Научный журнал
Рациональное питание, пищевые добавки и биостимуляторы

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НЕКОТОРЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ

Миняева О.А. 1 Хисматуллина А.Р. 1 Джафарова Т.Р. 1 Тупкало Н.А. 1 Якушева В.А. 1 Пуховская К.С. 1
1 ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Показана роль алифатических аминокислот линейного строения (глицина, ?-аланина, ?-амино-капроновой кислоты), применяющихся в качестве биологически активных добавок и лекарственных средств, для живого организма. Включение аминокислот в биохимические процессы сопровождается определенным варьированием коллигативных и вязкостных характеристик биологических жидкостей, поэтому на модельных системах были изучены закономерности изменения кинематической, динамической и относительной вязкости водных растворов указанных аминокислот с ростом концентрации. Выявлена общая тенденция закономерного линейного изменения вязкостных характеристик и коллигативных свойств водных растворов глицина, ?-аланина и ?-аминокапроновой кислоты с ростом концентрации и тенденция к увеличению осмотической и вязкостной активности аминокислот с увеличением длины углеводородной цепи молекулы. Корреляционная связь между характеристиками вязкости и концентрацией веществ может быть оценена как сильная и достоверная, поскольку коэффициенты корреляции Пирсона имеют величину, близкую к 1.
глицин
?-аланин
?-аминокапроновая кислота
вязкость водных растворов
1. Белоусов Ю.Б., Кукес В.Г., Лепахин В.К., Петров В.И. Клиническая фармакология: национальное руководство. – М.: ГЭОТАР-Мед. – 2014. – 976 с.
2. Ерпулёва Ю.В. Аминокислоты и микроэлементы в парентеральном питании у детей / Журнал Лечащий врач. – 2013. – № 3 – С. 51–54.
3. Миняева О.А., Ботова Д.И., Нелюбина Е.С. Концентрационные зависимости вязкости белковых систем и рефрактометрический анализ растворов белков. // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. – С. 1797.
4. Миняева О.А., Сидорченко А. С., Зацепина М.Н., Григорьева У.А., Сафонов В.И. Коллигативные свойства водных растворов низкомолекулярных аминокислот линейного строения // Успехи современного естествознания. – 2015. – №7.
5. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. В 3-х томах. Т.1. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 694 с.

К категории пищевых и биологически активных добавок относятся аминокислоты. Аминокислоты как основные составные части белков участвуют во всех жизненных процессах наряду с нуклеиновыми кислотами, углеводами и липидами. Схематично участие аминокислот в функционировании живого организма можно проиллюстрировать схемой (рис. 1). Препараты аминокислот широко представлены как в ассортименте пищевых и биологически активных добавок, так и в ассортименте лекарственных веществ. Комплексные препараты аминокислот, как правило, представлены в виде инфузионных растворов («Аминостерил», «Аминоплазмаль», «Инфезол», «Ликвамин» и т.д.) или сухих смесей для спортивного питания. Индивидуальные аминокислоты входят в состав таблеток («Глицин Форте», производство компании «Эвалар», «Клималанин» и т.д.), глазных капель («Тауфон»), растворов для инъекций («Тауфон», «Карнитен»), порошков («Левокарнитин», «Треонин», «Цистин» и т.д.).

minaev1.wmf

Рис. 1. Функции аминокислот в живом организме

При попадании в организм человека аминокислоты сразу же включаются в биохимические процессы [5]. Биохимический процесс, как любая химическая реакция, сопровождается изменением энергии системы, которой в данном случае и является человеческий организм. Если учесть тот факт, что человека называют «ходячим коллоидом» из-за высокого содержания воды в организме, то любая биохимическая реакция сопровождается изменением осмотической активности и вязкостных свойств биологических жидкостей [3, 4]. Поэтому исследование таких показателей, как вязкостные характеристики и коллигативные свойства растворов, содержащих аминокислоты, является крайне актуальным, поскольку позволяет выявить картину изменения того или иного показателя раствора от присутствия индивидуальной аминокислоты в различных концентрациях и картину изменения показателей раствора от присутствия смеси аминокислот. Поэтому целью данного исследования являлось изучение вязкостных характеристик водных растворов алифатических аминокислот линейного строения на примере глицина, β-аланина и ε-аминокапроновой кислоты.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования использовали водные растворы алифатических аминокислот глицина, β-аланина и ε-аминокапроновой кислоты. Определение вязкости термостатированных при 25°С растворов проводили при помощи вискозиметра ВПЖ-2, диаметр капилляра 0,73 мм, константа капилляра 0,03045.

Результаты исследования и их обсуждение

Рассмотрим функции алифатических аминокислот линейного строения – глицина, β-аланина и ε-аминокапроновой кислоты – в организме человека. Глицину принадлежит важнейшая роль в деятельности мозга, поскольку данная аминокислота участвует в образовании важнейших биологически активных соединений (пуриновых нуклеотидов, гема, креатина и др). Глицин выполняет функцию тормозного нейромедиатора, контролируя процессы формирования тонкой моторики пластических процессов и тонусных реакций поперечнополосатой мускулатуры. Поэтому в неврологической практике глицин широко используется для устранения повышенного мышечного тонуса [1]. В организме человека основная масса глицина сконцентрирована в спинном мозге. Глицин является регулятором обмена веществ, нормализует и активирует процессы защитного торможения в центральной нервной системе. Глицин обладает адреноблокирующим, антиоксидантным и антитоксическим действием, за счет чего уменьшает психоэмоциональное напряжение, агрессивность, конфликтность, улучшает настроение, повышает социальную адаптацию; повышает умственную работоспособность; облегчает засыпание и нормализует сон; уменьшает проявления вегетососудистых расстройств в целом и выраженность общемозговых расстройств при ишемическом инсульте и черепно-мозговых травмах; уменьшает токсическое действие алкоголя и других лекарственных средств, угнетающих функцию центральной нервной системы.

Аминокислота β-аланин, также, как и глицин, не является незаменимой, поскольку синтезируется в организме человека. β-Аланин участвует в синтезе пантотеновой кислоты (витамина В5), которая необходима для синтеза ацилкоэнзима А, который необходим для ферментов цикла карбоновых кислот (цикл Кребса) и жизненно необходим для синтеза основного субстрата энергетического метаболизма – аденозинтрифосфата АТФ. β-Аланин увеличивает уровень содержания пантотеновой кислоты и способствует стабилизации энергетического метаболизма, что важно для нормализации терморегуляции. β-Аланин является важнейшим координатором фонда возбуждающих и тормозных нейромедиаторов, повышает дыхательную активность нейроцитов, ускоряет утилизацию глюкозы и улучшает кровообращение. β-аланин широко используется в медицинской практике для лечения мигреней, цереброваскулярной недостаточности и других заболеваний нервной системы, связанных с нарушением кровообращения [1, 2, 5]. Данная аминокислота обладает выраженным диуретическим действием и при этом выгодно отличается от классических диуретических средств, так как не требует коррекции электролитов [1].

ε-аминокапроновая кислота не входит в перечень 20-ти аминокислот, из которых построены белки организма человека, но находит широкое применение в медицине и фармации, поскольку оказывает специфическое кровоостанавливающее действие при кровотечениях, способствует стабилизации фибрина и его отложению в сосудистом русле, способствует агрегации тромбоцитов и эритроцитов. Кроме этого ε-аминокапроновая кислота улучшает детоксикационную функцию печени и обладает противоаллергическим действием.

По результатам исследования вязкостных характеристик для глицина, β-аланина и ε-аминокапроновой кислоты наблюдается линейное увеличение кинематической, динамической и относительной вязкости с ростом концентрации аминокислот в индивидуальных растворах, а именно: для ε-аминокапроновой кислоты – до 6%, для β-аланина – до 20%, для глицина – до13,5% (рис. 2, 3).

minaev2.wmf

Рис. 2. Кинематическая (1), динамическая (2) и относительная (3) вязкость водных растворов ε-аминокапроновой кислоты

minaev3.wmf

Рис. 3. Кинематическая (1), динамическая (2) и относительная (3) вязкость водных растворов глицина

Результаты линейной аппроксимации представлены в таблице. Для длинноцепочечной алифатической ε-аминокапроновой кислоты и для короткоцепочечной алифатической аминокислоты – β-аланина – линейность изменения характеристик вязкости зафиксирована практически до достижения предела растворимости в воде. Водные растворы глицина демонстрируют отклонения от линейности изменения характеристик вязкости, начиная с концентрации порядка 13% (рис. 3).

Коэффициенты уравнений линейной аппроксимации для кинематической, динамической и относительной вязкости аминокислот, ошибки определения коэффициентов и коэффициент корреляции

Аминокислота

Кинематическая вязкость

Динамическая вязкость

Относительная вязкость

Глицин

min01.wmf

R = 0,997

min02.wmf

min03.wmf

R = 0,993

min04.wmf

min05.wmf R = 0,994

min06.wmf

β-аланин

min07.wmf

R = 0,996

min08.wmf

min09.wmf

R = 0,994

min10.wmf

min11.wmf

R = 0,994

min12.wmf

ε-аминокапроновая кислота

min13.wmf

R = 0,983

min14.wmf

min15.wmf

R = 0,974

min16.wmf

min17.wmf

R = 0,974

min18.wmf

Как было показано в [4] глицин, β-аланин и ε-аминокапроновая кислота, как алифатические аминокислоты, отличающиеся длиной углеводородной цепи и имеющие аминогруппу у последнего атома углерода, демонстрируют закономерное линейное изменение коллигативных свойств растворов с ростом концентрации. Наиболее осмотически активной является ε-аминокапроновая кислота, 1 моль/л которой увеличивает осмотическое давление раствора на величину порядка 3200 Па. Для глицина и ?-аланина этот показатель составляет соответственно 2750 Па и 3100 Па.

Анализ вязкостных характеристик водных растворов указанных аминокислот показывает, что и для них имеется тенденция линейного изменения кинематической, динамической и относительной вязкости с ростом концентрации аминокислот. Вместе с тем сохраняется тенденция по влиянию длины углеводородной цепи молекулы на характеристики растворов. Так ε-аминокапроновая кислота, как аминокислота, имеющая наиболее длинную углеводородную цепь, оказывает наиболее выраженное влияние на вязкость растворов – 1% ε-аминокапроновой кислоты увеличивает показатели кинематической, динамической и относительной вязкости на величину порядка 0,050 (данные по угловым коэффициентам линейных зависимостей характеристик вязкости приведены в таблице). Короткоцепочечные аминокислоты глицин и β-аланин имеют этот показатель на уровне 0,020 и 0,036 соответственно. Корреляционная связь между характеристиками вязкости и концентрацией веществ может быть оценена как сильная и достоверная, поскольку коэффициенты корреляции Пирсона по модулю входят в интервал [0,7; 1].

Выводы

1. Выявлены общие тенденции изменения некоторых характеристик водных растворов алифатических аминокислот линейного строения – глицина, β-аланина и ε-аминокапро- новой кислоты, имеющих концевую аминогруппу у последнего атома углерода. Общность проявляется в усилении влияния аминокислоты на вязкостные характеристики и на коллигативные свойства растворов с увеличением числа атомов углерода в цепи.

2. На примере указанного ряда аминокислот выявлена общая тенденция линейной корреляции вязкостных характеристик и коллигативных свойств водных растворов от концентрации веществ.


Библиографическая ссылка

Миняева О.А., Хисматуллина А.Р., Джафарова Т.Р., Тупкало Н.А., Якушева В.А., Пуховская К.С. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НЕКОТОРЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ // Рациональное питание, пищевые добавки и биостимуляторы. – 2016. – № 3. – С. 22-26;
URL: http://journal-nutrition.ru/ru/article/view?id=35756 (дата обращения: 17.10.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252