Химия и химические технологии /5.Фундаментальные проблемы создания нових

 материалов и технологий.

Подобій О.В., к.х.н. Мірошников О.М.

Національний університет харчових технологій, Україна

Гідратація цукрози в присутності дипептидів

 

В умовах бурякоцукрового виробництва лише частина нецукрів органічного та мінерального походження видаляється при очищенні на дефекосатурації. Решта, проходячи по верстату заводу, переходить у мелясу.

Серед азотвмісних нецукрів, знайдених у мелясі, особливий інтерес представляють амінокислоти, які утворюють солі з кислотами та з основами, так як містять водночас і основну аміно- й кислотну карбоксильну групи. У великих кількостях у мелясі містяться такі амінокислоти: глютамін, аспарагін, гліцин, лейцин, ізолейцин, аланін, валін; в менших – тирозин, цистін, серін, лізин, аргінін, триптофан тощо. Наявність амінокислот в розчині впливає на кристалізаційну здатність цукрози, що слід враховувати при вирішенні питань удосконалення технології отримання цукру.

Структуроутворення в білкових системах пов’язані з конформаційними змінами макромолекули. Рентгеноструктурний аналіз глобулярних білків показує, що їх поліпептидні ланцюги скручені досить компактно, так, що всередині глобули розміщуються гідрофобні неполярні (неіонізовані) радикали амінокислот, які утворюють неполярне ядро глобули. Всі, або майже всі, полярні радикали амінокислот знаходяться на поверхні такої глобули в гідратованому стані. Лише невелика кількість гідрофобних радикалів може залишатись на поверхні білкових молекул, утворюючи “гідрофобні кластери”, що відіграє велику роль в стабілізації структури. Гідрофобна взаємодія у водних розчинах білка виступає як чинник стабілізації конформацій на різних рівнях організації білків. Велика поверхня білкових молекул сприяє зв’язуванню води.

В роботі ми з’ясовували вплив олігопептидів на процес гідратації цукрози. Готували розчини з масовою часткою пептидів (10…12 %) та додавали до водних розчинів цукрози з масовою часткою (40…64 %). Використовували діпептиди марки “Reanal”. Спектри комбінаційного розсіювання записувались на лазерному РАМАН – спектрометрі.

В РАМАН-спектрах пептидів (рис.1) простежуються деякі відносно сильні характеристичні смуги поглинання в областях 1700…400 см-1 та 3600…2900 см-1. Простежуються зміни інтенсивності та положення максимумів смуг поглинання для розчинів пептидів та для розчинів з добавкою цукрози, які можна використати при дослідженні конформації та структури цукрових розчинів.

 

 

Рис. 1. РАМАН – спектри цукрози (50 %) з додаванням гліцил-dl-валіну (1), гліцил –dl – триптофану (2), гліцил – dl – норваліну (3).

 

Розглянемо спектри пептидів детальніше (рис. 1) і зміни, які виникають залежно від добавки амінокислоти. У спектрах вихідних розчинів валіну та гліцину в діапазоні 3600 – 2900 см-1 спостерігаються смуги з такими максимумами: для валіну з трьома максимумами при 3035 см-1, 3075 см-1, 3120 см-1 та при 3510 см-1, а також широка смуга в діапазоні 3210¼3370см-1 з максимумом при 3250 см-1; для гліцину – з двома максимумами в діапазоні 3170¼3070 см-1, 3430¼3315 см-1, 2070¼2970 см-1.

Смуги з коливанням при 3250 і 3120 см-1, обумовлені коливаннями груп амід А та амід Б відповідно, а з максимумом при 3510 і 3430 – “вільним” валентним коливанням групи N-H. У діапазоні 1700…1600 см-1 (рис. 1) спостерігаються смуги, характерні для пептидів, для валіну при 1600, 1640, 1660 см-1 і для гліцину – 1620, 1670 та 1725 см-1. Ці смуги характерні для вторинних амідів, поліпептидів і білка і пов’язані головним чином із валентними коливаннями С=О.

Аналіз положення та інтенсивності симетричних та асиметричних смуг валентних коливань у системах гліцил-Dl-валін, гліцил-Dl- триптофан і гліцил-Dl-норвалін (рис. 1) є свідченням того, що валентні коливання гідроксильних груп ν(ОН) зміщені у бік зменшення довжин хвиль, причому найінтенсивніше зміщення для системи гліцил-Dl-норвалін. Валентні коливання ν(N-Н) груп також зміщуються в напрямку зменшення довжин хвиль, причому найінтенсивніше це спостерігається для систем з гліцил - Dl- триптофаном, а найслабше – гліцил-Dl-норваліну. Зсув спектру в більш короткохвильову область для другого дипептиду свідчить про посилення ефекту „дальньої” гідратації завдяки більшому гідрофобному фрагменту в молекулі триптофану, порівняно з молекулою валіну. Аналізуючи валентні коливання ν(СН) груп, також помічаємо зміщення валентних коливань: для системи гліцил - Dl -триптофан – до 2955 см-1, гліцил-Dl-норвалін - 2980 см-1, гліцил-Dl-валін – до 2780 см-1.

В області валентних коливань ν(ОН)-груп інтенсивність смуг при        3000 … 2450 см-1 характерна лише для систем цукроза – гліцил -Dl-валін і з 3150 …3050 см-1 для систем цукроза – гліцил -Dl-триптофан (рис. 1). В області валентних коливань при 1800 - 700 см-1 спостерігається апроксиматично інтенсивність головних смуг. Деякі розбіжності в інтенсивності смуг поглинання пептидів можна пояснити різною симетрією гідратів в системах цукроза – гліцил-Dl-валін і цукроза – гліцил -Dl-триптофан.

Аналізуючи одержані спектри, можна припустити, що у водному розчині цукроза – гліцил -Dl-аспарагін та цукроза – гліцил -Dl-норвалін утворюються напівклатратні структури будуються на основі п’яти молекул води. Стосовно систем цукроза – гліцил -Dl-валін і цукроза – гліцил – Dl –триптофан формуються клатрати на основі шести молекул води, що зумовлено більш вираженою гідрофобністю цих дипептидів.

В спектрах мономерів крім характерних дублетних смуг νN-Н (первинні аміди) або синглетної смуги у випадку вторинних амідів, присутні смуги “амід I” – з валентними коливаннями νС=О при 1650¼1720 см-1, з деформаційними dNH при 1500¼1550 см-1, які відповідають так званим коливанням “амід II” та νСН при 1200¼1300 см-1 - “амід III”.

Системи цукрози з амінокислотами є класичним прикладом комплексів ОН-вмісних протонодонорів з N-вмісними протоноакцепторами. Вони відзначаються поєднанням електронноакцепторних властивостей кисню гідроксила, що призводять до збільшення рухливості протону, з одного боку, та неподільною електронною парою азоту протоноакцептора – з іншого. Оскільки для пояснення впливу структурних параметрів молекул взаємодіючих компонентів на міцність міжмолекулярного водневого зв’язку існують різні підходи, то можна припустити, що міцність водневого зв’язку пов’язана, перш за все, з електронною будовою ізольованих молекул.

Вплив дипептидів на гідратацію водних цукрових розчинів зумовлений ефектом „дальньої” гідратації у разі більшого гідрофобного залишку, про що свідчить аналіз експерементальних даних.

Обговорено застосуванняотриманих результатів для удосконалення технології виробництва цукру та при вивченні процесів гідратації цукрозии в присутності амінокислотних залишків.