Амфифильность гумусовых кислот как фактор гомеостаза лечебных грязей

Гуминовые вещества биосферы образуются в результате постмортального превращения органических остатков вне живых организмов, как с их участием, так и путем чисто химических реакций окисления, восстановления, гидролиза, конденсации [1, 2]. В отличие от живой клетки, где синтез биополимеров осуществляется в соответствии с генетическим кодом, в процессе гумификации нет какой-либо установленной программы, поэтому могут возникать любые соединения, как более простые, так и более сложные, чем исходные биополимеры. Гуминовые вещества биосферы, в том числе и гумусовые кислоты, являются сложными объектами природы, что подтверждается такими физико-химическими методами исследования как ИК-спектроскопия, ЯМР, ЭПР, рентгено-структурный анализ [3, 4]. До настоящего времени нет однозначного решения вопроса о молекулярной структуре гуминовых веществ. Изучение структурной организации осложняется тем, что гумусовые кислоты (гуминовые, гиматомелановые и фульвокислоты) не являются индивидуальными веществами, а представляют собой высокомолекулярные полидис-персные соединения и могут быть разделены на более узкие фракции по различным признакам.

В медицинских исследованиях принято выделять возможно узкие биологически активные фракции для удобства их с целью дальнейшего

Кривопалова Мария Ариевна, кандидат химических наук, доцент кафедры общей, бионеорганической и биоорганической химии

Жданова Алина Валитовна, ассистент кафедры общей, бионеорганической и биоорганической химии Глубокова Мария Николаевна, ассистент кафедры общей, бионеорганической и биоорганической химии практического использования [5]. В такой ситуации является важным изучение фракционного состава гумусовых кислот. Фракцией можно назвать любую часть гуминовых веществ, отличающихся от других компонентов той же группы по любому выбранному признаку. Нами проведено фракционирование по выраженности гидрофильных и липофильных свойств.

Явление гидрофобно-гидрофильного (амфифильного) взаимодействия широко распространено среди биологических структур. Так, одна из гипотез механизма формирования агрегативной устойчивости макромолекул предполагает наличие неупорядоченного распределения гидрофобного органического вещества по поверхности внутриагрегативных пор. Установлено, что в биосфере гидрофобные органические загрязнители и тяжелые металлы избирательно взаимодействуют с водорастворимыми органическими веществами [6]. Различающиеся по амфифильным свойствам фракции гумусовых кислот, по-видимому, выполняют в биосфере различную функциональную нагрузку. Гидрофильные компоненты могут обусловливать миграцию органических и минеральных веществ в биосубстратах, в то время как малоподвижные гидрофобные компоненты гумусовых кислот способны существенно влиять на разнообразные процессы в целом [7].

Объектом нашего исследования были гумусовые кислоты пелоидов базового грязевого месторождениями санатория «Сергиевские минеральные воды» находящегося на территории Самарской области, выделенные по оригинальным методикам [8, 9]. Амфифильное фракционирование проводили с использованием гидрофобизирован-ного геля агарозы (Octyl Sepharosa CL-4B, Pharmacia). Исходный раствор гумусовых кислот перед анализом разводили 1:1 раствором 0,1 М тРиС-HCI буфера (рН=8,0), содержащем 2,0 М

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, №1(6), 2009

(NH4)2SO4, и сразу вводили в хроматографическую колонку (6,0х 1,0 см), уравновешенную 0,05 М ТРИС-HCI буфером (рН 8,0), содержащим 2,0 М (NH4)2SO4. Элюирование собиравшихся на матрице геля гумусовых кислот осуществляли сначала 0,05 М ТРИС-HCI буфером при негативном градиенте концентрации (NH4)2SO4, а потом при возрастающей концентрации додецилсульфата натрия в буфере. Перед повторным использованием хроматографической матрицы ввиду того, что додецилсульфат натрия сорбируется на октил-сефарозе, гель регенерировали путем последовательной промывки на воронке Бюхнера водой, 25%, 50%, 95% изопропанолом, бутанолом, 95% изопропанолом и вновь водой. Регенерированный гель переносили в хроматографическую

Рис. 1. Фракционный состав гумусовых кислот по данным гидрофобной хроматографии

колонку и уравновешивали стартовым буфером. Для регистрации оптической плотности элюата (280 нм) использовали оптический блок хроматографа «МИЛИХРОМ-1». Скорость фильтрации составляла 50 мл/час.

На основе полученных нами экспериментальным данным можно выявить однотипность фракционного состава, представленного шестью пиками, для всех гумусовых кислот пелоидов по выраженности гидрофильно-гидро-фобных компонентов. Исключение составляют фульвокисло-ты, в которых обнаружены только четыре фракции. Изложенное подтверждает генетическую однотипность структуры всех гумусовых кислот (рис. 1).

Индивидуальность отдельных представителей заключается в варьировании фракций между собой. В количественном соотношении по результатам амфифильной хроматографии наиболее богаты гидрофильными компонентами фульво-кислоты, что объясняет их лучшую растворимость при различных значениях рН. В ряду: фульвокислоты, гиматомелановые, гуминовые кислоты доля гидрофобных компонентов возрастает от 11,54% до 73,6% (табл. 2).

Амфифильные свойства суммарного препарата гумусовых кислот отражают его компонентный состав и имеют усредненную выраженность.

Действительно, в технологии получения этого препарата разделение их не предусмотрено. Если сравнить между собой амфифильные свойства специфических органи-ческих веществ пелоидов и почв [7], обращает на себя внимание факт существенного различия поверхностного слоя и идентичность глубинных образцов, что свидетельствует об общности и специфичности биогеохимических объектов, которое, на наш взгляд, обусловлено изменением содержания кислорода и величины окислительно-восстановительного потенциала систем.

Таблица 2. Относительное содержание гидрофобных и гидрофильных фракций в гумусовых кислотах

Выводы: проведено амфифильное фракционирование гумусовых кислот, выделенных из низкоминерализованных иловых сульфидных грязей. Установлено наличие шести фракций в гуминовых и гиматомелановых кислотах и четырех фракций в фульвокислотах. Наличие гидрофильных фульвокислот и гидрофобных гуминовых и гиматомелановых кислот обеспечивает стабильность лечебных грязей.