Хімія, фізика та технологія поверхні, 2019, 10 (2), 154-165.

Дослідження взаємодії цинку(ІІ) з макромолекулярними компонентами склоподібного тіла методами УФ-спектроскопії та динамічного розсіювання світла



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.02.154

K. O. Stepanyuk, I. I. Gerashchenko, A. Yu. Chunikhin

Анотація


Одним із завдань під час створення лікарського засобу, що містить гідрогель склоподібного тіла (СТ), нанорозмірний кремнезем та сполуку цинку, є дослідження закономірностей комплексоутворення гіалуронової кислоти та білка – основних макромолекулярних компонентів СТ – з йонами цинку.

Нами виявлено, що при змішуванні розчинів СТ і сульфату цинку спостерігається ріст оптичної густини в УФ діапазоні спектра, ймовірно за рахунок розсіювання світла в результаті збільшення числа макромолекулярних агрегатів. Доведено, що цей ефект не є наслідком утворення нерозчинних сполук через зміну рН середовища і, таким чином, може бути пояснений взаємодією (комплексоутворенням) компонентів СТ з йонами цинку.

З метою встановлення закономірностей комплексоутворення проводили спектрофотометричне титрування СТ і окремо розчинів очищеного гіалуронату натрію та модельного білка – бичачого сироваткового альбуміну (БСА) – йонами цинку. До сталої кількості СТ, розведеного водою 1:5, додавали зростаючі кількості розчину сульфату цинку, після чого реєстрували УФ-спектр. Як виявилось, після додавання сульфату цинку в діапазоні концентрацій 2.5–5.0 мас. % приріст оптичної густини майже одразу стає максимальним і не залежить від кількості титранту, що можна пояснити насиченням усіх активних центрів СТ, до яких належать карбоксильні групи гіалуронової кислоти та електронодонoрні групи білка: NH2-групи, амідний зв’язок, тіогрупи тощо. В діапазоні 0–0.5 мас. % сульфату цинку (0–17.5 ммоль/л Zn2+) спостерігається поступове збільшення оптичної густини, що дозволило  розрахувати параметри рівноваги в системі СТ + n Zn2+ ↔ СТ · (Zn2+)n. Для БСА, який також демонстрував поступове збільшення оптичної густини в УФ діапазоні, з метою визначення стехіометрії комплексу БСА · (Zn2+)n був використаний  метод молярних відношень, при цьому встановлено, що на одну молекулу БСА припадає близько 400 йонів цинку. У разі очищеного гіалуронату натрію метод спектрофотометричного титрування виявився непридатним або комплексоутворення взагалі не відбувалось. Отже, взаємодія СТ із йонами цинку здійснюється переважно за рахунок білкового компонента, а не гіалуронану. Розмірні характеристики агрегатів, що  утворюються внаслідок взаємодії СТ і БСА з йонами цинку, досліджено методом динамічного розсіювання світла (ДРС).


Ключові слова


йони цинку; склоподібне тіло; гіалуронова кислота; бичачий сироватковий альбумін; комплексоутворення; УФ-спектр; ДРС-спектр

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Bilyayeva O.O., Karol I.V. Purulent inflammatory diseases of soft tissues in the structure of surgical pathology. Klinichna khirurhiya. 2016. 8: 5. [in Ukrainian].

2. Digtiar I.I. Ph.D. (Med.) Thesis. (Poltava, 2009). [in Ukrainian].

3. Nagy L., Yamashita S., Yamaguchi T., Sipos P., Wakita H., Nomura M. The local structures of Cu(II) and Zn(II) complexes of hyaluronate. J. Inorg. Biochem. 1998. 72(1): 49. https://doi.org/10.1016/S0162-0134(98)10061-2

4. Barbucci R., Magnani A., Lamponi S., Mitola S., Ziche M., Morbidelli L., Bussolino F. Cu(II) and Zn(II) complexes with hyaluronic acid and its sulphated derivative. Effect on the motility of vascular endothelial cells. J. Inorg. Biochem. 2000. 81(4): 229. https://doi.org/10.1016/S0162-0134(00)00127-6

5. Volpi N., Schiller J., Stern R., Soltes L. Role, metabolism, chemical modifications and applications of hyaluronan. Curr. Med. Chem. 2009. 16(14): 1718. https://doi.org/10.2174/092986709788186138

6. Fallacara A., Baldini E., Manfredini S., Vertuani S. Hyaluronic Acid in the Third Millennium. Polymers (Basel). 2018. 10(7): 1. https://doi.org/10.3390/polym10070701

7. Kanyukov V.N., Stadnikov A.A., Trubina O.M., Rakhmatullin R.R., Yakhina O.M. Histoequivalent of bioplastic material in ophthalmology. (Orenburg, 2014). [in Russian].

8. Meyer K., Palmer J.W. The polysaccharide of the vitreous humor. J. Biol. Chem. 1934. 107: 629.

9. Bishop P.N. Structural macromolecules and supramolecular organization of the vitreous gel. Prog. Retin. Eye Res. 2000. 19(3): 323. https://doi.org/10.1016/S1350-9462(99)00016-6

10. Sharif-Kashani P., Hubschman J.P., Sassoon D., Kavehpour H.P. Rheology of the vitreous gel: effects of macromolecule organization on the viscoelastic properties. J. Biomech. 2011. 44(3): 419. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2010.10.002

11. Gerashchenko I.I, Markina A.I., Gorchev V.F. Study of macromolecular structure of vitreous humor by IR- and laser correlation spectroscopy methods. Medychna khimiya. 2013. 2: 5. [in Ukrainian].

12. Gerashchenko I.I., Markina A.I., Turov V.V. Structure of bound water in vitreous body by 1H NMR spectroscopy. Medychna khimiya. 2011. 2: 102. [in Ukrainian].

13. Markina A.I. Ph.D. (Chem.) Thesis. (Kyiv, 2017). [in Ukrainian].

14. Torvard C. Laurent. Hyaluronan research in Uppsala. Ups. J. Med. Sci. 2007. 112(2): 123. https://doi.org/10.3109/2000-1967-188

15. Bilovol O.M., Kravchun P.H., Babadjan V.D. Clinical immunology and allergology. (Kharkiv: Grif, 2011). [in Russian].

16. Ayad S., Weiss J.B. A new look at vitreous-humor collagen. Biochem. J. 1984. 218(3): 835. https://doi.org/10.1042/bj2180835

17. Lurie Yu. Yu. Analytical chemistry of industrial wastewater. (Moscow: Khimiya, 1984). [in Russian].

18. Henk G. Merkus. Particle Size Measurements. Fundamentals, Practice, Quality. (NY: Springer, 2009).

19. Scott E. McNeil. Characterization of Nanoparticles Intended for Drug Delivery. (NY: Humana Press, 2011). https://doi.org/10.1007/978-1-60327-198-1

20. Landsberg G.S. Optics. (Moscow: FIZMATLIT, 2003). [in Russian].

21. Kriss E.E., Volchenskova I.I., Grigorieva A.S., Yatsimirsky K.B., Budarin L.I. Coordination metal compounds in medicine. (Kiev: Naukova Dumka, 1986). [in Russian].

22. Galen W. Ewing. Instrumental Methods of Chemical Analysis, 5th ed. (NY: McGraw-Hill, 1985).

23. Burger K., Illes J., Gyurcsik B., Gazdag M., Forrai E., Dekany I., Mihalyfi K. Metal ion coordination of macromolecular bioligands: formation of zinc(II) complex of hyaluronic acid. Carbohydr. Res. 2001. 332(2): 197. https://doi.org/10.1016/S0008-6215(01)00065-9

24. Parrish R.F., Fair W.R. Selective binding of zinc ions to heparin rather than to other glycosaminoglycans. Biochem. J. 1981. 193(2): 407. https://doi.org/10.1042/bj1930407




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.02.154

Copyright (©) 2019 K. O. Stepanyuk, I. I. Gerashchenko, A. Yu. Chunikhin