Анотація до роботи:

Ругаль А.О. Гідратація білкових компонентів крові, їх самоасоціація та ефекти взаємодії з нанорозмірними частинками високодисперсного кремнезему. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика та хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України. Київ, 2008.

Дисертація присвячена визначенню ролі водного середовища в процесах взаємодії основних білкових компонентів крові з поверхнею високодисперсного крмнезему, факторів, що впливають на функціональну здатність адсорбованих білків, та вивчення впливу нанокремнезему на систему згортання крові.

Вперше методом ¹Н ЯМР спектроскопії вивчено процес утворення супрамолекулярних структур за участю глобулярних білків крові (імуноглобуліна, альбуміна, фібриногена), води та високодисперсного кремнезему і визначено їх термодинамічні параметри. Встановлено, що для всіх досліджених білків концентрація зв’язаної води (C_uw) збільшується із зменшенням концентрації білка, що в наближенні нескінченно розведеного розчину дозволяє визначити зміну вільної енергії системи білок-вода, обумовлену самоасоціацією білкових молекул (G^as). Показано, що при введенні імуноглобуліну в водні суспензії кремнезему має місце його адсорбція на поверхні, а у випадку фібриногену – коагуляція білкових молекул. Визначено, що в процесі трансформації фібриногену в фібрин гідратація та самоасоціація білкових молекул зменшується в ряду фібриноген>фібрин(мономер)>фібрин(полімер). Знайдено, що при взаємодії сироваткового альбуміну з простими цукрами (сахароза, фруктоза та глюкоза) відбувається значна дегідратація білкових молекул, яка для сахарози може становити більше 90 %.

1. Вперше методом ¹Н ЯМР спектроскопії вивчено процес утворення супрамолекулярних структур за участю глобулярних білків крові (імуноглобуліна, альбуміна та фібриногена), води та високодисперсного кремнезему і визначено їх термодинамічні параметри.

2. Встановлено, що для всіх досліджених білків концентрація зв’язаної води (C_uw) збільшується із зменшенням концентрації білка, що в наближенні нескінченно розведеного розчину дозволяє визначити зміну вільної енергії системи білок-вода, обумовлену самоасоціацією білкових молекул (DG^as). При цьому DG_альб^asDG_імун^as= 400 Дж/г, а DG_фібр^as= 600 Дж/г.

3. Показано, що в бінарній системі імуноглобулін-вода відсутня прямопропорційна залежність між концентраціями білка та зв’язаної води (при С_імун>3 % мас, С_uw=const). Імовірно, це пов’язано з формуванням гелеподібної структури, в якій зростання С_uw із збільшенням концентрації імуноглобуліну компенсується зменшенням С_uw в результаті взаємодії білок-білок.

4. Розроблено підходи до кількісного визначення методом ¹Н ЯМР спектроскопії параметрів взаємодії білків з нанодисперсними частинками, що для трьохкомпонентних систем вода-білок-кремнезем дозволяє розрізняти процеси адсорбції та коагуляції. Показано, що при введенні в водні суспензії кремнезему імуноглобуліну має місце його адсорбція на поверхні, а у випадку фібриногену – коагуляція білкових молекул.

5. Методами УФ- та ІЧ- спектроскопії виявлено, що імуноглобулін та фібриноген в широкому концентраційному інтервалі незворотно сорбуються на поверхні високодисперсного кремнезему, а в адсорбованому стані значною мірою зберігають свою вторинну структуру.

6. Показано, що в процесі трансформації фібриногену в фібрин гідратація та самоасоціація білкових молекул зменшується в ряду фібриноген>фібрин(мономер)>фібрин(полімер). Це обумовлено ефективною взаємодією білкових молекул, яка супроводжується видаленням із зони контакту значної кількості зв’язаної води.

7. Знайдено, що при взаємодії сироваткового альбуміну з простими цукрами (сахароза, фруктоза та глюкоза) відбувається значна дегідратація білкових молекул, яка в присутності сахарози може становити більше 90 %. Цей ефект супроводжується зменшенням адсорбційної здатності білкових молекул, що свідчить про суттєві зміни їх конформації.

Публікації автора:

1. Ключко А.О. (Ругаль А.О.). Молекулярні взаємодії в системі імуноглобулін-вода-кремнезем за даними ізотерм адсорбції та ЯМР-спектроскопії / А.О. Ключко (А.О. Ругаль), В.М. Барвінченко, В.В. Туров // Хімія, фізика та технологія поверхні. – 2004. – Вип. 10. –С. 202 – 207.

Здобувачем зі застосуванням методів УФ- та ¹Н ЯМР спектроскопії досліджено адсорбцію імуноглобуліну на поверхні високодисперсного кремнезему та вивчено зміну гідратаційних властивостей білку під впливом поверхні високодисперсного кремнезему.

2. Interaction of fibrinogen with nanosilica / A.A. Rugal, V.M. Gun’ko,V.N. Barvinchenko, V.V. Turov,T.V. Semeshkina, V.I. Zarko // Cent. Eur. J. Chem. –2007. – V.5, N 1 – P. 32 – 54.

Здобувачем одержано нанокомпозити ВДК/фібриноген методом адсорбції з водних розчинів та оцінено вплив поверхні на конформаційну стабільність молекул білку та зміну термодинамічних характеристик систем ВДК/фібриноген/вода в широкому діапазоні концентрацій компонент методами УФ-, ІЧ- та ЯМР-спектроскопії та ¹Н ЯМР-кріопорометрії.

3. Ключко А.А. (Ругаль А.А.). Супрамолекулярные взаимодействия в системе иммуноглобулин – вода – кремнезем / А.А. Ключко (А.А. Ругаль), В.Н. Барвинченко, В.В. Туров // Укр. хим. журн. – 2006. – Т. 72, № 6. – С. 80 – 86.

Здобувачем досліджено адсорбцію імуноглобуліну на поверхні високодисперсного кремнезему в широкому діапазоні концентрації білку та рН середовища та визначено енергетичні параметри для систем білок-вода та білок-вода-кремнезем з використанням методу ¹Н ЯМР спектроскопії в умовах пошарового виморожування рідкої фази.

4. Супрамолекулярные структуры с участием белков крови и частиц высокодисперсного кремнезема / В.В. Туров, А.О. Ругаль, В.М. Гунько, В.Н. Барвинченко, Н.П. Галаган, П.П. Горбик // Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур: в 2 т. / [ред. А.П. Шпак, П.П. Горбик]. – К.: Наук. думка, 2007 – T. 2. – 2007. – С. 357 – 391.

Здобувачем одержано нанокомпозити ВДК/фібриноген, ВДК/імуноглобулін, ВДК/фібриноген, ВДК/альбумін. Методами ІЧ- та УФ-спектрометрії вивчено структурні властивості цих супрамолекулярних систем. В широкому діапазоні концентрацій компонент визначені параметри гідратації, розраховані міжфазні енергії та енергії взаємодії білок-білок, білок-поверхня та частинка-частинка. методом¹Н ЯМР спектроскопії, а також методом ¹Н ЯМР-кріопорометрії досліджено структурні параметри заповнених водою внутрішніх порожнин білкових глобул та нанокомпозитів ВДК-білок.

5. Туров В.В. Влияние сахаров на гидратированность сывороточного альбумина при низких температурах / В.В. Туров, Н.П. Галаган, А.А. Ругаль // Биoфизика. – 2006. – Т. 52, № 5. – С. 780 – 784.

Здобувачем вивчено вплив різних концентрацій цукрів (глюкози, фруктози та сахарози) на гідратні властивості молекул сироваткового альбуміна з використанням методу ¹ Н ЯМР спектроскопії.

6. Влияние сахаров на дегидратацию биополимерных молекул в процессе криоконсервирования / А.А. Ругаль, В.Н. Барвинченко, Н.П. Галаган, И.В. Сиора, В.В. Туров // Проблемы криобиологии. – 2007. – T. 17, № 4. – С.374 – 384.

Здобувачем методом ¹ Н ЯМР спектроскопії досліджено зміну гідратації білкових молекул обумовлену присутністю низькомолекулярних речовин (моно- та дицукрів).

7. Ключко А.О. Молекулярні взаємодії в системі імуноглобулін -вода-кремнезем за даними ізотерм адсорбції та ЯМР-спектроскопії / А.О. Ключко (А.О. Ругаль), В.М. Барвінченко, В.В. Туров // Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії: міжнар. конф., 26-30 трав. 2003 р.: тези конф. – К., 2003. – С. 126.

8. Ключко А.О. (Ругаль А.О.). Адсорбція та молекулярні взаємодії в системі фібриноген-вода-кремнезем / А.О. Ключко (А.О. Ругаль), В.М. Барвінченко, В.В. Туров // Львівські хімічні читання-2005: десята наук. конф., 25-27 трав. 2005 р.: зб. наук. праць. – Л., 2005. – С. Ф37.

9. A.A. Kluchko (Rugal A.A.). Adsorption of blood proteins on fumed silica surface and it’s influence on hydratation and coagulation in protein/water/silica / A.А. Kluchko (A.A. Rugal), V.M. Gun’ko, V.N. Barvinchenko, V.V. Turov // Nanomaterials in Сhemistry, Biology and Medicine: int. conf., sept. 15-16 2005 y.: book adstr. – K., 2005. – P. 100 – 103.

10. Ругаль А.О. Зміна гідратованості молекул фібриногену в процесі їх трансформації в фібрин // Наноматеріали в хімії, біології та медицині: всеукр. конф. мол. вч.., 24-25 трав. 2006 р.: автореф. доп. – К., 2006. – С. 96 – 99.

11. Ругаль А.А. Влияние высокодисперсного кремнезема на гидратацию фибриногена в водных средах / А.А. Ругаль, В.Н. Барвинченко, В.М. Гунько, В.В. Туров // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: втор. Всерос. науч. конф., 18-23 сент. 2006 г.: тез. докл.. – Б., 2006 – С.45 – 48.

12. Ругаль А.О. Вплив цукрів на дегідратацію біополімерних молекул в процесі кріоконсервування / А.О. Ругаль, Н.П. Галаган, В.М. Барвінченко, В.В. Туров // Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії: міжнар. конф., 19-23 трав. 2007 р.: тези конф. – К., 2007. – С. 126 – 129.