книги из ГПНТБ / Замятнин, А. А. Дилатометрия растворов белков

мыми компонентами может привести к дополнительным объем­ ным эффектам, влияющим на искомый результат. Кроме того, ввиду трудоемкости и медленности процесса перемешивания в та­

мом - Лангоми Ланцем [74—76], дальнейшее развитие техники дила­ тометрических измерений должно вести к решению двух задач .

решений первой задачи является введение упругой мембраны меж­ ду капиллярной жидкостью и изучаемыми растворами. Что ж е касается вопроса о ликвидации трудностей при перемешивании компонентов, то при тщательном анализе выяснилось, что эта проблема тесно связана со способом первоначального разделе­ ния компонентов, от которого зависит, к а к оказалось, и надеж­ ность разделения, и герметичность системы в целом. Например,

мер [88] не гарантирует герметпчности системы большого объема в течение достаточно длительного времени. Кроме того, заполне­ ние дилатометра компонентами в этих случаях тоже достаточно трудоемко.

Д л я преодоления указанных трудностей при исследовании двухкомпонентных систем нами была предложена конструкция дилатометра, которая предусматривает введение упругой мембраны между капиллярной жидкостью и исследуемым объемом, а сме­ шивание компонентов осуществляется методом взрывающейся капсулы [84—86].

нутой капроновой нитью 5. Разрыв оболочки капсулы происходит после включения магнитной мешалки (на рис. 20 не показана)

40

резиновую пленку 4, которая обхватывается колечком 5. После этого пробирку переводят в перевернутое положение, как показа­ но на рис. 21, а к а п с у л у выдувают с помощью двойной г р у ш и от пульверизатора 6. Далее капсулу затягивают капроновой нитью, отделяют от пробирки 1 и после определения веса (для расчета объема) опускают в кювету дилатометра.

После заполнения обоими компонентами и закрытия измери­ тельным элементом дилатометр помещают в ванну, которую термостатируют в пределах + 0 , 0 0 1 ° С в течение всего опыта. Изме­ нения объема наблюдают с помощью отсчетного микроскопа МИР - 1 (или катетометра), позволяющего регистрировать смещения уров-

Ри с . 20. Мембранный дилатометр с первона­ чально разделенными компонентами [S4—8(5] Объяснения в тексте

Ри с . 21. Устройство для получения капсулы

кмембранному дилатометру (покавано в пере­ вернутом положеіпш) [84—8G]

Объяснения в тексте

41

менения температуры регистрируются т а к ж е и самим дилатомет­ ром. Б ы л о показано, что при включении магнитной мешалки у р о ­ вень мениска капиллярной жидкости перемещается из-за тепло ­

П р и включении магнитной мешалки, которое производят после достижения системой температурного равновесия, происходит взрывообразный разрыв капсулы, и компоненты смешиваются обычно в течение 1—5 сек. П р и этом разрыв капсулы сопровож ­

42

стороны — изменением объема материала оболочки, переходяще­ го из сильно растянутого состояния в нормальное. Величины скач­ ков объема заранее были определены в водной среде дл я капсул различного объема (рис. 23), что позволяет в дальнейшем учиты­ вать их как поправки к абсолютным значениям дилатометриче­ ских эффектов. Кроме того, необходимо всегда производить из­ мерения величии изменений объема, соответствующих процессу смешивания веществ, составляющих компоненты, что позволит учитывать и их как поправки к наблюдаемым объемным эффектам.

Данный дилатометр, согласно его техническим характеристи­ кам (см. ниже), можно использовать при изучении сравнительно быстрых изменений объема, а т а к ж е кинетики этих изменений при введении в контакт широкого класса веществ.

43

Рассмотрим, какие денситометрические методы могут быть использованы д л я изучения объемных эффектов в растворах бел­ ков [6, 96].

Существуют прямые методы измерения плотности растворов, которые основаны на законах гидростатики и на непосредственном взвешивании образца известного объема. Кроме них существуют методы, основанные на зависимости плотности среды от ряда фи­ зических параметров, таких, как, например, электропроводность, скорость эаспространения ультразвука, диэлектрическая про ­ ницаемость' поглощение различных видов излучения и т. д. Однако ти мертоды можно считать косвенными, и мы их рассмат­ ривать не будем, поскольку они, к а к правпло, не применяются при исследовании белковых растворов, и только отошлем к соот­

44

Ш и р о ко распространен способ измерения плотности с помощью ареометра, который состоит в том, что плотность определяют по глубине п о г р у ж е н и я заранее отградуированного свободного по­ плавка (ареометра) относительно поверхности жидкости. К сожа­ лению, простота этого метода не может оказаться полезной при исследовании растворов белков, поскольку его точность не пре­ вышает величины 10~3 г/сма из-за поверхностного н а т я ж е н и я на границе поплавок — раствор — воздух. Трудность работы с арео­ метром объясняется еще и большой вязкостью и возможной тиксотропией, которой могут обладать белковые растворы. Поэтому область применения этого метода ограничивается обычно низко­ молекулярными невязкими средами, для которых не требуется очень точное измерение плотности.

Значительно более совершенным я в л я е т с я пикнометрический метод, который основан на взвешивании известного объема ис­ следуемой жидкости. С помощью этого метода можно получить ве­ личины плотности уж е с точностью ~ 10~5 г/см3 . Кроме того, в данном случае вязкость раствора не влияет на результаты изме­

жидкости, адсорбция водяных паров на внешней поверхности пикнометра и погрешность взвешивания . Этот метод неоднократно использовался дл я измерения плотности не только жидкостей и растворов низкомолекулярных соединений, но и растворов полипептпдов и белков. По существу дилатометры, изображенные на рис. 12—13, также представляют собой пикнометры. Обычно же пикнометрами я в л я ю т с я цельные мерные сосуды с меткой на от­ тянутом горле.

Большое количество исследований плотности растворов неор­ ганических солей было выполнено с помощью метода гидроста­ тического взвешивания [101], который заключается во взвешива­ нии приведенного веса тела (поплавка) известного объема, по­ груженного на нити в исследуемую жидкость. С помощью дан­ ного метода можно получить достаточно точные значения плот­ ности (5 • 10~6 г/см3 ), и эти измерения менее трудоемки, чем в пикно - метрии. К а к и в случае ареометра, ограничением в повышении точности получаемых результатов служит поверхностное натя­ жение, которое удается максимально, уменьшить применением нити, сделанной из платиновой проволоки и покрытой в месте входа в раствор платиновой чернью . Необходимость свободного движения поплавка в жидкости не позволяет использовать дан­ ный метод при исследовании в я з к и х и тиксотропных рас­ творов.

Метод падающей капли [74—76, 95,102—104] стоит в стороне от прочих методов измерения плотности, поскольку он отличается требованием чрезвычайно малого количества исследуемого материа­ л а (не более 0,1 мм3 ). В этом методе капелька исследуемой жидкости вводится в вертикальную колонку, заполненную смесью инерт-

45

IV

ДИ Л А Т О М Е Т Р И Я Г И Д Р О Л И З А

изменению взаимодействия макромолекулы или ее частей с ок­

ДИЛАТОМЕТРИЯ ГИДРОЛИЗА АМИНОКИСЛОТ И ПЕПТИДОВ

Первой аминокислотой, гидролиз которой исследовали дилато­ метрически, был аспарагин. Амидиую связь в нем расщепляли с помощью амидазы, выделенной из Aspergillus niger [64]. Отсут­ ствие эффекта в ходе этой реакции объяснено растворением об­ разовывавшегося аммиака, что, по мнению авторов, должно ком­ пенсировать отрицательный объемный эффект, сопутствующий гид­ ролизу . Исследование гидролиза производной аланина, который происходит без образования газа, показало, что в данном случае, как и ожидалось, объем системы уменьшается [130]..

Из этих исследований можно было получить сведения т о л ь к о

47

Т а б л и ц а 1

Объемные эффекты реакций (в см3 /моль), включающих в себя аминокислоты и малые пептиды [140—-143]

П р и м е ч а н и е. В таблице даны изменения объема, сопровождающие образование одной пары ионов, тетрапептпдов или более длинных пептидов, причем все они обозна­ чены как А Ф І Ю Н . Другие сокращения такие: для аминокислотного д и п о л я - Д Ф , „„„•

48'

49