ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Соединения с белками

Уже давно известно, что кожу для изделий можно дубить поликремневой кислотой, а альбумин способен коагулировать с коллоидными кремнеземом. Подобные взаимодействия вклю­чают образование водородных связей, как это обсуждалось в главах 3 и 4. Взаимодействие кремнезема с монослоями белка, находящимися на поверхности воды, дает дальнейшее объясне­ние природы такой ассоциации.

Кларк, Холт и Вент [249] выполнили весьма важные иссле­дования действия кремневой и поликремневой кислот в водном растворе на мономолекулярные слои альбумина и найлона, на­ходящиеся на поверхности раствора. Наблюдалось, что воздей­ствие монокремневой или поликремневой кислот проявляется по мере того, как кислота адсорбируется снизу на мономолеку­лярном органическом слое. Пленки при этом становятся более прочными и жесткими, так что сжимаемость мономолекуляр­ного белка или слоя органического полимера, понижается. Наи­более важным в этих наблюдениях оказалось то, что монокрем­невая кислота совсем не адсорбировалась. Кремнезем должен был сначала полимеризоваться, а затем уже мог адсорбиро­ваться на монослое белка. В рассматриваемом случае полимер­ные цепи белка становятся менее сжимаемыми, и это хорошо подтверждает такие факты, основанные на влиянии величины рН в процессе старения, что адсорбированная поликремневая кислота под поверхностью пленки белка полимеризуется, фор­мируя слой силикагеля. Этот кремнеземный слой толщиной всего лишь, вероятно, в несколько ангстрем придает белковой пленке жесткость, что предотвращает ее от последующего сжатия. В случае найлона легко формировались мономолекулярные слои, которые взаимодействовали с поликремневой кислотой при рН 2—9 и становились особенно жесткими, или дублеными, в интервале рН 4,5—6,5, т. е. именно тогда, когда, как известно, наблюдается максимальная скорость полимеризации кремнезема при формировании геля.

Очевидно, молекулы поликремневой кислоты присоединяются к белковой пленке сразу во многих точках. Если молекула белка, находясь в растворе, свертывается в спираль и не мо­жет полностью распрямиться и плоско расположиться на по­верхности еще до добавления в систему кремнезема, то в та­ком случае кремнезем образует поперечные связи в молекуле белка и тем самым препятствует дальнейшему развертыванию спирали белковой молекулы. Когда монослои желатина на по­верхности раствора поликремневой кислоты оказываются сжа­тыми, то СН2-группы пролиновых колец будут отталкиваться от поверхности. Это влечет за собой сближение пептидных групп, облегчая тем самым их связывание поперечными связями, обра­зуемыми поликремневой кислотой. В результате такого про­цесса пленка становится жесткой. Монослои, состоящие из син­тетических полиамидов (найлона), также испытывали подоб­ное «дубление» [250, 251].

Бычий альбумин хорошо адсорбировался на порошках кварца и аморфного кремнезема при рН~6, причем альбумин в растворе находился в равновесии с молекулами адсорбирован­ного альбумина [252]. Айлер установил [253], что это как раз то значение рН, ниже которого при адсорбции достаточного ко­личества альбумина наблюдается флокуляция коллоидного кремнезема, зависящая от концентрации соли в растворе. В от­сутствие соли NaCl флокуляция наблюдалась при рН 4,4, а в 0,1 н. растворе соли процесс флокуляции шел при рН 6,2. Было отмечено также, что когда лишь 5 % поверхности кремне­зема было покрыто алюмосиликатными анионами, то никакой коагуляции в 0,1 н. растворе NaCl при рН>5,5 не происходило. Таким образом, коллоидные алюмосиликаты (глины), обладаю­щие большим анионным зарядом по сравнению с чистым крем­неземом в нейтральном растворе, оказываются менее реакци - онноспособными при взаимодействии с некоторыми белками.

Хотя поликремневая кислота и соединяется с монослоем трипсина при рН 3,5—7, такая пленка не поддается дублению [247]. Взаимодействие и взаимная коагуляция желатина с по­ликремневыми кислотами подробно были рассмотрены в гл. 3. Впоследствии Бергман и Нельсон [254] сравнили поведение золей поликремневой кислоты при рН 2,5 и 7,5, не учитывая того, что золь при низком значении рН состоял из частиц диа­метром 2—3 нм, составляющих коллоидные агрегаты, тогда как при рН 7,5 кремнеземные частицы были, вероятно, в два раза большими по размеру и не объединялись в агрегаты, а находи­лись в виде дискретных частиц. Больший размер частиц при меньшем их числе при рН 7,5 объясняет тот факт, что в этих условиях меньшее количество желатина коагулирует при задан­ном количестве кремнезема. Как показал Айлер [253], сущест­вуют два пути адсорбции белков на кремнеземе. Те молекулы белков, которые обладают сильноосновными катионнымн груп­пами, способны адсорбироваться в нейтральном растворе на от­рицательно заряженных центрах поверхности кремнезема при рН 6—7. Однако белки, подобные желатину, связываются с кремнеземом главным образом через водородные связи, и это происходит только на неионизированной поверхности SiOH. Следовательно, водородная связь оказывается наиболее прочной в области рН 2—5, затем она ослабляется с повышением рН по мере того, как заряд на кремнеземной поверхности увеличи­вается. Алюмосиликатные анионные центры не способны обра­зовывать водородных связей, но они могут прочно связывать органические сильноосновные катионные группы.

Липопротеины можно удалять из человеческой сыворотки, применяя коллоидный кремнезем. Другие типы белков при этом остаются в сыворотке, и сыворотки становятся более ус­тойчивыми в процессе хранения [255].