –
308.15 624.74 ± 0.60 0.1040 ± 0.046 – –
313.15 625.03 ± 0.50 0.0799 ± 0.051 258.10 ± 0.10 1.3360 ± 0.010
328.15 – – 273.21 ± 0.10 0.7396 ± 0.015

(${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p вычислено по уравнению: (${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p = b1 + 2Tb2, где b1, b2 – константы из (9).

Обычно возрастание значений кажущейся молярной теплоемкости растворенного вещества отражает увеличение степеней свободы и интенсивности молекулярных движений, что ведет к разрушению структуры растворителя, а их уменьшение свидетельствует об образовании более упорядоченных структур, если отсутствует воздействие других факторов, и прежде всего дегидратации молекул растворенных веществ [30–32]. По-видимому, в случае растворения His в водном буферном растворе можно говорить о преобладающем вкладе эффекта дегидратации молекул в общую теплоемкость раствора.

Парциальная молярная теплоемкость переноса His из воды в буферный раствор (Δtr$C_{p}^{^\circ }$) определена по соотношению:

(8)
${{\Delta }_{{{\text{tr}}}}}C_{p}^{^\circ } = {}^{\phi }C_{p}^{^\circ }({\text{His}}{\kern 1pt} --{\kern 1pt} {\text{буфер}})--{}^{\phi }C_{p}^{^\circ }({\text{His}}{\kern 1pt} --{\kern 1pt} {\text{вода}}).$
Полученные большие положительные значения Δtr$C_{p}^{^\circ }$ можно отнести, прежде всего, на счет изменения в сольватации ионных и гидрофильных групп аминокислоты и компонентов буфера. Такие величины Δtr$C_{p}^{^\circ }$ обычно указывают на то, что водные буферные растворы His более структурированы, чем растворы аминокислоты в чистой воде [26, 30, 33, 34]. Согласно подходу Гэрни [23, 35, 36], гидратация His приводит к потере некоторых степеней свободы, что дает отрицательный вклад в Δtr$C_{p}^{^\circ }$ [37]. Взаимодействие His с компонентами буфера через перекрывание гидратных сфер молекул сопровождается их дегидратацией, которая вносит положительный вклад в Δtr$C_{p}^{^\circ }$ [35, 38]. В величине Δtr$C_{p}^{^\circ }$ также находит отражение положительный вклад, обусловленный ион-гидрофильными взаимодействиями цвиттерионных центров (COO–/NH$_{3}^{ + }$) His с ионами буферного раствора через перекрывание их гидратных сфер, а также отрицательный вклад, связанный с ион-гидрофобными силами, действующими между ионами и аполярными фрагментами молекулы аминокислоты [24, 29, 38]. Таким образом, мы можем предположить, что вклады от ион-цвиттерионных/гидрофильных взаимодействий в Δtr$C_{p}^{^\circ }$ доминируют над другими типами взаимодействий в буферном растворе His.

Температурные зависимости предельной кажущейся молярной теплоемкости ($^{\phi }C_{p}^{^\circ }$) His в воде и буферном растворе описываются полиномами второй степени (коэффициент корреляции R = = 0.9987):

(9)
$^{\phi }C_{p}^{^\circ }(T) = a + {{b}_{1}}T + {{b}_{2}}{{T}^{2}},$
где Т – температура (K), a, b1 и b2 – константы. Значения полученных первых производных (${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p приведены в табл. 4. На рис. 3б представлены температурные зависимости кажущихся молярных теплоемкостей ϕCp(T) His в буферном растворе при разных концентрациях. Показано, что нарушения в порядке расположения изоконцентрат не наблюдаются, значения ϕCp возрастают как с ростом температуры, так и с увеличением концентрации аминокислоты в растворе.

Таким образом, методами денсиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии получены экспериментальные значения плотности и удельной теплоемкости буферных растворов, содержащих L-гистидин, в интервале концентраций от 0.00215 до 0.03648 моль⋅кг–1 и температур (288.15–313.15) K. Определены кажущиеся и парциальные молярные свойства (φVHis, ϕCp) L-гистидина, а также предельные кажущиеся молярные свойства его переноса из воды в буферный раствор. Наблюдаемые положительные значения свойств переноса (Δtr$V_{\varphi }^{^\circ }$, Δtr$C_{p}^{^\circ }$) His из воды в буфер при всех изученных температурах являются результатом, прежде всего, эффектов гидратации и взаимодействия между гидратированными молекулами и ионами, соответственно, L-гистидина и электролитов буферного раствора через электростатические силы и образование водородных связей.

Определены параметры (${{\partial }^{\phi }}C_{p}^{^\circ }$/∂T)p, (∂φV°/∂T)p и (∂2φV°/∂T2)p для His в буферном растворе и воде. Выявленная тенденция в изменении значений (∂φV°/∂T)p и (∂2φV°/∂T2)p при разных температурах показывает, что L-гистидин способствует укреплению структуры раствора. Показано, что по сравнению с водным раствором, структурно-образующие эффекты His усиливаются в водном буферном растворе.

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

Список литературы

  1. Yasuda Y., Tochio N., Sakurai M., Nitta K. // J. Chem. Eng. Data. 1998. V. 43. P. 205.

  2. Kumar D., Lomesh S.K., Nathan V. // J. Mol. Liq. 2017. V. 247. P. 75.

  3. Privalov P.L. // J. Solution Chem. 2015. V. 44. P. 1141.

  4. Akhtar Y., Ibrahim S.F. // Arabian J. Chem. 2011. V. 4. P. 487.

  5. Banipal T.S., Kaur N., Banipal P.K. // J. Chem. Thermodynamics. 2015. V. 82. P. 12.

  6. Nain A.K., Pal R., Sharma R.K. // J. Mol. Liq. 2012. V. 165. P. 154.

  7. Kumar H., Singla M., Jindal R. // J. Chem. Thermodynamic. 2014. V. 70. P. 190.

  8. Taha M., Lee M.-J. // J. Chem. Thermodynamic. 2009. V. 41. P. 705.

  9. Jardine J.J., Call T.G., Patterson B.A., Origlia-Luster M.L., Woolley E.M. // J. Chem. Thermodynamics. 2001. V. 33. P. 1419.

  10. Riyazuddeen, Altamash T. // Thermochimica Acta. 2010. V. 501. P. 72.

  11. Banipal T.S., Singh K., Banipal P.K. // J. Solution Chem. 2007. V. 36. P. 1635.

  12. Hansena A.L., Kaya L.E. // PNAS. 2014. P. E1705. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1400577111

  13. Oya-Ohta Y., Ochi T., Komoda Y., Yamamoto K. // Mutation Research. 1995. V. 326. P. 99.

  14. Чернова Р.К., Варыгина О.В., Березкина Н.С. // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2015. Т. 15. № 4. С. 15.

  15. Tyunina E.Yu., Badelin V.G., Mezhevoi I.N. // J. Solution Chem. 2017. V. 46. P. 249.

  16. Clarke E.C.W., Glew D.N. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1985. V. 14. P. 490.

  17. Miao Y., Cross T.A., Fu R. // J. Magnetic Resonance. 2014. V. 245. P. 105.

  18. Bretti C., Cigala R.M., Giuffrè O., Lando G., Sammartano S. // Fluid Phase Equilibr. 2018. V. 459. P. 51.

  19. Васильев В.П., Бородин В.А., Козловский Е.В. Применение ЭВМ в химико-аналитических расчетах. М.: Высшая школа, 1993. 112 с.

  20. Sawheney N., Kumar M., Sharma A.K., Sharma M. // J. Chem. Thermodynamics. 2017. V. 115. P. 156.

  21. Stefaniu A., Iulian O. // J. Solution Chem. 2013. V. 42. P. 2384.

  22. Badeline V.G., Tyunina E.Yu., Mezhevoi I.N., Tarasova G.N. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. P. 2229.

  23. Gurney R.W. Ionic processes in solution. New York: McGraw Hill, 1953.

  24. Franks F. Water: A comprehensive treatise, vol. 3. New York: Plenum Press, 1973.

  25. Kumar H., Kaur K. // J. Chem. Thermodynamics. 2012. V. 5. P. 86.

  26. Terekhova I.V., Kulikov O.V. // Mendeleev Comm. 2002. V. 3. P. 1.

  27. Lepori L., Gianni P. // J. Solution Chem. 2000. V. 29. P. 405.

  28. Hepler L.G. // Can. J. Chem. 1969. V. 47. P. 4613.

  29. Васильев В.П. Термодинамические свойства растворов электролитов. М.: Высшая школа. 1982.

  30. Латышева В.А. // Успехи химии. 1973. Т. XLII. С. 1757.

  31. Marriott R.A. Thermodynamic investigations of some aqueous solutions through calorimetry and densimetry: University of Lethbridge Theses, Faculty of Arts and Science, 1999. P. 1–237. University of Lethbridge Research Repository, OPUS, No. MQ49132 (https://hdl.handle.net/10133/91)

  32. Тюнина Е.Ю. // Журн. физ. химии. 2019. Т. 93. № 3. С. 373.

  33. Bhuiyan M.M.H., Hakin A.W., Liu J.L. // J. Solution Chem. 2010. V. 39. P. 877.

  34. Madan B., Sharp K.A. // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 2256.

  35. Banipal P.K., Banipal T.S., Ahluwalia J.C., Lark B.S. // J. Chem. Thermodynamics. 2002. V. 34. P. 1825.

  36. Jasra R.V., Ahluwalia J.C. // J. Solution Chem. 1982. V. 11. P. 325.

  37. Madan B., Sharp K.A. // Biophys. J. 2001. V. 81. P. 1881.

  38. Lark B.S., Patyar P., Banipal T.S., Kishore N. // J. Chem. Eng. Data. 2004. V. 49. P. 553.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал физической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал