Separation of a mixture of essential amino acids by a polymer with a molecular fingerprint


Cite item

Abstract

A mixture of amino acids valine and isoleucine was separated in a TFE cartridge filled with a polymer with molecular imprints (PMO-isoleucine). The concentration of amino acids in the initial mixture was 0.05 mol/dm3 isoleucine and 0.1 mol/dm3 valine. The determination of amino acids in the eluate was carried out by TLC method. After passing a mixture of valine and isoleucine through the cartridge, 0.015±0.010 mol/dm3 of isoleucine and 0.092±0.010 mol/dm3 of valine were detected in the first portion of the eluate. In the second portion of the eluate collected after subsequent rinsing of the cartridge with distilled water, 0.043±0.010 mol/dm3 of isoleucine was detected. Thus, the degree of isoleucine extraction was 70%.

Full Text

Актуальность. Аминокислоты играют важную роль в биосинтезе белков, а также различных структурных компонентов клеток, включая мембраны. Они так же важны для производства гормонов и других биологически активных соединений. Аминокислоты являются регуляторами метаболизма, помогают поддерживать уровень сахара в крови и кислотно-щелочной баланс организма [1, 2].

Аминокислоты принимают активное участие в жизни животных и людей, в частности, выступают в роли добавок при производстве различных пищевых продуктов, косметических и фармапрепаратов [3, 4].

Изолейцин и валин относятся к незаменимым аминокислотам они участвуют в мышечном метаболизме, поддержания азотистого баланса в организме, регуляции обмена веществ в головном и спинном мозге, а также выработке энергии. Валин, в том числе, улучшает мышечную координации и понижает чувствительность организма к боли. Очень часто эти аминокислоты добавляют в спортивное питание, т. к. они способствуют восстановлению после физических нагрузок и имеют решающее значение для мышечного роста [3 – 6].

Основным способом производства валина, является его получение путем ферментации микроорганизмов, однако побочным продуктом реакции выступает изолейцин, поэтому актуальным является выделение валина из смеси аминокислот. Для такого разделения могут быть перспективны полимеры с молекулярными отпечатками (ПМО) [7, 8].

Цель работы – установление принципиальной возможности разделения смеси валина и изолейцина полимером с молекулярными отпечатками.

Материал и методы исследования. В работе проводили разделение смеси валина и изолейцина в картридже, заполненном полимером с молекулярным отпечатком ПМО-Ile методом твердофазной экстракции (ТФЭ) [9 – 12].

Синтез полимера с молекулярным отпечатком изолейцина проводили по методике, описанной в работах [13, 14]. Аминокислоты были квалификации «х.ч.». Водные растворы готовили по навеске, взятой на аналитических весах с точностью ±0.0002 г. Исходная концентрация валина (Val) и изолейцина (Ile) в смеси составляла 0.1 моль/дм3 и 0.05 моль/дм3 соответственно.

Методика разделения. Для разделения смеси аминокислот использовали WSPE-установку (манифолд), в которую поместили патрон с ПМО-Ile. Через этот сорбент был пропущена смесь аминокислот под давление 20 атм. Объем исходного раствора 25 см3 [15]. Схема установки и процесса разделения смеси представлены на рис. 1 и 2.

 

Рис.1. WSPE-установка

 

Рис.2. Разделение смеси валина и изолейцина

 

Определение аминокислот проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) [16 – 18].

Полученные результаты и их обсуждение. После пропускания смеси аминокислот через картридж с ПМО-Ile в первой порции элюата было обнаружено 0.015±0.010 моль/дм3 изолейцина и 0.091±0.010 моль/дм3 валина, что свидетельствует об отсутствии способности валина сорбироваться на полимере с отпечатком изолейцина.

При последующем промывании картриджа дистиллированной водой во второй порции элюата содержался только изолейцин в количестве 0.043±0.010 моль/дм3.

По полученным данным рассчитывали степень извлечения (R) и коэффициент распределения (D) (Табл.1) по уравнениям:

                        (1)

                        (2)

где С0 – исходная концентрация аминокислоты, моль/дм3; С – концентрация аминокислоты в элюате, моль/дм3, V – объем раствора, см3, m – масса сорбента, г [15].

Таблица 1 – Содержание аминокислот в элюате после ТФЭ

Порция элюата

Показатель

Изолейцин

Валин

Сисх, моль/дм3

0,05

0,1

Первая порция

С, моль/дм3

0,015±0,010

0,091±0,010

R, %

70±1

9±1

D

19,04

0,82

Sr, %

2,0

3,0

Вторая порция

С, моль/дм3

0,043±0,010

-

R, %

14±1

-

D

01,35

-

Sr, %

08,03

-

 

Было установлено, что сорбент ПМО-Ile сорбирует только изолейцин, степень извлечения которого 70%, что свидетельствует об избирательности ПМО к молекуле-шаблону [15].

Выводы. При разделении смеси валина и изолейцина в картридже для твердофазной экстракции с сорбентом ПМО-Ile установлено, что степень извлечения изолейцина составляет 70%, валин в данной системе не сорбируется и выделяется в чистом виде.

×

About the authors

Evgeniy Sergeevich Stepanishchenko

VSMU named after N.N. Burdenko

Author for correspondence.
Email: enderman008@mail.ru

student

Russian Federation, 10 Studentskaya str., Voronezh, Voronezh region, 394036

Anna Sergeevna Golopyatova

VSMU named after N.N. Burdenko

Email: agolopyatova@bk.ru

student

Russian Federation, 10 Studentskaya str., Voronezh, Voronezh region, 394036

Александр Nikolaevich Zyablov

VSMU named after N.N. Burdenko

Email: alex-n-z@yandex.ru

Doctor of Chemical Sciences, Professor of the Department of Analytical Chemistry

Russian Federation, 10 Studentskaya str., Voronezh, Voronezh region, 394036

References

  1. Смирнов В.А. Аминокислоты и полипептиды: учеб. пособ. Ч. I./ В.А. Смирнов, Ю.Н. Климочкин. – Самара. Самар. гос. техн. ун-т., 2007. – 110 с.
  2. Ручай Н. С. Промышленная биотехнология: электронный курс лекций для студентов специальности 1-48 02 01 «Биотехнология» / Н. С. Ручай, О. В. Остроух. – Минск: БГТУ, 2013 – 109 с.
  3. Биоорганическая химия: учебник / И.В. Романовский [и др.] ; под общ. ред. И.В. Романовского. – Минск: Новое знание , 2015. – 504 с.
  4. Лысиков Ю.А. Аминокислоты в питании человека/ Ю. А. Лысиков // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2012. – № 2. – С. 88-101.
  5. Кудряшева А. А. Медико-биологические особенности натуральных пищевых аминокислот / А. А. Кудряшева, О. П. Преснякова // Пищевая промышленность. – 2014. – № 3. – С. 68-73.
  6. Еримбетов К.Т Физиологическое значение и метаболические функции лейцина, изолейцина и валина у животных / К.Т. Еримбетов, О.В. Обвинцева, О.В. Софронова // Проблемы биологии продуктивных животных. – 2021. – №4. – С. 40-50.
  7. Зяблов А.Н. Анализ морфологии поверхности молекулярноимпринтированных полимеров / А.Н. Зяблов // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2008. – Т.8, №1. – С. 172-175.
  8. Проточно-инжекционное определение валина пьезокварцевым сенсором, модифицированным полимером с молекулярными отпечатками / Зяблов А.Н., Говорухин С.И., Дуванова О.В. [и др.] // Аналитика и контроль. – 2014. – Т. 18, – № 4. – С. 438-441.
  9. Якубке Х.-Д., Ешкайт X. Аминокислоты, пептиды, белки / Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт; Пер. с нем. – Москва: Мир, 1985. – 456 с.
  10. Аминокислоты глазами химиков, фармацевтов, биологов: в 2-х т. Том 1 / Сыровая А.О. [и др.] – Харьков: «Щедра садиба плюс», 2014 – 228 с.
  11. Сорбция карбоновых кислот молекулярно-импринтированными полимерами / Као Ньят Линь, А.Н. Зяблов, О.В. Дуванова, В.Ф. Селеменев // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2020. – Т. 63. – № 2. – С. 71-76.
  12. Зяблов А.Н. Сорбция красных пищевых красителей полимерами с молекулярными отпечатками / А.Н. Зяблов, С.А. Хальзова, В.Ф. Селеменев // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. –2017. – Т. 60. – № 7. – С. 42-47.
  13. Пат. 138636 Российская Федерация, МПК G01N27/406, G01N27/12. Пьезоэлектрический сенсор на основе молекулярно-импринтированного полимера для определения пальмитиновой кислоты / Зяблов А. Н., Дуванова О. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Воронежский госуниверситет. – № 2013144501/28, заявл. 03.10.2013 ; опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8. – 6 с.
  14. Пат. 137946 Российская Федерация, МПК H01L41/08. Пьезоэлектрический сенсор на основе молекулярно-импринтированного полимера для определения олеиновой кислоты / Зяблов А. Н., Дуванова О. В. [и др.]; заявитель и патентообладатель Воронежский госуниверситет. – № 2013144500/28, заявл. 03.10.2013; опубл. 27.02.2014, Бюл. № 6. – 6 с.
  15. Заварыкина С.А. Разделение α- и β-аланина, смесей аминокислот и дипептида полимером с молекулярным отпечатком α-аланина / С.А. Заварыкина, А.И. Королев, А.Н. Зяблов // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2020. –Т.20, – № 2. – С. 266-270.
  16. Определение антибиотиков цефалоспоринового ряда пьезоэлектрическими сенсорами в водных растворах / О.К. Петрова, И.И. Иванова, А.А. Шаповалова, А.Н. Зяблов // Прикладные информационные аспекты медицины. – 2023. – Т. 26, – № 1. – С.56-62.
  17. Бёккер Ю. Хроматография. Инструментальная аналитика: методы хроматографии и капиллярного электрофореза. Москва: Техносфера. 2009. – 473 с.
  18. Хальзова С.А. Определение синтетических красителей методом ТСХ / С.А. Хальзова, А.Н. Зяблов, В.Ф. Селеменев // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2014. – Т. 14. – № 3. – С. 544-547.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies