Файл: Замятнин, А. А. Дилатометрия растворов белков.pdf

Изображенные на рис. 12, 13 различные типы дилатометров обладают рядом общих недостатков. Один из них заключается в том, что из-за капиллярных явлений с помощью этих дилатомет­ ров невозможно производить прецизионные измерения в достаточ­ но концентрированных растворах белка, которые могут обладать значительной вязкостью. Кроме того, если в процессе какой-либо физико-химической реакции вязкость раствора изменяется, что бывает, например, при переходе глобула-фибрилла, то происхо­ дящее при этом изменение капиллярных свойств также скажется на искомом результате. Исследование же золь-гель перехода с помощью дилатометров такого типа совсем невозможно, поскольку образующийся гель закупоривает к а п и л л я р и не может свободно перемещаться по его каналу .

Простейшие типы к а п и л л я р н ы х дилатометров в ряде случаев

заливали его растворителем. При такой постановке опыта в ка­ пилляре постоянно находился растворитель, обладающий неиз­ менными свойствами. Однако необходимость длительного термо-

34

статнрования после введения в контакт белка и растворителя не позволяла производить измерения в начальные этапы набуха ­ ния белка. Поэтому в результате этих измерений сведения об абсолютной величине объемного эффекта, характеризующего на­ бухание, можно было получить только в некотором приближении, зависящем от способа экстраполяции кинетической кривой к мо­

исследования белковых растворов крайне нежелательно, посколь­

ническое вещество (бензол, толуол, бромбензол, керосин и т. д.), которое легче воды и водных растворов белка и поэтому распо­ лагается над исследуемым раствором.

Н а рис. 14 схематически изображены два типа ртутных дила­ тометров, один из которых (рис. 14, а) не имеет специальной от­ водной трубки [65, 66], и его можно сравнить с дилатометром, изображенным на рис. 12, б. Конструкцию же другого дилатомет­ ра (рис. 14, б) [67, 68] можно сравнить с конструкцией, изображен ­ ной на рис. 13, которую характеризует наличие специальной от­ водной трубки, значительно упрощающей процедуру герметиза­ ции дилатометра.

бенностью является наличие специального расширения 2 в ка ­

Применение специальной к а п и л л я р н о й жидкости позволило сконструировать дилатометры, в которых можно изучать набуха ­ ние белка прямо с момента введения его в контакт с растворите-

лем. Н а р п с . 16 схематически изображена конструкция дгілатометра Сведберга [72], предназначенного для этой цели. Этот ди­

дится до соприкосновения с растворителем, а, с другой стороны, выполняет функции к а п и л л я р н о й жидкости. Б е л о к в этом случае помещают на специальный держатель 4, иа котором оы находится

до достижения системой температурного равновесия. После этого с помощью платиновой проволоки 5 держатель 4 вместе с белком

дилатометров, функции к а п и л л я р н о й жидкости выполняет сам растворитель, а ртуть служит только средой, в которой содержит­ ся сухой белок до введения его в контакт с растворителем. Под­ готовку дилатометра к измерениям производят следующим обра­ зом. Сначала его сосуд заполняют ртутью, иа поверхность которой помещают сухой белок. После этого белок покрывают приспо­ соблением 2, которое утапливает его в ртуть . Затем заливают растворитель и з а к р ы в а ю т дилатометр. После достижения всей системой температурного равновесия дилатометр осторожно на­ клоняют, в результате чего сухой белок всплывает на поверхность ртути и таким образом входит в контакт с растворителем. В этом

36

Р и с . 15. Дилатометр, снабженным ловушкой для раствора, проникнувшего в капилляр, с ртутью в качестве капиллярной жидкости [G9—71]

1 — сосуд дилатометра; г — ловушка; 3 — капилляр

Р и с . 10. Дилатометр Сведбсрга для наследования набухания белка с керосином в ка­ честве капнллярпоіі жидкости [721

Р и с ' . 17. Дилатометр для исследования набухания белка с растворителем в качестве капиллярной жидкости и с ртутью в качестве среды для белка до введения его в контакт с растворителем [73]

1 — сосуд дилатометра; 2 — приспособление для погружения сухого белка в ртуть; 3 — пробка; 4 — капилляр

случае измерения т а к ж е можно вевти с момента начала процесса набухания белка.

Несмотря на то, что применение описанных дилатометров поз­ волило избежать использования растворов белка в качестве ка­ пиллярной жидкости, такие дилатометры пригодны д л я иссле­ дования в основном только однокомпонентных систем. Это обстоя­ тельство существенно сужает область их применения. Необходи-

37

мость проведения исследований физико-химических реакций в растворах белков при введении их в контакт с другими раство ­ ренными веществами потребовала поисков новых конструкций, способных удовлетворить этому требованию.

ДИЛАТОМЕТР СРИИИВАЗАЙИ И СРИРАНГАХАРА [57, Ü3]

Дилатометр для исследования двухкомпонентных систем впервые

ходимо было производить вне сосуда дилатометра задолго до начала измерений.

Прибор Сринпвазаші н Срирангахара представляет собой тип

времени постоянную температуру. После достижения системой температурного равновесия компоненты I vs. I I смешивают осто­

применяющегося в настоящее время дилатометра несколько от­

метром особое внимание было уделено подбору к а п и л л я р н о й ж и д -

38

M

мом-Лангом [74—70], в котором капилляр совмещен с пробкой, закрывающей дилатометр Обозначения те же, что на рис. 18

кости. Если вначале для этого использовались смеси керосина с бромбеизолом [74—76], то в дальнейшем [77—81] в основном при­ меняют особо очищенный керосин. В специальных случаях для этой цели можно использовать ртуть [82].

Проблема надежной герметизации прибора также была пред­ метом специального исследования [83]. В результате предложен специальный состав смазки, которой покрывают шлифованные стеклянные поверхности горла и пробки дилатометра.

С помощью двухпузырькового дилатометра произведено ис­ следование большого числа самых разнообразных реакций, которые позволили получить новые представления о кинетике объемных эффектов. Однако непрерывное повышение требований к чувстви­ тельности и точности дилатометрических измерений при все более глубоком подходе к исследованию белков приводит к необхо­ димости отметить два существенных недостатка, которыми обла­ дают такие дилатометры.

Первый из них состоит в том, что смешивание компонентов не­ обходимо производить покачиванием дилатометра в ультратермо­ стате. Эта процедура, во-первых, не гарантирует быстрое и пол-

39

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