[На предыдущую главу]

4. Механизм переноса аминокислот в ЭМС

При величине рН равновесного раствора, соответствующем изоэлектрической точке аминокислоты pI, последняя практически полностью находится в цвиттер-ионной форме и под действием электрического поля непосредственно не переносится. Этому случаю соответствуют чрезвычайно малые значения электропроводностей растворов.

Если же в растворе присутствуют свободные ионы водорода Н⁺ в количестве, достаточном для сдвига величины рН в кислую область от pI, то происходит химическая реакция протонирования цвиттер-формы аминокислоты с образованием катионов аминокислоты, которые способны под действием электрического тока проходить через катионитовую мембрану.

Кроме того, в соответствии с идеологией С.Ф. Тимашева [14] и нашей концепцией управляющей роли межфазных границ в трансмембранном переносе [15] будем считать, что на межфазной границе мембрана/раствор происходит гетерогенная химическая реакция протонирования цвиттер-формы аминокислоты, сорбируемой из раствора, ионами водорода, присутствующими в фазе мембраны. При этом в мембране образуется катион аминокислоты. Другими словами, сильнокислая среда катионообменной мембраны в водородной ионной форме приводит к возрастанию концентрации катионов аминокислоты в мембране по сравнению с внешним раствором.

Миграционный поток ионов водорода, направляющийся к границе мембрана/раствор, со стороны раствора характеризуется числом переноса 0,78 для случая смеси HCl–глицин. Число переноса катионов глицина в растворе составляет 0,06. В случае аланина число переноса ионов водорода составляет 0,68, а катионов аланина – 0,13. Учитывая принцип неразрывности потоков в ЭМС можно полагать в мембране то же самое соотношение миграционных потоков, что и в растворе.

Однако, наши исследования чисел переноса катионов водорода и аминокислоты в фазе мембраны, показали, что такое соотношение миграционных потоков сохраняется для больших концентраций соляной кислоты в растворе и малых концентраций аминокислоты. В этом случае практически вся аминокислота находится в форме катионов и дополнительный миграционный поток аминокислоты в фазе мембраны за счет поверхностной химической реакции протонирования цвиттер-формы не возникает.

При большом содержании в растворе цвиттер-ионов аминокислоты (высокая аналитическая концентрация аминокислоты и малая – соляной кислоты) важную роль играет поверхностная реакция протонирования цвиттер-ионов. В этом случае возрастает миграционный поток катионов аминокислоты в мембране (катионов глицина до 0,25, а катионов аланина до 0,45).

Такое изменение чисел переноса катионов аминокислот в мембране по сравнению с внешним раствором показывает важную роль реакции протонирования цвиттер-ионов аминокислот в мембране в общем электромембранном переносе аминокислоты.

В [16] на основании измерений электропроводности ионообменных мембран МК-40 и МА-41 в аминокислотных ионных формах, проведенных с использованием прецизионного метода полосы, выдвинута гипотеза о трех механизмах переноса электричества в мембране (исходная ионная форма – водородная):

протонирование цвиттер-ионов аминокислоты ионами водорода мембраны, переводящее ее в аминокислотную катионную форму;

протонирование части цвиттер-ионов аминокислоты частью водородных ионов мембраны, приводящее к смешанной водородно-аминокислотной ионной форме;

отсутствие реакции между цвиттер-ионами аминокислоты и протонами в фазе мембраны, не изменяющее исходной ионной формы мембраны.

Аналогичные три процесса возможны для анионитовой мембраны в исходной гидроксильной форме, находящейся в контакте с раствором аминокислоты.

При этом показано, что, кроме концентрации аминокислоты в растворе, важнейшую роль играет природа самой аминокислоты как участника химической реакции. Так, “кислые” аминокислоты (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) не участвуют в переносе тока через катионитовую мембрану МК-40, тогда как в мембране, находящейся в равновесии с растворами “нейтральных” аминокислот (глицин, тирозин, лейцин), наблюдается сопряженный перенос электричества ионами водорода и ионами аминокислоты. Перенос электричества в МК-40 в лизиновой форме осуществляется двухзарядными катионами лизина. Для анионитовой мембраны МА-41И, в основном, характерен ионный транспорт анионов исследуемых аминокислот.

Авторы благодарят Российский фонд фундаментальных исследований за частичную финансовую поддержку работы (грант № 98-03-32194).

[На Список литературы] [На Содержание]