Введение 3
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1.1. Общие сведения об ионных жидкостях 6
1.2. Области практического применения ИЖ 9
1.3. Токсичность и экологические эффекты ИЖ 12
1.4. Строение растительной клетки 14
1.5. Транспорт воды в растениях 17
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 20
2.1. Объекты исследования 20
2.2. Парамагнитный допинг 20
2.3. Характеристики аппаратуры для измерения коэффициентов самодиффузии
методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля 21
2.4. Характеристики аппаратуры для измерения времен ядерной спин-спиновой
релаксации 22
2.5. Метод ЯМР в изучении взаимодействия ионных жидкостей с биологическими
объектами 23
2.6. Изучение диффузии методом ЯМР с ИГМП 25
2.7. Расчет проницаемости мембран растительных клеток 30
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 36
3.1. Проведение ЯМР диффузионных измерений на корнях проростков кукурузы ....36
3.2. Релаксометрия на корнях проростков кукурузы 41
3.3. Релаксационные затухания воды в растительных клетках, в присутствии ионной
жидкости [P6,6,6,14]Cl и Gd-DTPA 43
3.4. Оценка жизнеспособности клеток методом ЯМР с использованием
парамагнитного допинга 47
3.5. Оценка проницаемости клеток 48
ВЫВОДЫ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 54
С начала 1990-х годов, ионные жидкости (ИЖ) [1] пробудили интерес исследователей из-за их уникальных свойств, которые делают их полезными в различных областях человеческой деятельности. До недавнего времени считалось, что ионные жидкости являются экологически благоприятной альтернативой летучим органическим растворителям и были известны как «зеленые растворители» [2]. Ионные жидкости, как правило, стабильны, практически не летучи, не горючи, хорошо растворяют многие неорганические, органические, металлоорганические соединения, газы, могут быть регенерированы и использованы повторно.
Следует отметить, что большое число исследователей обратили внимание на потенциальное воздействие ИЖ на водную и земную среду. В настоящее время неоднократно сообщалось о токсичности ИЖ для ферментов, бактерий, микроорганизмов [3], водорослей, высших растений, животных и рыб [4]. Клеточные мембраны играют важную роль в клеточной защите, а также в контроле и переносе питательных веществ, поэтому важным становится понимание механизма взаимодействия ИЖ с клеточными мембранами для объяснения и прогнозирования их поведения в биологических и фармацевтических системах. Следует учитывать, по- видимому, высокую способность ИЖ взаимодействовать с биомолекулами. И хотя конкретный механизм биологической активности ИЖ может варьироваться от одного организма к другому, вода имеет решающее значение для всех живых систем. Растворимость и взаимодействие с водой являются одним из факторов, определяющих экологическую /
биологическую активность ИЖ. В свою очередь клеточные мембраны играют важную роль в клеточной защите, а также в контроле и переносе питательных веществ. Они регулирует диффузию химических веществ в клетки, либо через белковые каналы, либо просто путем поглощения их. И одним из наиболее распространенных и информативных подходов, для
поиска вышеизложенных особенностей, является применение ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Этот метод дает возможность изучения водного переноса, не причиняя вреда исследуемым живым биологическим системам. В этой работе в качестве объектов исследования была выбрана ИЖ тригексилтетрадецилфосфония хлорид [P6j6j6j14]Q и паренхимные клетки корней кукурузы Zea Mays. Корни кукурузы широко используются для изучения самодиффузии воды в клетках с использованием ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля [6].
Цель работы - исследование влияния ионной жидкости [P6j6j6j14]Cl на трансмембранный перенос воды в клетках корней проростков кукурузы методом ЯМР 1Н при варьировании концентрации ионной жидкости.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Определение времен ядерной магнитной релаксации Т2 внутриклеточной воды клеток корней проростков кукурузы, инкубированных в растворах с ионной жидкостью разной концентрации;
2. Определение коэффициента диффузии воды в клетках корней проростков кукурузы методом ЯМР-диффузометрии при варьировании концентрации ионной жидкости;
3. Исследование влияния ионной жидкости на проницаемость клеточных мембран у корней проростков кукурузы на основе анализа данных ЯМР диффузометрии и ЯМР релаксометрии с использованием парамагнитного допинга.
В работе проанализировано влияние исследуемой ионной жидкости, различной концентрации, на экспериментальные образцы растительных клеток проростков кукурузы. Полученные концентрационные зависимости КСД позволили получить значения водной проницаемости мембран клеток. Результаты работы свидетельствуют о влиянии исследуемой ионной жидкости на целостность мембран и на регулировку водного транспорта клеток корней. Такое влияние может иметь негативные последствия на функционирование клеток растения.
По данным ЯМР релаксометрии наблюдалось увеличение времен
поперечной релаксации Т2 внутриклеточной воды клеток проростков
кукурузы с увеличением концентрации раствора ионной жидкости
[P6,6,6,14]Cl, что свидетельствует об уменьшении водной проницаемости
мембраны вакуоли растительной клетки
Исследование зависимости среднего коэффициента самодиффузии
молекул воды в корнях проростков кукурузы от концентрации
действующего раствора ионной жидкости [P6,6,6,14]Cl в интервале
10-6 - 10-3 моль не позволяет выявить влияние ионной жидкости на
проницаемость мембран
Совместный анализ данных ЯМР диффузометрии и ЯМР
релаксометрии с парамагнитным допингом показал, что при
концентрации ионной жидкости 10-3 моль у одной части клеток корня
кукурузы происходит нарушение целостности мембран, а у другой -
уменьшение диффузионной водной проницаемости мембраны ≈ в 2 раза
