Великий гідродинамічний обсяг високої молекулярної маси гіалуронової кислоти (ГК) в розчині - перш за все результат великого розміру його найменшої одиниці незалежного руху (цукрового кільця), і зменшення щільності сегментів ланцюга, яка потрібна для всіх полімерів, як функція збільшується молекулярної маси. Пряме порівняння вимірювань ланцюга для ГК і синтетичного полімеру поліізопрену показує, що обидва у полімерів мають схожі розширення, якщо розглядати різницю в розмірі конформаций.
Ми знову досліджуємо застосовуються теорії для в'язкості розведених розчинів полімерів, і наявні дані про залежність молекулярної маси від внутрішньої в'язкості ГК. Ми досліджуємо ступінь, до якої поведінка ГК в цілому типово для полімерів взагалі, і очевидно є якесь незвичайне вплив загустіння.
ГК, теорія проти експерименту
Ми розглядаємо дві простих моделі для гідродинамічних властивостей ГК. Модель «не-вільно-висихає" кулі заснована на статистичній конформації ланцюга полімеру, для якої середній квадрат кореня (середньоквадратичне значення) відстані між кінцями ланцюга,
Експериментальні дослідження внутрішньої в'язкості ГК (ілюстрація 1) показує, що короткі ланцюга діють, як свободновисихающіе ланцюга, а довгі ланцюги ГК поводяться як «не-свободновисихающіе" кулі. Молекулярна маса, при якій співіснують 2 типу поведінки, становить приблизно 3.75 * 104. Цей розмір ГК відповідає найменшому кулястому ГК.
Експериментальна залежність внутрішньої в'язкості від молекулярної маси ГК в 0.15 М розчині NaCl. Короткі ланцюга діють, як свободновисихающіе ланцюга, а довгі ланцюги ГК поводяться як «не-свободновисихающіе" кулясті котушки.
Використовуючи рівняння [η] = 0.029 M0.8, яке описує поведінку ГК високих молекулярних ваг, ми можемо порахувати внутрішню в'язкість для деяких молекулярних мас (таблиця 1). Ми також можемо визначити довжину контуру ланцюга, L, як М / ML, де ML - це маса на одиницю довжини, приблизно 401 нм-1. Характерний обсяг дорівнює [η] /2.5, як дано з рівняння Стокса-Ейнштейна. Середньоквадратичне значення відстані між кінцями ланцюга еквівалентно ([η] М / Ф), де Ф - константа Флора з емпіричним значенням 2.1 * 1023. Видима постійна довжина, q ', обчислюється з середньоквадратичного значення відстані (в першому наближенні q' =
Характерний обсяг ланцюга ГК залежить від молекулярного ваги. ГК з молекулярною вагою 1 мільйон (зліва) може бути змодельований як куля з гідродинамічним діаметром 200 нм; ГК з молекулярною вагою 6 мільйонів (праворуч) має гідродинамічний діаметр 600 нм. Характерний обсяг збільшується від 730 см3 / г до 3100 см3 / г.
Результати, наведені в таблиці 1, показують, що характерний обсяг ланцюга ГК високої молекулярної маси може бути дуже великим, а відповідна щільність - дуже низькою. Схематично це відображено на ілюстрації 2, де наведено кулясті домени ланцюгів ГК, з молекулярною вагою 1 і 6 мільйонів відповідно. Оскільки в природних умовах ГК зазвичай має дуже високий молекулярний вагу, і яку він обіймав доменом обсяг буде надзвичайно великим. Інше спостереження, полягає в тому, що гідродинамічний діаметр, який вимірюється віскозіметріческі, набагато більше, ніж передбачений для вільно обертається ланцюга. Це також відображено на ілюстрації 3, яка порівнює експериментальний гідродинамічний розмір з передбаченим для вільно обертається моделі. Таким чином, існує деякий істотне обмеження обертання, яке розширює молекулярний домен.
Експериментально певний гідродинамічний діаметр (400 нм, праворуч) ланцюга ГК з молекулярною вагою 3 мільйони набагато більше, ніж порахований (90 нм, зліва) для ланцюга без конформаційних збурень, з нерухомими чотиригранними кутами зв'язків між мономерами, але з вільним обертанням навколо зв'язків.
Значення видимої постійної довжини і видимого характеристичного відносини, представлені в таблиці 1, збільшуються з ростом молекулярної ваги. Це відбувається тому, що ланцюга ГК мають істотний виключений внесок обсягу. Таким чином
Найменша ланцюг ГК може вести себе гидродинамически як куля з молекулярною вагою 3.75 * 104. Його довжина ланцюга цілком достатня, щоб сформувати цикл з гідродинамічним діаметром.
Підпис: (М approx 37500; L = 94 нм; [η] = 132 см3 / г;
В якості порівняння з ГК, ми розглянули гідродинамічні властивості синтетичного полімеру поліізопрену. Розмір конформационной одиниці у поліізопрену - єдиний вуглець в полімерній основі. Поліізопрен з молекулярною вагою 1 мільйон має гідродинамічний діаметр 114 нм, в порівнянні з передбаченим на основі моделі вільно обертається ланцюга діаметром в 38 нм. Фактор розширення схожий на вже побачений нами для ГК з молекулярною вагою в 1 мільйон (206 нм експериментальний проти 71 нм, використовуючи дисахаридного конформер). Найменший куля поліізопрену має 20 довжин сталості по 0.42 нм, які 3.8 раз формують довжину коформаціонной структури, проти 4.5 дісахарідних конформеров на довжину сталості в ГК. Характерне відношення становить 8 для поліізопрену, проти 9 у ГК, використовуючи дисахарид як розмір конформера. Таким чином, розширення ГК подібно такому для поліізопрену, якщо взяти до уваги величезну різницю конформеров в розмірі. Постулювавши просто, ГК має високу розширення тому, що найменша незалежно рухома одиниця - цукрове кільце, тому, що є обмежена обертання навколо глікозидних зв'язків і тому, що довжина ланцюга настільки велика, що низька щільність областей котушки диктується статистичними розглядами.