Анотація до роботи:

Казакова О.О. Квантово-хімічне дослідження взаємодії амінокислот, поліфенолів, поліпептидів та білків з поверхнею кремнезему у водному середовищі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні Національної академії наук України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено встановленню та систематичному дослідженню закономірностей адсорбційної взаємодії молекул амінокислот, поліпептидів, білків, їх структурних фрагментів, полівінілпіролідону та кверцетину з поверхнею високодисперсного кремнезему у водному середовищі.

Квантово-хімічними методами з використанням експериментальних даних, отриманих адсорбційним методом, методами ІЧ-, оптичної спектроскопії та атомної силової мікроскопії визначено вплив будови адсорбату, структури поверхні адсорбенту і типу розчинника, а також структурних характеристик ВДК на адсорбцію біомолекул в рідких середовищах.

Запропоновано моделі, що описують взаємодію біологічних молекул з поверхнею частинок адсорбенту з урахуванням впливу рідкого середовища та змін структури адсорбату і адсорбенту, що обумовлені їхньою взаємодією.

1. Аналіз літературних даних свідчить про актуальність дослідження взаємодії високодисперсного кремнезему (ВДК) як адсорбенту медичного призначення з біомолекулами та про відсутність систематичного підходу до теоретичного вивчення цих явищ з урахуванням рідкого середовища. З використанням сучасних квантово-хімічних методів визначено ті чинники, які суттєво впливають на адсорбцію амінокислот, поліфенолів, поліпептидів і білків на поверхні ВДК у водному середовищі, та запропоновано моделі, що описують відповідні фізико-хімічні процеси на поверхні ВДК.

2. В рамках сольватаційних моделей з використанням наближення Хартрі-Фока та теорії функціонала густини розглянуто взаємодію амінокислот, фрагментів поліпептидів, кверцетину і полівінілпіролідону з поверхнею кремнезему у розчинах. Виявлено, що адсорбційні комплекси низькомолекулярних полярних сполук на поверхні кремнезему нестабільні - вільні енергії молекул, іонів чи цвіттер-іонів в об’ємі розчину нижчі ніж відповідні величини в адсорбованому стані.

3. Встановлено, що будова бічних груп амінокислот суттєво впливає на адсорбційні взаємодії з поверхнею ВДК у воді. Так, збільшення площі доступної поверхні неполярних бічних груп у ряду GlyAlaValLeu приводить до підвищення вільної енергії гідратації та до зниження вільної енергії адсорбції. Результати квантово-хімічних розрахунків поліпептидів Ala і Ser вказують на те, що необоротні конформаційні зміни білкових молекул, адсорбованих на гідрофобній поверхні ВДК, відбуваються за рахунок дисперсійних (гідрофобних) взаємодій, у той час як на гідрофільній поверхні форма гідрофобного ядра білкової молекули може зберігатися.

4. На прикладі гліцину показано, що присутність амінокислот (білкових молекул) у водному розчині підвищує ймовірність утворення комплексу Si(OH)OH^- з одночасним приєднанням протона до незарядженої аміногрупи та виникнення структурних змін у поверхневому шарі кремнезему як результат гідролізу силоксанових зв’язків.

5. Проведений аналіз сольватаційних ефектів пояснює особливості модифікування поверхні, що визначаються не тільки структурою адсорбату, а й типом розчинника.

Основні результати дисертаційної роботи викладено в таких публікаціях:

1. Gun'ko V.M., Turov V.V., Zarko V.I., Dudnik V.V., Tischenko V.A., Kazakova O.A., Voronin E. F., Siltchenko S.S., Barvinchenko V.N. and Chuiko A.A. Aqueous Suspensions of Fumed Silica and Adsorption of Proteins // J. Colloid Interface Sci. – 1997. – V. 192, Nо 1. – P. 166-178.

Здобувачем проведено квантово-хімічне дослідження взаємодії дипептидів з поверхнею кремнезему з урахуванням сольватації.

2. Kaзaкoвa O.A., Гунько В.М., Воронин Е.Ф., Сильченко С.С., Чуйко A.A. Взаимодействие белков с поверхностью дисперсного кремнезема в водных суспензиях // Коллоидный журнал – 1998. – т. 60, Nо 5. - С. 613-617.

Здобувачем промодельовано взаємодію бичачого сироваткового альбуміну (БСА) з поверхнею дисперсного кремнезему у водному середовищі.

3. Гунько В.М., Зарко В.И., Туров В.В., Гончарук Е.В., Воронин Е.Ф., Казакова О.А. Водородные связи на границах раздела кремнезем–поливинилпирролидон–вода // Теорет. эксперим. хим. – 2001 – Т. 37, № 2. – С. 73-77.

Здобувачем теоретично розраховано енергії сольватації фрагментів ПВП у водному розчині та в адсорбованому на поверхні ВДК стані.

4. Казакова О.А., Гунько В.М., Липковская Н.А., Воронин Е.Ф., Погорелый В.К. Взаимодействие кверцетина с высокодисперсным кремнеземом в водных суспензиях // Коллоидный журнал – 2002 – Т. 64, № 4. – С. 461-467.

Здобувачем виконано аналіз експериментальних даних, теоретично розглянуто ефекти сольватації кверцетину в залежності від складу розчинника, проведено квантово-хімічні розрахунки систем кверцетин-вода-ВДК, кверцетин-вода-етанол-ВДК і кверцетин-вода-ПВП-ВДК, запропоновано механізм сорбції та таутомерних перетворень кверцетину під впливом поверхні ВДК.

5. Gun'ko V.M., Skubiszewska-Ziba J., Leboda R., Khomenko K.N., Kazakova O.A., Povazhnyak M.O., Mironyuk I.F. Influence of morphology and composition of fumed oxides on changes in their structural and adsorptive characteristics on hydrothermal treatment in steam phase at different temperatures // J. Colloid Interface Sci. – 2004. – V. 269, Nо 3. – P. 403-424.

Здобувачем теоретично досліджено процеси у поверхневому шарі високодисперсних оксидів під впливом гідротермальної обробки.

6. Gun'ko V.M., Skubiszewska-Ziba J., Leboda R., Voronin E.F., Zarko V.I., Levitskaya S.I., Brei V.V., Guzenko N.V., Kazakova O.A., Seledets O., Janusz W., Chibowski S. Pyrocarbons prepared by carbonization of polymers adsorbed or synthesised on a surface of silica and mixed oxides // Appl. Surf. Sci. –2004. - V. 227, No 1. - P. 219-243.

Здобувачем проведено квантово-хімічне дослідження реакцій у поверхневому шарі кремнезему при карбонізації крохмалю і метилцелюлози.

7. Kazakova O.A., Gun'ko V.M. Interaction of proteins with dispersed silica in aqueous suspensions // The 9th International Conference on Surface and Colloid Science Electronic Abstracts CD. - Sofia (Bulgaria). – 1997. - P. 12.A1.

Здобувачем було виконано теоретичне дослідження взаємодії білків з поверхнею дисперсного кремнезему у водному середовищі, проаналізовано вплив ефектів сольватації на адсорбцію білків у модельному представленні.

8. Gun'ko V.M., Zarko V.I., Leboda R., Turov V.V., Skubiszewska-Ziba J., Marciniak M., Goncharuk E.V., Kazakova O.A., Janusz W., Chibowski S., Charmas B. Structural Heterogeneity of Fumed Oxides and Pyrocarbon-Fumed Oxides and its Impact on the Aqueous Suspension Characteristics // Fourth International Symposium “Effects of Surface Heterogeneity in Adsorption and Catalysis on Solids” Abstracts. - Krakow (Poland). – 2001. - P. 35-36.

Здобувачем було проведено квантово-хімічне дослідження впливу неоднорідності будови поверхневого шару високодисперсних кремнеземів на взаємодію з молекулами води.

9. Kazakova O.A., Gunko V.M., Lipkovskaya N.A., Voronin E.F., Pogorelyi V.K. Interaction of Quercetin with Highly Dispersed Silica in Aqueous Suspensions // An International Conference on Silica Science and Technology “Silica 2001” Short Abstracts. - Mulhouse (France). – 2001. - P.162.

Здобувачем було проведено аналіз експериментальних даних і теоретичне дослідження впливу розчинника та структурних особливостей ВДК на адсорбцію кверцетина з водних та водно-спиртових розчинів.