Помощь студентам в учебе
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ ЛИПИДОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИОННОЙ ЖИДКОСТИ С ВОДНО-ЛИПИДНЫМИ СИСТЕМАМИ МЕТОДОМ 31Р ЯМР СПЕКТРОСКОПИИ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1 Ионные жидкости 6
1.2 Липидный бислой 8
1.3 Метод ЯМР 17
1.3.1 Основы ЯМР спектроскопии 17
1.3.2 31Р ЯМР в биологических исследованиях 23
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
2.1 Объекты исследования: липиды 31
2.1.1 Диолеоилфосфатидилхолин (ДОФХ) 31
2.1.2 Яичный фосфатидилхолин (ЯФХ) 32
2.1.3 Сфингомиелин (СМ) 34
2.1.4 Дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) 35
2.2 Способ приготовления образцов 38
2.3 Аппаратура и метод исследования 39
3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 41
3.1 Результаты измерений 41
3.2 Обсуждение результатов 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 50
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1 Ионные жидкости 6
1.2 Липидный бислой 8
1.3 Метод ЯМР 17
1.3.1 Основы ЯМР спектроскопии 17
1.3.2 31Р ЯМР в биологических исследованиях 23
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
2.1 Объекты исследования: липиды 31
2.1.1 Диолеоилфосфатидилхолин (ДОФХ) 31
2.1.2 Яичный фосфатидилхолин (ЯФХ) 32
2.1.3 Сфингомиелин (СМ) 34
2.1.4 Дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) 35
2.2 Способ приготовления образцов 38
2.3 Аппаратура и метод исследования 39
3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 41
3.1 Результаты измерений 41
3.2 Обсуждение результатов 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 50
В последнее время тема ионных жидкостей очень актуальна, и появляется множество статей и обзоров, в которых раскрываются различные особенности работы с ними [1]. Ионные жидкости (ИЖ) - это расплавы органических солей, которые в широком интервале температур, в некоторых случаях ниже комнатной, остаются в жидком состоянии [2].
Ионные жидкости являются новым и очень перспективным классом соединений. Благодаря тому, что есть способы управлять свойствами ионных жидкостей, они часто используются вместо традиционных органических растворителей и в различных областях производства. В качестве примера можно привести электрохимические сенсоры. В них ионные жидкости могут быть полезны в качестве электролитов, при разработке композиционных материалов или при модифицировании электродов самими ионными жидкостями или материалами на их основе. Необходимо отметить, что ионные жидкости становятся все более популярным компонентом в электрохимических объектах. Помимо электрохимических сенсоров, ионные жидкости используют в топливных элементах и батареях, при электроокислении и электровосстановлении органических и неорганических соединений, а также при очистке и полировании металлов. Последний вид применения может спровоцировать попадание ионной жидкости в кислород. Таким образом, одной из проблем активного применения ионных жидкостей в различных сферах производства могут стать незапланированные выбросы в окружающую среду.
Другой областью применения ионных жидкостей может стать медицина. Уже сегодня их используют в мицеллярном капиллярном электрофорезе (МКЭ), ведутся дискуссии по поводу использования ионных жидкостей в наркозно-дыхательных аппаратах [3]. А также после недавних исследований предположили, что некоторые производные ионных жидкостей проявляют противоопухолевые действия [4]. Подробных изучений влияния ионных жидкостей на биологические объекты мало, поэтому актуально исследовать взаимодействия ионных жидкостей с ними.
Первая публикация об ионных жидкостях вышла в 1888 г., в которой говорилось о получении нитрата этиламмония с температурой плавления 52550С [2]. В 1914 г. русским ученым П.Вальденом была получена первая ионная жидкость [EtNH3]+[NO3]- с температурой плавления 120С. А уже с 1940 по 1980 гг. тема стала настолько популярна, что начали синтезироваться все новые и новые ионные жидкости. На сегодняшний день их известно около пятисот.
С 1980-х гг. известны следующие ионные жидкости: пиридиниевые, имидазолиевые, полиалкиламмониевые. К новым ионным жидкостям относятся гуанидиниевые, пиперидиниевые, пирролиевые и т.д. Особое внимание уделяется качественному анализу ионных жидкостей в зависимости от природы их катионной и анионной части. Ионная проводимость новых ионных жидкостей может значительно отличаться от проводимости первых ионных жидкостей. Например, японскими учеными [5] предложена цвиттер-ионная жидкость (Рисунок 1) как ионная жидкость с низкой ионной проводимостью. (Цвитер-ион - это молекула, которая имеет в своей структуре части, несущие и отрицательный, и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах, но в целом эта молекула является электронейтральной.)
В настоящее время ведутся разработки новых ионных жидкостей, которые способны сохранять свои свойства в диапазоне температур от -650С до 650С. Особое внимание уделяется безопасности этих веществ и возможности использования их при синтезе полимерных материалов с высокой ионной проводимостью [2].
Целью данной работы является изучение с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах фосфора 31Р взаимодействия ионной жидкости нитрата этиламмония (EAH) с липидными мембранами, приготовленными из липидов различной степени насыщенности диолеоилфосфатидилхолин (ДОФХ), сфингомиелин (СМ), яичный фосфатидилхолин (ЯФХ) и дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ).
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
• освоение техники проведения ЯМР экспериментов,
• исследование имеющейся литературы по теме работы,
• подготовка образцов для измерений на спектрометре ЯМР,
• проведение измерений 31Р ЯМР с применением последовательности спад
свободной индукции (ССИ),
• обработка полученных результатов,
• анализ результатов работы и составление выводов.
Работа выполнена на оборудовании Казанского Федерального университета (спектрометр ЯМР Bruker Avance III 400).
Ионные жидкости являются новым и очень перспективным классом соединений. Благодаря тому, что есть способы управлять свойствами ионных жидкостей, они часто используются вместо традиционных органических растворителей и в различных областях производства. В качестве примера можно привести электрохимические сенсоры. В них ионные жидкости могут быть полезны в качестве электролитов, при разработке композиционных материалов или при модифицировании электродов самими ионными жидкостями или материалами на их основе. Необходимо отметить, что ионные жидкости становятся все более популярным компонентом в электрохимических объектах. Помимо электрохимических сенсоров, ионные жидкости используют в топливных элементах и батареях, при электроокислении и электровосстановлении органических и неорганических соединений, а также при очистке и полировании металлов. Последний вид применения может спровоцировать попадание ионной жидкости в кислород. Таким образом, одной из проблем активного применения ионных жидкостей в различных сферах производства могут стать незапланированные выбросы в окружающую среду.
Другой областью применения ионных жидкостей может стать медицина. Уже сегодня их используют в мицеллярном капиллярном электрофорезе (МКЭ), ведутся дискуссии по поводу использования ионных жидкостей в наркозно-дыхательных аппаратах [3]. А также после недавних исследований предположили, что некоторые производные ионных жидкостей проявляют противоопухолевые действия [4]. Подробных изучений влияния ионных жидкостей на биологические объекты мало, поэтому актуально исследовать взаимодействия ионных жидкостей с ними.
Первая публикация об ионных жидкостях вышла в 1888 г., в которой говорилось о получении нитрата этиламмония с температурой плавления 52550С [2]. В 1914 г. русским ученым П.Вальденом была получена первая ионная жидкость [EtNH3]+[NO3]- с температурой плавления 120С. А уже с 1940 по 1980 гг. тема стала настолько популярна, что начали синтезироваться все новые и новые ионные жидкости. На сегодняшний день их известно около пятисот.
С 1980-х гг. известны следующие ионные жидкости: пиридиниевые, имидазолиевые, полиалкиламмониевые. К новым ионным жидкостям относятся гуанидиниевые, пиперидиниевые, пирролиевые и т.д. Особое внимание уделяется качественному анализу ионных жидкостей в зависимости от природы их катионной и анионной части. Ионная проводимость новых ионных жидкостей может значительно отличаться от проводимости первых ионных жидкостей. Например, японскими учеными [5] предложена цвиттер-ионная жидкость (Рисунок 1) как ионная жидкость с низкой ионной проводимостью. (Цвитер-ион - это молекула, которая имеет в своей структуре части, несущие и отрицательный, и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах, но в целом эта молекула является электронейтральной.)
В настоящее время ведутся разработки новых ионных жидкостей, которые способны сохранять свои свойства в диапазоне температур от -650С до 650С. Особое внимание уделяется безопасности этих веществ и возможности использования их при синтезе полимерных материалов с высокой ионной проводимостью [2].
Целью данной работы является изучение с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах фосфора 31Р взаимодействия ионной жидкости нитрата этиламмония (EAH) с липидными мембранами, приготовленными из липидов различной степени насыщенности диолеоилфосфатидилхолин (ДОФХ), сфингомиелин (СМ), яичный фосфатидилхолин (ЯФХ) и дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ).
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
• освоение техники проведения ЯМР экспериментов,
• исследование имеющейся литературы по теме работы,
• подготовка образцов для измерений на спектрометре ЯМР,
• проведение измерений 31Р ЯМР с применением последовательности спад
свободной индукции (ССИ),
• обработка полученных результатов,
• анализ результатов работы и составление выводов.
Работа выполнена на оборудовании Казанского Федерального университета (спектрометр ЯМР Bruker Avance III 400).
С помощью метода ЯМР на ядрах фосфора 31Р проведены исследования взаимодействия ионной жидкости нитрат этиламмония (ЕАН) с модельными липидными мембранами, приготовленными из липидов различной степени насыщенности ДОФХ, СМ, ЯФХ и ДПФХ.
В результате исследования сформулированы следующие выводы:
1. После добавления ионной жидкости 10моль% ЕАН исследуемая система, так же, как и до добавления ионной жидкости, представляет собой мультиламеллярные везикулы.
2. Установлено, что добавление ионной жидкости 10моль% ЕАН повлияло на величину химического сдвига 31Р ЯМР спектров двух типов липидов: ЯФХ и ДПФХ, но не привело к изменению величины химического свдига для липидов СМ и ДОФХ. Это могло произойти в результате изменения формы везикул липидов ЯФХ и ДПФХ.
3. Выявлено, что после добавления ионной жидкости 10моль% ЕАН амплитуда характерного плеча 31Р ЯМР спектра меняется для липидов ЯФХ, ДПФХ и СМ. Причем эффект влияния ЕАН на изменение амплитуды характерного плеча липида СМ выражен больше, чем для липидов ЯФХ и ДПФХ. Подобные изменения в 31Р ЯМР спектрах, возможно, связаны с увеличением и уменьшением подвижности фосфатной группы липидов после добавления ЕАН.
4. Обнаружено, что эффект 10моль% ЕАН зависит от насыщенности ацильных цепей: в ряду ДОФХ-ЯФХ-ДПФХ-СМ насыщенность возрастает, при этом увеличивается и величина эффекта 10моль% ЕАН 31Р ЯМР на спектры. Можно предположить, что результат взаимодействия ЕАН с бислоем зависит от их исходной упорядоченности, которая также увеличивается в ряду ДОФХ-ЯФХ-
ДПФХ-СМ. Такое предположение согласуется с большим по величине эффектом, оказываемым ионной жидкостью на бислои СМ, которые, благодаря специфической структуре молекул СМ, более упорядочены, чем бислои ДПФХ.
Таким образом, нам удалось выявить изменение в структуре модельных липидных мембран частично насыщенного липида ЯФХ и полностью насыщенных липидов ДПФХ и СМ после добавления ионной жидкости ЕАН.
В результате исследования сформулированы следующие выводы:
1. После добавления ионной жидкости 10моль% ЕАН исследуемая система, так же, как и до добавления ионной жидкости, представляет собой мультиламеллярные везикулы.
2. Установлено, что добавление ионной жидкости 10моль% ЕАН повлияло на величину химического сдвига 31Р ЯМР спектров двух типов липидов: ЯФХ и ДПФХ, но не привело к изменению величины химического свдига для липидов СМ и ДОФХ. Это могло произойти в результате изменения формы везикул липидов ЯФХ и ДПФХ.
3. Выявлено, что после добавления ионной жидкости 10моль% ЕАН амплитуда характерного плеча 31Р ЯМР спектра меняется для липидов ЯФХ, ДПФХ и СМ. Причем эффект влияния ЕАН на изменение амплитуды характерного плеча липида СМ выражен больше, чем для липидов ЯФХ и ДПФХ. Подобные изменения в 31Р ЯМР спектрах, возможно, связаны с увеличением и уменьшением подвижности фосфатной группы липидов после добавления ЕАН.
4. Обнаружено, что эффект 10моль% ЕАН зависит от насыщенности ацильных цепей: в ряду ДОФХ-ЯФХ-ДПФХ-СМ насыщенность возрастает, при этом увеличивается и величина эффекта 10моль% ЕАН 31Р ЯМР на спектры. Можно предположить, что результат взаимодействия ЕАН с бислоем зависит от их исходной упорядоченности, которая также увеличивается в ряду ДОФХ-ЯФХ-
ДПФХ-СМ. Такое предположение согласуется с большим по величине эффектом, оказываемым ионной жидкостью на бислои СМ, которые, благодаря специфической структуре молекул СМ, более упорядочены, чем бислои ДПФХ.
Таким образом, нам удалось выявить изменение в структуре модельных липидных мембран частично насыщенного липида ЯФХ и полностью насыщенных липидов ДПФХ и СМ после добавления ионной жидкости ЕАН.