Многие биологические структуры образуют кристаллы макроскопических размеров [1]. Одна и та же биологическая среда может характеризоваться набором кристаллов различной морфологии и дефектности [2]. Причины полиморфизма кроются в полидисперсности материала по молекулярной массе и конфигурации макромолекул, а также наличии в субстрате упорядоченных макромолекулярных комплексов - мицеллярных липопротеидов [2,3]. Кристаллооптические свойства таких структур существенно изменяются также в зависимости от условий кристаллизации, в частности от наличия внешнего электрического поля [3]. При этом данных о надмолекулярной структуре кристаллов, образующихся при кристаллизации сложных биологических сред, практически нет. И тем более не изучен вопрос о влиянии электрического поля на форму и структуру кристаллов. Целью настоящей работы явилось изучение пространственного строения кристаллов реального мицеллярного субстрата и влияние постоянного электрического поля на особенности кристаллизации. Объектом исследования явилась ротовая жидкость человека, которая содержит мицеллярные комплексы [4]. При обычной кристаллизации на твердой подложке ротовая жидкость образует фрактальные структуры [2,5]. При кристаллизации в электрическом поле кристаллы изменяют форму и становятся оптически активными [3]. Исследования надмолекулярной структуры кристаллов ротовой жидкости проводились при помощи рентгено-структурного анализа на аппарате ДРОН-2. Ротовая жидкость высушивалась в термостате при постоянных температуре и влажности. Для исследования образцов применялись рентгеновские лучи с длиной волны 1.542 Angstrem (медный электрод). Изучались образцы, закристаллизированные в виде плоской пленки без внешних воздействий и при постоянном воздействии электрического поля напряженностью E=20 V/sm. При взаимодействии образца с монохроматическим пучком рентгеновских лучей на фоне некогерентного аморфного гало появляются четкие рефлексы, соответствующие когерентному рассеянию без изменения длины волны. Полученные рентгенограммы характерны для образцов с нерегулярной структурой, содержащей аморфные и кристаллические области [6]. Для увеличения числа рефлексов образец вращали вокруг оси от 0 до 40^o. Однако отчетливые рефлексы наблюдались только до углов скольжения, не превышающих 28^o. Рентгенограммы использовали для расчета межплоскостных расстояний в кристаллах, степени кристалличности образцов и определения параметров ячейки. Степень кристаллизации ориентированных образцов в 1.8-2 раза превышает этот же показатель для неориентированных образцов. Набор межплоскостных расстояний индивидуален для каждого кристаллического вещества. Наиболее интенсивными и для ориентированных, и для неориентированных кристаллов ротовой жидкости явились линии, соответствующие межплоскостным расстояниям d_hkl=6.94, 3.15 и 2.22 Angstrem. При этом относительные интенсивности этих пиков значительно различаются в образцах, подверженных воздействию электрического поля, и без него. Например, относительная интенсивность рефлекса, соответствующего d_hkl=6.94 Angstrem, обработанного образца в 5-10 раз выше, а интенсивность пика, соответствующего d_hkl=2.22 Angstrem, наоборот, в 4-6 раз меньше аналогичного рефлекса для необработанного образца. При этом интенсивность пика зависит от величины приложенного электрического поля. Углы скольжения Q, под которыми кристалл может отражать рентгеновские лучи, определяется межплоскостными расстояниями d_hkl решетки. Эти значения в свою очередь зависят только от размеров ячейки и не связаны с расположением атомов в повторяющемся мотиве [6], т. е. два кристалла, имеющие ячейки одного типа и размеров, дают совершенно одинаковые рентгенограммы, даже если обладают разным химическим составом. Относительные же интенсивности I различных отражений hkl от плоскостей кристалла зависят от того, каким образом его составляющие отражаются от различных атомных решеток, из которых складываются суммарные отражения, интерферирующие друг с другом. Следовательно, набор интенсивностей отражений hkl зависит исключительно от расположения атомов в мотиве. Так как в нашем эксперименте при одинаковых d_hkl в обработанных и необработанных образцах резко менялась интенсивность, можно сделать вывод, что кристаллизация под действием поля приводит к изменению расположения атомов в элементарной ячейке. В работе [2] исследовалась кристаллическая ячейка ротовой жидкости и указывалось на ее гексагональную структуру. Исходя из гексагональной системы, полученные рентгенограммы были проиндуцированы согласно известной графической методике [6]. При этом плоскость (001) соответствует рефлексу 6.94 Angstrem, т. е. гексагональная ячейка имеет параметры c=6.94 Angstrem, a=b=5.78 Angstrem. Период идентичности макромолекулярных полимеров, входящих в состав ротовой жидкости, находится в пределах от 1 до 6 Angstrem, в то время как число таких звеньев может доходить и до 102-104. Таким образом, размеры макромолекул даже во вторичной и третичной конформации значительно больше размеров ячейки. Однако это не означает, что в кристалл входят только молекулы неорганических и несложных органических веществ, так как для полимеров известно [7], что в ячейку входит, как правило, не вся макромолекула, а только несколько повторяющихся звеньев. Поэтому элементарная ячейка часто аналогична ячейке низкомолекулярных аналогов. Конформация звеньев в ячейке соответствует минимуму внутримолекулярной энергии и определяется силами внутримолекулярного взаимодействия и взаимодействия с внешними полями. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Кристаллы реальной биологической структуры, построенные из больших структурных элементов в несколько стадий, являются очень дефектными. В связи с этим обнаруживается определенная часть неупорядоченного вещества, которая является неотъемлимой частью реального кристалла. Кристаллизация биологических структур в электрическом поле приводит к упорядочению структурных элементов, увеличению степени кристалличности образца. При этом степень упорядочения зависит от напряженности электрического поля, а характер упорядочения определяется симметрией поля. Ротовая жидкость при высушивании образует макроскопические кристаллы с правильным огранением, обладающие гексагональной симметрией и параметрами ячейки a=b=5.68 Angstrem, c=6.94 Angstrem. Одна и та же макромолекула многократно входит в кристаллографические ячейки, поэтому четкой фазовой границы между кристаллической и неупорядоченной частями нет. При кристаллизации биологического субстрата в постоянном электрическом поле параметры кристаллической ячейки сохраняются, однако резко меняются относительные интенсивности отражений от плоскостей кристалла. Это свидетельствует об изменении конформации звеньев макромолекул в ячейке под действием поля.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.