Сульфатирование это: сульфатирование — это… Что такое сульфатирование?

Любые аккумуляторные батареи работают по принципу двойной сульфатации. Дело в том, что при разряде батареи пластины взаимодействуют с электролитом, в результате это ведет к падению плотности электролита. А при зарядке батареи в пластинах аккумулятора происходят обратные процессы, что ведет к повышению удельной плотности электролита. На сульфатацию пластин аккумулятора автомобиля вам укажет повышенное напряжение аккумулятора в начале разряда, а также обильное газовыделение.

Причины сульсификации

К сульфатации пластин вашего аккумулятора чаще всего могут привести следующие причины: разряженное состояние аккумулятора, слишком высокая температура или ее частые колебания, слишком низкое разрядное напряжение, а также чересчур большие разрядные токи. Очень важно соблюдать температурный режим и не допускать перегрева пластин аккумулятора. Потому что при ней процессы сульфатации и обратный процесс происходят быстрее. Но особенно опасны частые колебания температуры хранения пластин аккумулятора, потому как химические реакции со временем будут происходить неравномерно, что приведет к быстрому износу и порче аккумулятора. Для предотвращения сульфатации пластин аккумулятора, лучше не эксплуатировать их в режиме заряд-разряд выше, чем на 75-80% от номинала емкости аккумулятора. Это позволит аккумуляторной батарее быстрее восстановить емкость и перейти в режим заряда. Очень опасно оставлять свинцовый аккумулятор в постоянном разряженном состоянии, так как это способствует началу процессов сульфатации в его пластинах.

Последствия сульфатации

Объем пластин вашего аккумулятора сильно увеличивается. Дело в том, что при сульфатации сами пластины вашего аккумулятора занимают гораздо больший объем в емкости, чем в обычном заряженном состоянии. Сама пористость пластин его уменьшается, а их толщина, наоборот, увеличивается. Все это может привести к деформации и разрушению пластин. Засульфатированная батарея быстро разряжается и в некоторых сложных случаях даже может его привести к деформации корпуса самого вашего аккумулятора.

Емкость аккумулятора постепенно уменьшается. Химические процессы, происходящие в аккумуляторе при его сульфатации, постепенно сокращают площадь самой поверхности его пластин, обязательно покрытую активными веществами. И поэтому емкость такого аккумулятора постепенно сокращается.

Внутреннее сопротивление самого аккумулятора растет. В результате падает напряжение на вашем аккумуляторе при попытке его разрядить и зарядить, а также сам аккумулятор гораздо быстрее перегревается и сульфатируется.

Поэтому, чтобы не допустить и максимально отсрочить наступление сульфатации пластин аккумулятора, соблюдайте правила его эксплуатации и аккумулятор прослужит вам очень долго!

Сравнительный анализ роли сульфатирования и фосфорилирования в регуляции белок-белковых взаимодействий с использованием биоинформационных и экспериментальных подходов — НИР

В соответствии с целью проекта были продолжены совместные исследования с учеными Германии, направленные на выяснение роли различных типов белок-белковых взаимодействий в регуляции жизнедеятельности клетки в нормальных условиях и при различных патологиях и, более конкретно, роли сульфатирования и фосфорилирования в регуляции белок-белковых взаимодействий. Для реализации целей проекта совместно с группами профессора Фришмана (Prof. Dr. Frishman, Lehrstuhl fur genomorientierte Bioinformatik, Technische Universitat Munchen) и профессора Матиаса Манна (Prof. Dr. Matthias Mann, Prof. Facultet fur Chemie und Pharmazie, Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen und Max-Planck-Institut fur Biochemie) с помощью методов биоинформатики был проведен сравнительный анализ роли сульфатирования и фосфорилирования в регуляции белок-белковых взаимодействий, а также исследовано значение указанных пост-трансляционных модификаций в регуляции путей передачи сигналов. В частности, был проведен сравнительный анализ белков, подвергающихся сульфатированию или/и фосфорилированию, с целью выяснения функции двух сходных типов пост-трансляционной модификации в регуляции путей передачи сигналов. Были получены результаты, подтверждающие предложенную нами концепцию, согласно которой сульфатирование белков происходит в тех случаях, когда необходимо образование прочных (необратимых) белок-белковых комплексов, тогда как фосфорилирование-дефосфорилирование белков вовлечено в регуляцию обратимых процессов. Это предположение было подтверждено также экспериментально при определении прочности взаимодействия белков с полимерами, содержащими сульфо- или фосфогруппы. С помощью метода изотермической калориметрии было показано, что как энтальпия, так и константа связывания полистиролсульфонатов с нативным модельным белком существенно выше, чем в случае полифосфатов. С помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии была также доказано, что повышенное сродство полистиролсульфонатов сохраняется и при их связывании с денатурированными белками. Зарубежными участниками проекта был проведен анализ баз данных и выявлены сайты сульфатирования в неупорядоченных структурах ряда белков, а также начата подготовка к изучению сульфопротеома, в том числе для изучения возможности сульфатирования амилоидогенных белков. Были продолжены экспериментальные исследования некоторых белков, являющихся потенциальными мишенями для сульфатирования (прионов и спермоспецифических белков), а также проведена разработка методов изучения их взаимодействий с белками-партнерами в нативном и модифицированном состоянии. Для изучения возможного участия сульфатирования в регуляции взаимодействий полипролиновых доменов белков (в том числе, и амилоидогенных) с другими белками был проведен анализ литературных данных, касающихся доменов, способных узнавать различные полипролиновые последовательности. По результатам проекта опубликовано 7 статей в зарубежных (6) и в отечественных (1) журналах. Защищены 2 кандидатские диссертации и несколько дипломных работ.

Сульфатирование бетулина хлорсульфоновой кислотой в диоксане и диметилформамиде Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Химия растительного сырья. 2013. №1. С. 107-111.

УДК 54.05

СУЛЬФАТИРОВАНИЕ БЕТУЛИНА ХЛОРСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТОЙ В ДИОКСАНЕ И ДИМЕТИЛФОРМАМИДЕ

© В.А. Левданский1’2, A.B. Левданский1, Б.Н. Кузнецов1’2

1 Институт химии и химической технологии СО РАН, ул. К. Маркса, 42,

Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: [email protected]

2Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск,

660041 (Россия)

Установлено, что реакция сульфатирования бетулина хлорсульфоновой кислотой в диоксане или диметилфор-мамиде протекает в гомогенной среде при температуре 40-60 °C. Показано, что для полной этерификации бетулина до

3.28-дисульфата бетулина необходимо 4-5 ч. Дисульфат бетулина выделяют в виде натриевой соли.

Ключевые слова: бетулин, сульфатирование, хлорсульфоновая кислота, 1,4-диоксан, К,К-диметилформамид,

3.28-дисульфат бетулина.

В последнее время всевозрастающий интерес в медицине и фармацевтической промышленности проявляется к биологически активным веществам природного происхождения и медицинским препаратам, полученным на их основе. Соединениями, сочетающими в себе доступность с ценной биологической активностью богат класс тритерпенов [1]. Ярким представителем этого класса соединений, широко распространенным в природе, является бетулин (3р,28-дигидрокси-20(29)-лупен). Содержание бетулина во внешнем слое коры березы — бересте — достигает 35% [1]. Однако низкая растворимость бетулина и его производных в большинстве растворителей и нерастворимость в воде затрудняет их практическое использование и изучение биологической активности. Для придания растворимости бетулину и его производным используют различные методы химической модификации. Растворимость бетулиновой кислоты в воде обеспечивается солюбилизацией ее с помощью липосом [2]. Другой наиболее простой и эффективный способ придания водорастворимости бетулину и бетулиновой кислоте — это их сульфатирование с получением соответствующих сульфатов [3, 4].

Известно, что сернокислотные эфиры тритерпеноидов — бетулина, бетулиновой и олеановой кислот — проявляют высокую биологическую активность, являются ингибиторами комплемента. В работе [3] показано, что сульфатированные производные бетулина и бетулиновой кислоты проявляют более высокую биологическую активность как ингибиторы комплемента по сравнению с применяющимися в настоящее

Введение

Левданский Владимир Александрович — ведущий научный сотрудник, тел.: (391) 249-55-84, e-mail: [email protected]

ЛевданскийАлександр Владимирович — научный сотрудник, тел.: (391) 249-55-84, e-mail:[email protected] Кузнецов Борис Николаевич — первый заместитель директора Института химии и химической технологии СО РАН, профессор, доктор химических наук, заведующий кафедрой аналитической и органической химии Сибирского федерального университета, тел.: (391) 249-48-94, e-mail: [email protected], [email protected]

время медицинскими препаратами. Система комплемента является частью иммунной системы организма, которая активируется при попадании в организм чужеродных бактерий и антигенов. После уничтожения чужеродных тел активация комплимента прекращается.

Известные методы сульфатирования тритерпеноидов основаны на использовании серной кислоты и серного ангидрида. Сульфатирование бетулина

* Автор, с которым следует вести переписку.

и бетулиновой кислоты серной кислотой проводят в пиридине в присутствии уксусного ангидрида [4]. В работе [5] исследовано сульфатирование олеаноловой и бетулиновой кислот комплексом серный ангидрид — диметилсульфоксид, полученным путем прибавления жидкого серного ангидрида к диметилсуль-фоксиду. Сульфатированные тритерпеноиды выделяют экстракцией хлороформом или бутанолом после разбавления реакционной массы водой и очищают методом колоночной хроматографии на силикагеле.

Сульфаты тритерпеноидов содержатся в некоторых растениях. Так, из листьев Schefflera Octophylla выделены и идентифицированы стереоизомеры сульфатов бетулиновой кислоты и сульфаты метилового эфира бетулиновой кислоты [6].

В настоящей работе впервые предложено проводить сульфатирование бетулина хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или М,М-диметилформамиде.

Экспериментальная часть

ИК-спектры записаны на Фурье-ИК-спектрометре Vector-22 фирмы Bruker в области длин волн 4004000 см-1 в таблетках KBr (3 мг образца / 300 мг KBr). Спектры ЯМР 13C сняты на спектрометре Bruker Avance III 600 МГц в дейтерометаноле с привязкой к дейтериевому резонансу растворителя. Элементный анализ выполнен на элементном анализаторе Flash EA™ -1112 (Thermo Quest Italia), одновременно определяющем количество (в %) углерода, водорода и серы, а также кислорода.

Бетулин, используемый для сульфатирования, был получен по методике, приведенной в работе [7].

Растворители 1,4-диоксан, М,М-диметилформамид перед использованием были очищены и высушены известным методом [8].

Сульфатирование бетулина в Ы,Ы-диметилформамиде. В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 50 мл М,М-диметилформамида и при интенсивном перемешивании и охлаждении при температуре -5-0 °С прибавляют по каплям 2 мл хлорсульфоновой кислоты. После того, как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании медленно порциями загружают 4,42 г (0,01 моль) бетулина, нагревают колбу на водяной бане до 60 °С и поддерживают эту температуру в течение 3 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 10-15 °С и при перемешивании выливают в стакан, содержащий 100 мл 75%-ного водно-этанольного раствора, содержащего 4% гидроксида натрия. Наблюдается выпадение в осадок неорганической соли, ее отделяют фильтрованием, а оставшийся раствор концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя, получают дисульфат бетулина в виде натриевой соли и перекристаллизовывают из этанола. Выход продукта составляет 6,0 г (93%).

Сульфатирование бетулина в 1,4-диоксане. В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 50 мл 1,4-диоксана и при интенсивном перемешивании и охлаждении при температуре 5 °С прибавляют по каплям 2 мл хлорсульфоновой кислоты. После того, как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании загружают 4,42 г (0,01 моль) бетулина, нагревают колбу на водяной бане до 40 °С и поддерживают эту температуру в течение 5 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 10-15 °С и при перемешивании нейтрализуют до pH 7-8, прибавляя 100-110 мл 75%-ного водно-этанольного раствора, содержащего 4% гидроксида натрия. Выпавшую в осадок неорганическую соль отделяют фильтрованием, а оставшийся раствор концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя и получают дисульфат бетулина в виде натриевой соли. Выход продукта составляет 6,2 г (96%).

Результаты и обсуждение

Впервые предложено проводить сульфатирование бетулина хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или М,М-диметилформамиде.

ClSO3H + O O ——20 C »SO3 O O + HCl

aso3H + дмфа

SOs-ДМФА + НС1

Реакция сульфатирования бетулина хлорсульфоновой кислотой в диоксане или диметилформамиде и последующее выделение 3,28-дисульфата бетулина в виде натриевой соли протекает по следующей схеме (рис. 1).

Рис. 1. Схема синтеза натриевой соли 3,28-дисульфата бетулина

Состав 3,28-дисульфата бетулина (С30Н48О882№2), полученного сульфатированием хлорсульфоновой кислотой в диоксане и диметилформамиде, подтвержден элементным анализом, строением ИК- и ЯМР 13С-спектрами. В ИК-спектре 3,28-дисульфата бетулина присутствуют полосы поглощения в области 834835 см-1 (8О) и 1221-1223 см-1 (8О2), которые подтверждают введение сульфатной группы в молекулу бе-тулина (рис. 2).

ЯМР 13С-спектр бетулина достаточно подробно изучен. Известно, что химический сдвиг у вторичного атома углерода С3, связанного с гидроксильной группой, наблюдается при 78-79 м.д., а у первичного атома С28 при 59-60 м.д. [10]. На рисунке 2 приведен ЯМР 13С-спектр бетулина, а на рисунке 3 — ЯМР 13С-спектр 3,28-дисульфата бетулина.

Анализ ЯМР 13С-спектров (рис. 3, 4) исходного бетулина и 3,28-дисульфата бетулина показал, что у исходного бетулина химический сдвиг атома углерода С3 наблюдается при 78,253 м.д. и атома углерода С28 при 58,963 м.д., после замещения гидроксильных групп на сульфогруппы химический сдвиг атома углерода С3 полностью сместился к 86,226 м.д., а атом углерода С28 — к 65,916 м.д. Это доказывает, что произошло полное замещение гидроксильных групп бетулина на сульфогруппы.

Из-за невысокой термостабильности комплекса 8О3 — диоксан сульфатирование бетулина в диоксане осуществляют при температуре 40-50 °С в течение 4-5 ч, а в более стабильном в диметилформамиде комплексе 8О3 — ДМФА — при температуре 60-80 °С в течение 2-3 ч.

С\1 _

1—

о

О ——————-1—————-1—————-I—————-1——————1—————-I——————1—

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

\Л/ауепитЬег ст-1

Рис. 2. ИК-спектр 3,28-дисульфата бетулина

ЗС-78,253

I

28С-58,963

Рис. 3. ЯМР 13С-спектр бетулина

Рис. 4. ЯМР 13С-сиектр 3,28-дисульфата бетулина

Список литературы

1. Толстиков Г.А., Флехтер О.Б., Шульц Э.Э., Балтина Л.А., Толстиков А.Г. Бетулин и его производные. Химия и биологическая активность // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. №13. С. 1-30.

2. Ле Банг Шон, Каплун А.П., Шпилевский А.А., Андия-Правдивый Ю.Э., Алексеева С.Г., Григорьев В.Б., Швец В.И. Синтез бетулиновой кислоты из бетулина и исследование ее солюбилизации с помощью липосом // Биоорганиче-ская химия. 1998. Т. 24, №10. С. 787-793.

3. Bureeva S., Andia-Pravdivy J., Symon A., Bichucher A., Moskaleva V., Popenko V., Shpak A., Shvets V., Kozlov L.,

Kaplun A. Selective inhibition of the interaction of C1q with immunoglobulins and the classical pathway of the complement activation by steroids and triterpenoids sulfates // J. Bioorganic and medicinal chemistry. 2007. Vol. 15, N10.

Pp. 3489-3498.

4. Патент 2243233 (РФ). Производные бетулина как ингибиторы комплемента / А.П. Каплун, Ю.Э. Андия-

Правдивый, С.В. Буреева, Л.В. Козлов, В.И. Швец / 27.12.2004.

5. Гришковец В.И. Синтез сульфатов тритерпеноидов с использованием комплекса SO3 — диметилсульфоксид // Химия природных соединений. 1999. №1. С. 91-93.

6. Kitajima J., Shindo М., Tanaka Y. Two new triterpenoid sulfates from the leaves of schefflera octophylla // Chem. Pharm. Bull. 1990. Vol. 38, N3. Pp. 714-716.

7. Патент 2340624 (РФ). Способ получения бетулина / В.А. Левданский, А.В. Левданский, Б.Н. Кузнецов / 10.12.2008.

8. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976. 545 с.

9. ДжильбертЭ.Е. Сульфирование органических соединений. М., 1969. 415 с.

10. Одинокова Л.Э., Ошиток Г.И., Денисенко В.А., Ануфриев В.Ф., Толкач А.М., Уварова Н.И. Гликозилирование

бетулина и его ацетатов в присутствии карбоната кадмия // Химия природных соединений. 1984. №2. С. 182-187.

Поступило в редакцию 15 марта 2012 г. После переработки 22 апреля 2012 г.

Levdansky V.A.12, Levdansky A.V.1, Kuznetsov B.N.12* SULFATION OF BETULIN WITH CHLOROSULFONIC ACID IN DIMETHYLFORMAMIDE AND DIOXANE

institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, K. Marx str., 42, Krasnoyarsk 660049 (Russia), e-mail: [email protected]

2Siberian Federal University, pr. Svobodny, 79, Krasnoyarsk, 660041 (Russia)

It was established, that the reaction of sulfation of betulin by chlorosulfonic acid in dioxane or dimethylformamide proceeds in homogeneous medium at temperature 40-60 °C. It was shown that for complete etherification of betilin to betulin

3,28-disulfat 4-5 hours are necessary. Betilin disulfat was obtained in the form of sodium salt.

Keywords: betulin, sulfation, chlorosulfonic acid, 1,4-dioxane, N,N-dimethylformamide, betulin 3,28-disulfate.

References

1. Tolstikov G.A., Flekhter O.B., Shul’ts E.E., Baltina L.A., Tolstikov A.G. Khimiia v interesakh ustoichivogo razvitiia, 2005, no. 13, pp. 1-30. (in Russ.).

2. Le Bang Shon., Kaplun A.P., Shpilevskii A.A., Andiia-Pravdivyi Iu.E., Alekseeva S.G., Grigor’ev V.B., Shvets V.I. Bio-organicheskaia khimiia, 1998, vol. 24, no. 10, pp. 787-793. (in Russ.).

3. Bureeva S., Andia-Pravdivy J., Symon A., Bichucher A., Moskaleva V., Popenko V., Shpak A., Shvets V., Kozlov L.,

Kaplun A. J. Bioorganic and medicinal chemistry, 2007, vol. 15, no. 10, pp. 3489-3498. (in Russ.).

4. Patent 2243233 (RU). 27.12.2004. (in Russ.).

5. Grishkovets V.I. Khimiiaprirodnykh soedinenii, 1999, no. 1, pp. 91-93. (in Russ.).

6. Kitajima J., Shindo M., Tanaka Y. Chem. Pharm. Bull., 1990, vol. 38, no. 3, pp. 714-716.

7. Patent 2340624 (RU). 10.12.2008. (in Russ.).

8. Gordon A., Ford R. Sputnikkhimika. [Satellite chemist]. Moscow, 1976, 545 p. (in Russ.).

9. Dzhil’bert E.E. Sul’firovanie organicheskikh soedinenii. [Sulfonation of organic compounds]. Moscow, 1969, 415 p. (in Russ.).

10. Odinokova L.E., Oshitok G.I., Denisenko V.A., Anufriev V.F., Tolkach A.M., Uvarova N.I. Khimiia prirodnykh soedinenii, 1984, no. 2, pp. 182-187. (in Russ.).

Received March 15, 2012 Revised April 22, 2012

* Corresponding author.

Причины выхода из строя свинцово-кислотных аккумуляторов

Отслоение активной массы / глубокий разряд. Так как в процессе разряда и заряда электроды претерпевают структурные расширение и сжатие (на 160% катод и на 94% анод) из-за вхождения в структуру электродов сульфат иона. Это приводит к физической потере контакта между частичками активной массы, увеличению сопротивления между ними и в итоге к выходу из строя электрода.
При большом количестве циклов заряда/разряда возможно «разбухание» активной массы и даже замыкание электродов. Также этот процесс сопровождается осыпанием активной массы.
Отслоение активной массы на прямую зависит от глубины разряда аккумулятора. Чем глубже разряжен аккумулятор, тем сильнее разбухание, а соответственно и быстрее выход из строя аккумулятора.
* Система АКБ Мониторинг следит за уровнем заряда аккумулятора. При необходимости датчик издает звуковой сигнал для прекращения дальнейшего разряда аккумулятора. Наиболее важна эта функция у тяговых гелевых аккумуляторов, у которых рекомендуемая глубина разряда не должна превышать 40%. В случае применения системы для обслуживаемых аккумуляторов, их глубину разряда можно ограничить на 30% (вместо рекомендуемых производителями 20%) и увеличить ресурс аккумулятора еще на 25–30%.

Коррозия электродов. Электроды представляют собой электропроводящую основу в виде сетки или прутов из свинца, на которых держится пористая активная масса. Между основой и активной массой существует определённый переходный слой, который в основном отвечает за перенос электронов с активной массы на основу. На данный слой влияют плотность серной кислоты, количество циклов заряда/разряда и глубина разряда. Именно поэтому в промышленных стационарных аккумуляторах плотность электролита ниже (в районе 1,23 кг/л, вместо 1,28 кг/л), это позволяет увеличить срок эксплуатации аккумулятора.
Процесс коррозии электродов очень медленный и на него практически невозможно влиять.

Заряд горячей аккумуляторной батареи. Так как в электролите присутствует дистиллированная вода, то уже при температуре аккумулятора более 45С ток, который должен идти на заряд электродов, идет на электролиз (разложение) воды в электролите. Это приводит к сильному «парению» аккумулятора, дополнительному разогреву аккумулятора, повышенному расходу дистиллированной воды и ускоренной коррозии электродов. В случае с необслуживаемыми аккумуляторами, заряд горячего аккумулятора в разы сокращает их ресурс.
* система АКБ Мониторинг следит за температурой аккумулятора, и при сильном перегреве рекомендует отключить от зарядной установки. Если установлена система управления зарядными установками, отключение происходит автоматически.
Система «АКБ Мониторинг» следит за температурой аккумулятора и при сильном перегреве рекомендует отключить аккумулятор от зарядной установки. Если установлена система управления зарядными установками отключение происходит автоматически. Узнать подробнее.

Не своевременный контроль уровня электролита. Электролит заряженного аккумулятора состоит из 40% серной кислоты и 60% воды. В процессе разряда/заряда в аккумуляторе постоянно происходит испарение и электролиз воды, это ведет к уменьшению уровня электролита, оголению пластин (прямой выход из рабочей среды активной массы), увеличение концентрации электролита на дне элемента (увеличенная коррозия активной массы, увеличена глубина разряда нижней части элемента — ускоренный выход из строят элемента) и сульфатации верхней, оголенной части пластин.
На скорость понижения уровня электролита сильно влияет профиль зарядной кривой и температура аккумуляторе в начале заряда.
Система АКБ Мониторинг имеет датчик уровня электролита. Датчик физическим образом контролирует уровень электролита и сообщает когда необходимо залить дистиллированную воду. Узнать подробнее.

Обводнение электролита. Если избыточно переливать дистиллированную воду в элементы, то во время последней фазы заряда аккумулятора (фаза перемешивания электролита) происходит выбрызгивание электролита из элемента, что влечет за собой уменьшение концентрации серной кислоты в элементе и ухудшению его свойств. Рекомендуется заливать дистиллированную воду в конце заряда. Данный процесс достаточно медленный, однако сильно влияет на чистоту аккумулятора и безопасность эксплуатации (со временем серная кислота попавшая в ящик, в котором находятся элементы, проедает ящик и происходит выливание кислоты на технику и пол склада).

Загрязнение электролита. В случае попадания в электролит грязи и/или использования дистиллированной воды низкого качества возможно повышение электропроводности электролита, что приведет к ускоренному саморазряду элемента и выходу его из строя.

Как удалить сульфатирование из свинцово-кислотных аккумуляторов

Сульфатирование – это естественный химический процесс, который происходит, если пластины свинцово-кислотных аккумуляторов подвергаются воздействию воздуха или удельный вес падает ниже 1,225. Сульфатирование происходит, когда мягкий сульфат свинца, представляющий собой комбинацию свинца и серы, превращается в твердый сульфат свинца. Это приводит к тому, что элементы батареи не могут сохранять электрический заряд, поэтому батарея разряжается. Если сульфатирование слишком продвинуто, вы не можете удалить его из свинцовых пластин, но если оно только начало происходить, вы можете удалить его, осторожно зарядив клетки.

Шаг 1

Проверьте уровень жидкости в элементах свинцово-кислотных аккумуляторов. Снимите крышки ячеек, отвинтив их пальцами или отверткой с плоской головкой.

Шаг 2

Проверьте, находится ли уровень жидкости ниже минимального маркера на стороне ячейки. Вы можете, вероятно, увидеть, что свинцовые пластины выставлены. Сульфатация очевидна, когда вы можете увидеть твердые комочки кристаллов на пластинах и вокруг стенок клеток. При условии, что цистализация не покрывает стены, а на пластинах только небольшие отложения, вы можете удалить сульфатирование во время медленной перезарядки.

Шаг 3

Заполните элементы свинцово-кислотных аккумуляторов до максимальной отметки, используя дистиллированную воду. Оставьте ячейку закрытой. Вы будете нагревать пластины во время процесса перезарядки, что поможет растворить сульфатирование.

Шаг 4

Подсоедините два зажима кабеля аккумулятора от зарядного устройства к клеммам свинцово-кислотного аккумулятора. Красный кабель соединяется с клеммой «+», а черный – с клеммой «-».

Шаг 5

Установите зарядное устройство на самый низкий уровень заряда. Чем медленнее и дольше вы заряжаете свою свинцово-кислотную батарею, тем выше вероятность того, что сульфат будет удален.

Шаг 6

Включите зарядное устройство. Заряжайте свою свинцово-кислотную батарею в течение 6 часов, а затем загляните внутрь элементов батареи. Не выключайте зарядное устройство. Если вы видите крошечные пузырьки, поднимающиеся на поверхность в каждой ячейке, это хороший знак и означает, что ваши батарейки заряжаются. Процесс зарядки начинает растворять сульфатирование. Если вы не видите пузырьков, поднимающихся в определенной ячейке, это может означать, что ячейка не может перезарядиться, но подождите, пока не закончится время полной зарядки.

Шаг 7

Продолжайте заряжать аккумулятор в течение как минимум еще 18 часов. Посмотрите в ячейки снова, но не выключайте зарядное устройство. Клетки должны производить быстрые пузырьки, если они берут заряд. Если к этому времени ни одна из клеток не производит пузыри, клетка не может восстановиться. Вам нужно будет приобрести запасной аккумулятор.

Шаг 8

Почувствуйте сторону батареи рукой. Будет тепло, и это хорошо. Высокая температура и пузыри устраняют сульфатацию на свинцовых пластинах.

Оставьте аккумулятор заряжаться еще на 6 часов. Выключите зарядное устройство. Снимите зажимы кабеля аккумулятора зарядного устройства с клемм аккумулятора. Замените крышки на ячейках.

Чаевые

• Никогда не используйте водопроводную воду для заполнения элементов в батарее, так как она содержит минералы, которые повреждают элементы.

Предупреждение

• Убедитесь, что вы надели защитные перчатки и защитные очки. Серная кислота сожжет вашу кожу или может ослепить вас, если она попадет на вашу кожу или в глаза.

Предметы, которые вам понадобятся

• Отвертка
• Дистиллированная вода
• Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов
• Защитные перчатки
• очки для плавания

Что это такое и как этого избежать?

Сульфатирование представляет собой скопление кристаллов сульфата свинца и является основной причиной преждевременного выхода из строя свинцово-кислотных аккумуляторов.

Сульфатирование происходит, когда аккумулятор лишается полного заряда, он накапливается и остается на пластинах аккумулятора. Когда происходит слишком сильное сульфатирование, это может препятствовать химическому преобразованию в электрическую и сильно повлиять на производительность батареи.

Эффекты сульфатирования

Если в аккумуляторе скопились сульфаты, может произойти следующее:

• более длительное время зарядки
• чрезмерное тепловыделение
• сокращение времени работы без подзарядки
• значительно сокращает время автономной работы
• полный отказ батареи

Все свинцово-кислотные батареи накапливают сульфатирование в течение своего срока службы, поскольку это часть естественного химического процесса в батарее.Но сульфатирование накапливается и вызывает проблемы, когда;

• Аккумулятор перезаряжен
• Аккумулятор хранится выше 75 градусов
• Аккумулятор хранится без полного заряда

Чтобы предотвратить сульфатирование при хранении аккумулятора, даже если он хранится с полным зарядом, аккумулятор должен быть достаточно заряжен, чтобы не допустить падения напряжения ниже 12,4 В. Применение этой поддерживающей зарядки предотвратит накопление сульфатов.Также важно отметить, что, хотя мы упоминали, что аккумулятор не следует хранить при температуре выше 75 градусов, на каждые 10 градусов выше комнатной, скорость саморазряда удваивается.

В свинцовой батарее может происходить два типа сульфатирования; обратимый и постоянный. Их названия точно отражают воздействие на вашу батарею. Если проблема обнаружена достаточно рано, можно обратить вспять сульфатацию батареи. Однако делать это должен только человек, имеющий большой опыт работы со свинцовыми батареями, например, в магазине, где ваша батарея была изначально куплена.

Постоянное сульфатирование происходит, когда аккумулятор находился в низком уровне заряда в течение недель или месяцев. Хотя иногда их можно спасти, восстановление маловероятно.

Лучший способ предотвратить сульфатирование — это правильно обслуживать аккумулятор и следовать передовым методам зарядки. Несмотря на то, что существуют устройства защиты от сульфатирования, которые будут подавать импульсы на клеммы аккумулятора, чтобы предотвратить и обратить вспять сульфатирование на исправном аккумуляторе, они не устранят полностью повреждение и не всегда рекомендуются.

Сульфатирование — это причина номер один, по которой вы не должны хранить аккумулятор разряженным. После того, как произошло сульфатирование свинцовых пластин, обратить эффекты вспять крайне маловероятно, поэтому очень важно позаботиться о ваших батареях с самого начала.

Сульфатион — обзор | ScienceDirect Topics

7.03.4.3 Сульфотрансферазы

Сульфатирование — важный путь метаболизма ряда эндогенных соединений, включая стероидные гормоны, желчные кислоты, нейротрансмиттеры и небольшие пептиды.Ксенобиотики также подвергаются конъюгации путем сульфатирования, что обычно, но не исключительно, приводит к снижению биологической активности. Реакции сульфатирования, которые включают перенос сульфатной группы от 5′-фосфоаденозин-3′-фосфосульфата к соответствующей функциональной группе, например гидроксилу или амино, катализируются семейством изоферментов сульфотрансферазы (SULT), присутствующими в цитозоле большинства ткани, включая почки. Была разработана система номенклатуры цитозольных SULT (Blanchard et al. 2004). У людей было идентифицировано в общей сложности 13 цитозольных генов SULT, которые распространены в четырех семействах: SULT1, SULT2, SULT4 и SULT6. Члены семейства SULT1 продемонстрировали способность сульфировать простые (маленькие планарные) фенолы и эстрадиол, гормоны щитовидной железы, экологические ксенобиотики и лекарства. Члены семейства SULT2 катализируют сульфирование гидроксильных групп стероидов, таких как андростерон, аллопрегнанолон и дегидроэпиандростерон. До сих пор не было идентифицировано никаких известных субстратов или функций для семейства SULT4, в то время как ген SULT6B1, экспрессируемый в семенниках приматов, не имеет охарактеризованной белковой или ферментной активности (Lindsay et al. 2008). Семейство SULT3 было обнаружено только у мышей и кроликов и в основном сульфонирует аминогруппы (Yoshinari et al. 1998). В настоящее время появляется все больше свидетельств того, что гены SULT находятся под контролем ядерных рецепторов; например, экспрессия SULT2A человека и крысы подвергается трансактивации с помощью PXR. Сходным образом, PPARα опосредует индукцию транскрипции гена SULT2A в печени человека, но не крысы, таким образом подразумевая роль жирных кислот как эндогенных регуляторов сульфирования печени у людей (Runge-Morris and Kocarek 2005).

Было показано, что почечная ткань ряда видов сульфатирует различные субстраты, такие как гидроксистероиды, фенол и эстрон (Lock et al. 1994 и ссылки в нем), и теперь эти белки будут классифицированы как SULT1 и SULT2. семьи. Стероид / стерол SULT крысы SULT2B1 были клонированы и обнаружены две изоформы: одна (SULT2B1a) активно сульфонирует прегненолон, но плохо использует холестерин, тогда как другая форма (SULT2B1b) сульфонирует холестерин с небольшой активностью с прегненолоном, при этом ни одна из них не образует сульфонат дегидроэпиандростерола.Только SULT2B1b экспрессируется в почках (Kohjitani et al. 2006). Член семейства SULT2, который сульфат дегидроэпиандростерон был обнаружен в почках взрослых крыс и локализован в собирательных протоках и прямой части проксимального канальца (Aldred et al. 2000). Однако почечные SULT в почках крыс относительно не охарактеризованы. В почках кролика активность SULT преимущественно локализована в проксимальных канальцах (Hjelle et al. 1986).

Исследования Hume и Coughtrie (1994) с использованием антитела к парацетамолу SULT печени крысы локализовали этот фермент в почках эмбриона и плода человека.По мере развития и развития нефронов они становятся все более иммунореактивными в отношении SULT, и в зрелой почке проксимальные канальцы проявляют наиболее интенсивное окрашивание (Hume and Coughtrie 1994). Локализация и онтогенез SULT парацетамола в почках крысы и человека очень похожи на то, что описано для UGT (Chowdhury et al. 1985; Hume et al. 1995). Несколько групп исследовали экспрессию генов и иммуногистохимическую локализацию SULT гидроксистероидов печени крысы в ​​почках крысы и человека и обнаружили незначительную экспрессию этого подсемейства в почечной ткани или ее отсутствие (Hume et al. 1994; Рунге-Моррис 1994; Sharp et al. 1993). Обнаруживаемая иммунореактивность в почках плода человека была локализована в собирательных протоках (Parker et al. 1994). Вариабельная экспрессия SULT1A3, SULT1E и SULT2A1 была обнаружена в изолированных клетках проксимальных почечных канальцев человека (Lash et al. 2008). Дополнительные сведения о ферментах человека, их присутствии и локализации в почках см. В недавнем обзоре Gamage et al. (2006).

У мышей онтогенез и тканевое распределение SULT недавно были подробно изучены Alnouti и Klaassen (2006), и читатель может отослать эту статью и ссылки в ней.Было показано, что экспрессия Sult1d1 наиболее высока в почках (Alnouti and Klaassen 2006; Shimada et al. 2004), а другими изоферментами, экспрессируемыми в почках, были sult1a1, sult1c1, sult1c2 и sult5a1; также было продемонстрировано присутствие почечной 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфатсинтазы (Alnouti and Klaassen 2006; Nagata and Yamazoe 2000). Онтогенез почечных sult1c2 и sult1d1 мышей показан на фигуре 8 , и оба изофермента достигли своего максимального уровня в возрасте 15 дней (Alnouti and Klaassen 2006)

Рисунок 8.Онтогенез Sult1c2 и Sult1d1 в почках самцов и самок мышей. Воспроизведено с разрешения Alnouti, Y .; Klaassen, C. D. Toxicol. Sci. 2006 , 93 , 242–255.

Таким образом, появляется все больше доказательств в поддержку экспрессии множественных форм SULT в почках, хотя еще предстоит ответить на многие вопросы. Эти вопросы особенно важны в свете известной активации некоторых проканцерогенов, например 5-гидроксиметилхризена, сульфатированием Okuda et al. 1989. Совсем недавно было показано, что человеческие SULT активируют аристолохиевую кислоту, известный канцероген почек человека. Meinl et al. 2006.

Что такое сульфатирование аккумулятора? — Новости о хранении энергии, батареях, изменении климата и окружающей среде

Сульфатирование происходит внутри свинцово-кислотных аккумуляторов, когда начинает разрушаться электролит. Когда серная кислота (электролит) распадается, ионы серы становятся свободными, образуя кристаллы. Эти кристаллы иона серы затем прилипают к свинцовым пластинам батареи, образуя кристаллы сульфата свинца.Со временем кристаллы увеличиваются в размерах и становятся твердыми, полностью покрывая свинцовые пластины. Это покрытие снижает общую эффективность и способность аккумулировать энергию. Если не лечить, процесс сульфатирования только ухудшит состояние, и пользователь потеряет батарею.

Общие причины сульфатации аккумулятора:

a) Батареи слишком долго сидят между зарядками. Всего 24 часа в жарком климате и несколько дней в более прохладном климате.Чем дольше батарея сидит и не перезаряжается, тем больше на пластинах образуется сульфатирование.
б) Аккумулятор убирается без какого-либо энергозатрат.
c) Неправильные уровни зарядки и настройки. Например, недозаряд батареи до 90% от предела позволит сульфатировать батарею, используя 10% батареи, которая не была повторно активирована из-за невыполнения цикла зарядки.
d) Низкий уровень электролита — пластины батареи, открытые для воздуха, быстро сульфатируются.

Миф о спасении аккумулятора от сульфатирования — отключение аккумулятора.Отсоединение батареи может предотвратить капельный разряд, но не предохраняет электролит внутри батареи от разрушения. Это может помочь замедлить сульфатирование аккумулятора, но не предотвратит его окончательного возникновения.

Некоторые организации предлагают устройства для «десульфатации», которые подают импульсы на клеммы аккумулятора для предотвращения и обратного сульфатирования. Эти устройства основаны на технологиях, которые, как правило, снижают сульфатирование здоровой батареи, однако они не могут изменить это состояние.Еще один важный аспект устройств для десульфатации заключается в том, что компании, предлагающие такие устройства, придерживаются подхода «один размер для всех», что является ненаучным.

Статьи по теме:

Десульфатация

Электролит

Свинцово-кислотные батареи

Вот почему сульфатирование — плохие новости для вашей батареи

При диагностике преждевременного выхода из строя свинцово-кислотной аккумуляторной батареи вашего автомобиля технические специалисты выявляют проблему, называемую сульфатацией.Хотя это обычная проблема, есть большая вероятность, что вы никогда о ней не слышали. Знание азов сульфатирования поможет вам понять объяснение событий вашим техническим специалистом. Это также поможет вам понять, как предотвратить повторение проблемы в будущем. Учитывая все это, вот краткое изложение того вреда, который сульфатирование может нанести вашей батарее.

Как работают свинцово-кислотные батареи

Прежде чем изучать детали сульфатирования, полезно знать основы работы свинцово-кислотных аккумуляторов.Внутренняя часть батареи этого типа состоит из свинцовых пластин, окруженных раствором серной кислоты. Половина пластин, сделанных из материала, называемого перекисью свинца, несут положительный электрический заряд. Они соединены с отрицательно заряженными пластинами из губчатого свинца.

Когда течет ток и батарея разряжается во время использования, происходит несколько вещей. Во-первых, его положительная и отрицательная пластины покрываются кристаллами вещества, называемого сульфатом свинца.Это вещество образуется, когда сульфат серной кислоты соединяется со свинцом в пластинах. Батарея полностью заряжается, когда образование сульфата свинца достигает максимального уровня. На этом этапе должна произойти подзарядка. В процессе зарядки кристаллы сульфата свинца снова растворяются в растворе серной кислоты. Как только это происходит, свинцовые пластины восстанавливают свой положительный и отрицательный заряды.

Что такое сульфатион?

Термин сульфатирование используется для описания накопления сульфата свинца на свинцовых пластинах вашей батареи.Это накопление происходит каждый раз, когда батарея разряжается. Вы можете спросить, почему сульфатирование является проблемой, если оно происходит постоянно? Оказывается, процесс сульфатирования работает на двух уровнях.

При нормальном использовании аккумулятора накопление кристаллов сульфата свинца носит временный характер. Вместо того, чтобы оставаться на месте, кристаллы исчезают во время цикла перезарядки. Проблемы с сульфатированием начинаются, когда покрытие из сульфата свинца становится стойким и не исчезает.

Последствия перманентной сульфатирования

Постоянное сульфатирование может вызвать ряд проблем в свинцово-кислотных аккумуляторах.Список этих проблем включает гораздо более короткий срок службы батареи и полный отказ батареи. Также включает:

• Значительное увеличение времени нормальной зарядки
• Потеря пусковой мощности
• Аномально высокая температура внутри аккумулятора
• Необходимость более частой подзарядки аккумулятора

Постоянное сульфатирование признано экспертами основной причиной преждевременных отказов свинцово-кислотных аккумуляторов.

Как возникает проблема?

Существует множество возможных объяснений проблем с сульфатацией аккумулятора.К известным причинам относятся такие вещи, как:

• Слишком много времени между циклами зарядки аккумулятора
• Аккумулятор, у которого осталось менее 100% заряда после зарядки.
• Неправильная настройка зарядного устройства
• Отсутствие достаточного количества раствора серной кислоты внутри батареи
• Воздействие воздуха на пластины свинцовых аккумуляторов
• Хранение батареи без доступа к источнику энергии

Вы увеличиваете вероятность перезарядки до менее 100%, если часто оставляете автомобиль работать на холостом ходу.Интенсивное использование энергоемких автомобильных плагинов также может привести к той же проблеме.

Предотвращение перманентной сульфации и борьба с ней

Без сомнения, регулярное обслуживание свинцово-кислотной батареи — лучший способ избежать постоянной сульфатирования. Чтобы избежать проблем с сульфатированием во время хранения, аккумулятор должен иметь заряд не менее 12,4 В. Вам также следует избегать хранения свинцово-кислотных аккумуляторов в среде с температурой выше 75 F. Это связано с тем, что каждые 10 градусов выше этой температуры удваивают скорость разряда хранимых аккумуляторов.

Аккумулятор всегда портится из-за перманентной сульфатации? Не обязательно. Иногда проблему можно обратить вспять, если пластины аккумулятора не покрыты толстым слоем кристаллов сульфата свинца. Однако сильно поврежденная батарея может никогда не восстановиться. Из соображений безопасности только профессионал, имеющий опыт работы с свинцово-кислотными аккумуляторами, должен когда-либо пытаться обратить вспять симптомы перманентного сульфирования.

Есть ли у аккумуляторной батареи симптомы затяжного сульфатирования? Посещение местного специалиста по аккумуляторным батареям в Powertron должно помочь вам проверить наличие проблемы.Если повезет, проблему поможет профессиональная подзарядка. Если это не так, вам придется купить новую батарею. Это помогает знать, что у вас есть выбор, когда дело доходит до поиска подходящего источника питания. Многие люди ищут товары только в автомобильных магазинах с большими ящиками. Однако у Powetron Battery Co. есть все необходимые опции по самой доступной цене.

Избегайте сульфатирования аккумулятора с помощью зарядного устройства BatteryMINDer

Сортировать по: Популярные товарыНовейшие товарыЛучшие продажиАлфавитный: от A до ZАлфавитный: от Z до AAvg.Отзывы клиентов Цена: от низкой к высокой Цена: от высокой к низкой

Некоторые производители зарядных устройств заявляют, что сульфатирование аккумуляторов не разовьется, если аккумулятор всегда остается полностью заряженным. Это неверно.

Что такое сульфатирование аккумулятора?

Сульфатион , скопление кристаллов сульфата свинца, является основной причиной ранних отказов свинцово-кислотных, герметичных AGM или затопленных (мокрые крышки заливных горловин) аккумуляторов.Сульфатированная батарея может привести к:

• потеря мощности при запуске
• более длительное время зарядки
• чрезмерное нагревание, приводящее к «выкипанию»
• сокращение времени работы без подзарядки
• значительно сокращает время автономной работы

Другие причины выхода из строя аккумуляторной батареи включают: вибрацию, загрязнение, повреждение зарядных пластин (из-за перегрева), а также недостаточную или чрезмерную зарядку.

Что вызывает сульфатную батарею?

Все свинцово-кислотные аккумуляторные батареи вырабатывают сульфаты в течение своего срока службы.Сюда входят новые герметичные «сухие», такие как Optima, Odyssey, Exide и межштатные типы AGM со спиральной намоткой. Батареи сульфатируются каждый раз, когда они используются (разряжаются — заряжаются). Если они перезаряжены, недозаряжены или оставлены разряженными, в некоторых даже на несколько дней, у них быстро вырабатывается сульфат. Даже когда аккумулятор хранится полностью заряженным, сульфат будет образовываться, если не использовать десульфатирующее зарядное устройство. Использование или хранение аккумуляторов при температуре выше 75 ° F ускоряет саморазряд и резко увеличивает сульфатирование аккумуляторов.Фактически, скорость разряда удваивается, как и сульфатирование, на каждые 10 ° F повышения температуры выше комнатной.

Используйте зарядное устройство для десульфатирующей батареи, чтобы предотвратить повреждение

Сульфатированный аккумулятор можно безопасно восстановить с помощью высокочастотных электронных импульсов (НЕ высокого напряжения). В отличие от других зарядных устройств импульсного типа, которые заявляют об этой или аналогичных звуковых характеристиках, в зарядных устройствах для десульфатации аккумуляторов VDC BatteryMINDers ^® используется диапазон высоких частот. Это гарантирует, что сульфатирование как старых, так и вновь образовавшихся аккумуляторов будет безопасно растворено в кратчайшие сроки.Другие зарядные устройства импульсного типа, использующие только одну фиксированную частоту, могут удалить некоторые, но не все, особенно давно установленные, затвердевшие кристаллы сульфата.

В чем уникальность метода десульфатации BatteryMINDer ^® ?

Наши запатентованные в США методы поистине уникальны. Создавая только необходимый диапазон частот и избегая высоких напряжений, мы исключаем возможное повреждение пластин аккумуляторов, известное как «отслаивание».Серная кислота, главный ингредиент кристаллов сульфата, может затем легко переходить в электролит (жидкий, гель или абсорбированный). Это немедленно увеличивает его удельный вес и освобождает пластины для хранения, чтобы теперь принять более полный заряд. Делает это в кратчайшие сроки, не выделяя излишнего тепла. В этом процессе не происходит потери электролита, что гарантирует, что герметичные батареи, а также «мокрые» батареи никогда не умирают из-за потери электролита. Проверка аккумулятора на сульфатирование расскажет вам о состоянии аккумулятора больше, чем любая «анекдотическая» история.

Оптимизация производительности аккумулятора без сульфатов

Как и в случае с нашим собственным телом, профилактика всегда лучше реабилитации. Благодаря способности BatteryMINDers ^® полностью заряжаться без перезарядки, независимо от того, как долго они оставались подключенными, нет никаких причин, по которым сульфатирование батареи когда-либо должно стать проблемой. Кроме того, если сульфатирование никогда не достигнет опасного уровня, и аккумулятор никогда не будет подвергаться перезарядке, можно ожидать, что срок его службы и производительность будут в несколько раз лучше, чем у любой аккумуляторной батареи, оставшейся до саморазряда.

Вот вопросы, которые вы должны себе задать:

• Хочу ли я, чтобы мои батареи прослужили как можно дольше (5+ лет)?
• Хочу ли я наивысшего уровня производительности в течение всего срока службы?
• Я хочу, чтобы они заряжались как можно быстрее?
• Хочу ли я исключить или значительно сократить обслуживание батареи (добавление воды и т. Д.)?
• Хочу ли я использовать наименьшее количество электроэнергии для зарядки аккумуляторов?
• Хочу ли я отыграть стоимость зарядного устройства до того, как мне понадобится заменить батарею, для которой я купил его впервые? ¹

Если вы ответили утвердительно на любой из этих вопросов, то вам необходимо десульфатирующее зарядное устройство для аккумуляторов.Помните, что на BatteryMINDers ^® предоставляется 100% гарантия возврата денег плюс пятилетняя гарантия «без хлопот», 100% гарантия на детали и ремонт или полную замену.

¹ Предположим, вы начали с новой батареи стоимостью 85–150 долларов и использовали BatteryMINDer ^® в соответствии с инструкциями.

— Creative Diagnostics

Введение сульфатирования

Сульфатирование относится к биохимическому процессу, при котором неорганический сульфат образует биологически активный органический сульфат при катализе ферментом.Элементарная сера в форме неорганических сульфатов может быть биодоступной только после метаболической активации, такой как 5′-аденозин-5 ‘фосфосульфат (APS) и 3′-фосфатные железы, 3′-фосфоаденозин-5’-фосфосульфат (PAPS). Синтез PAPS — это двухступенчатый катализ сульфатазы АТФ (аденозинтрифосфат) и киназы APS. Неорганический сульфат реагирует с АТФ с образованием APS и пирофосфата; затем APS реагирует с ATP с образованием PAPS и ADP (аденозиндифосфата). Семейство трансфераз серной кислоты отвечает за перенос активированных сульфатных групп от PAPS к различным биомолекулам, таким как гормоны, нейротрансмиттеры, углеводы и тирозин.Кроме того, APS и PAPS также используются для синтеза восстанавливающих метаболитов серы, таких как компоненты многих белков — метионина и цистеина.

Роль сульфатирования

Сульфатирование важно в организме для сульфатирования белков и сульфатирования полисахаридов; для действия некоторых нейропептидов необходимо сульфатирование тирозина. Например, гормональная активность CCK зависит от сульфатирования остатков тирозина, поскольку активность сульфатированных CCK в 260 раз больше, чем несульфатированных CCK.Сульфат тирозина может быть формой одного продукта трансляции, который образует множество фенотипов. Например, подкисление серы не влияет на способность гастрина стимулировать секрецию желудочного сока. Однако после подкисления тирозиновой кислоты серой гастрин обладает второй биологической активностью. Андерсен и Стодил наблюдали, что предшественник гастрина обрабатывается по-разному в разных тканях. Степень, в которой макромолекулы превращаются в маленькие молекулы, связана с присутствием сульфатирования тирозина.Сульфатирование тирозина происходит в сети цис-Гольджи. Следовательно, почти наверняка сульфатирование происходит до ферментативного гидролиза предшественника пептида, поэтому сульфатирование способствует процессингу предшественника гастрина. Недавно Frioderieh et al. провели серию исследований феромона l желтка дрозофилы, которые показали, что сульфатирование тирозина может влиять на транспорт секретируемых белков. Различные полисахариды могут усиливать биологическую активность, и эта активность становится более выраженной после сульфатирования полисахаридов.Декстрансульфат является поликлональным активатором В-лимфоцитов и вызывает пролиферацию Т-лимфоцитов периферической крови. Zhen huanguo изучал влияние сульфатирующего полисахарида астрагала (sAPS), сульфатного полисахарида эпимедиума (sEPS) и сульфатированных полисахаридов дягиля (sCAPS) на пролиферацию лимфоцитов периферической крови цыплят; Результаты показали, что соответствующие дозы пяти видов сульфатированного полисахарида могут отдельно или вместе с глобулином зерен фасоли (ConA) стимулировать пролиферацию лимфоцитов и оказывать определенный эффект.Противовирусная активность сульфатированных полисахаридов в основном обусловлена ​​характеристиками его полианионов, в то время как полианионные свойства в основном обусловлены сульфатными группами в его молекулах. Сильно отрицательно заряженные сульфатные полианионы связываются с вирусами или клеточной поверхностью и положительно заряженными молекулами, что может стереоскопически ингибировать адсорбцию вируса; сульфатированные полисахариды также могут напрямую ингибировать определенные стадии проникновения вирусов в клетки или ингибирования их проникновения в клетки; Кроме того, сульфатированные полисахариды могут также подавлять экспрессию вирусных антигенов, подавлять образование синцитий и подавлять активность обратной транскриптазы и антиоксидантные эффекты.Полисахариды обычно обладают антикоагулянтной активностью после сульфатирования и могут быть эффективным заменителем гепарина. Сюй Чжунпин обнаружил, что сульфат ламинарии может ингибировать адгезию основного фактора роста фибробластов (bFGF) и bFGF-зависимых клеток, тем самым эффективно подавляя образование трубчатых структур эндотелиальных клеток и подавляя образование хориоаллантоисной мембраны курицы, и обладает антимышиным RIF- 1 активность роста опухоли.

Регламент сульфатирования

Биомакромолекулы являются основными носителями различных видов жизнедеятельности, таких как полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, которые обладают функциями повышения иммунитета, замедления старения, окисления, рака и ревматоида.Сульфатированные полисахариды и белки привлекли к себе пристальное внимание в последние годы из-за их биологической активности, такой как антиоксидантная, противовирусная и противоопухолевая. Введение сульфата изменяет физические и химические свойства биомакромолекул, тем самым влияя на их биологическую активность. Когда сульфатная группа не вводится, некоторые полисахариды не обладают биологической активностью, такой как устойчивость к окислению и антикоагулянт. После введения сульфата полисахариды и белки получают биологическую активность, такую ​​как антиокислительная и антисвертывающая.Каррагинан и гепарин обладают активностью ингибирования репликации вируса герпеса и антикоагуляции, но если удалить сульфат этих полисахаридов, указанная выше активность исчезает, указывая на то, что введение сульфатных групп улучшает биологическую активность полисахаридов и белков. Сульфатирующие свойства биомакромолекул связаны не только с содержанием сульфата, но также с молекулярной массой и структурой. Yamada et al. приготовил сульфатированный каррагинан и обнаружил, что низкомолекулярный сульфатированный каррагинан (молекулярная масса 50000 Да) имеет более высокую активность против ВИЧ, чем сульфатированный каррагинан с другой молекулярной массой.Низкомолекулярный сульфатированный хитозан, синтезированный Xing и др. , обладает более сильной способностью улавливать супероксидный анион-радикал и гидроксильный радикал, чем хитозан, сульфированный полимером. Указывается, что биоактивность сульфатированного продукта тесно связана с молекулярной массой после модификации сульфатом.

Артикулы:

1. Бай Кью, Сюй Л., Какияма Г., и др. . Сульфатирование 25-гидроксихолестерина с помощью SULT2B1b снижает клеточные липиды через сигнальный путь LXR / SREBP-1c в эндотелиальных клетках аорты человека. Атеросклероз. 2011, 214 (2): 350-356.
2. Раух Дж. Н., Чен Дж. Дж., Сорум А. В., и др. Интернализация тау-белка регулируется 6-O сульфатом на гепарансульфатных протеогликанах (HSPG). Научные отчеты. 2018, 8 (1).
3. Мюллер Дж. У., Гиллиган Л. К., Идковяк Дж., и др. Регулирование действия стероидов с помощью сульфатирования и десульфатации. Эндокринные обзоры. 2015, 36 (5): 526-563.

Твиттер Facebook

Интернализация тау-белка регулируется 6-O-сульфатом на гепарансульфат-протеогликанах (HSPG)

Chemicals

Гепарин, хондроитинсульфат, гепарансульфат и десульфатированные гепарины (Neoparin & Galen Labs Supplies).Dynasore Hydrate (Sigma). Hoechst (Thermo Scientific).

Очистка, мечение и фибрилляция белков

Тау-белок полной длины (2N4R, 1-441aa) очищали с небольшими модификациями ранее опубликованных протоколов ³⁹ . Вкратце, тау 2N4R в плазмиде pRK172 экспрессировался в E . coli BL21 (DE3). Осадки клеток собирали и ресуспендировали в буфере для лизиса клеток (50 мМ MES pH 6,5, 5 мМ DTT, 1 мМ PMSF, 1 мМ EGTA) + таблетки полного ингибитора протеазы (Roche).Лизат обрабатывали ультразвуком, кипятили в течение 10 минут, а затем центрифугировали при 50 000 × g в течение 30 минут при 4 ° C. Затем супернатант осаждали сульфатом аммония (20% мас. / Об.) И центрифугировали при 20000 × g в течение 30 мин при 4 ° C. Осадок ресуспендировали в 4 мл буфера MonoS A (50 мМ MES pH 6,5, 50 мМ NaCl, 2 мМ DTT, 1 мМ PMSF, 1 мМ EGTA) и диализовали в течение ночи против того же буфера. Белок загружали в колонку MonoS (GE Healthcare) и элюировали линейным градиентом NaCl с использованием буфера B MonoS (буфер A + 1 M NaCl).Фракции, содержащие 2N4R тау, объединяли, концентрировали и диализовали в течение ночи в PBS, pH 7,4. Концентрацию белка определяли с помощью анализа BCA (Thermo Scientific).

Протеин был помечен Alexa Fluor® 488 или 647 сложным эфиром 5-SDP (Life Technologies) в соответствии с инструкциями поставщиков. После мечения добавляли 100 мМ глицина, чтобы погасить реакцию, и белки подвергали обессоливанию на колонках Zeba (Thermo Scientific) для удаления любой непрореагировавшей метки. Среднее количество добавленных этикеток было от 1 до 1.5 моль / моль белка, как определено путем измерения флуоресценции и концентрации белка (A _max x MW белка / [белок] x ε _{краситель} ). Для получения тау-фибрилл и олигомеров 10 мкМ белка в PBS, 1 мМ DTT, pH 7,4, смешивали с гепарином (0,05 мг / мл) и инкубировали при встряхивании при 37 ° C. Образование олигомеров наблюдали через 4 часа встряхивания, тогда как образование фибрилл формировалось через 5 дней ¹³ . Для изготовления образцов фибрилл, обработанных ультразвуком, фибриллированный белок обрабатывали ультразвуком с использованием MiSonix Sonicator 4000 (QSonica, LLC) при 50% амплитуде в течение 60 импульсов длительностью 1 с.Мутация 2N4R (C291S, C322S) для удаления обоих остатков цистеина, важных для образования димера, позволила нам дополнительно подтвердить, что тау-мономер действительно может быть интернализован (данные не показаны).

Просвечивающая электронная микроскопия

Фибриллы тау и обработанные ультразвуком фибриллы (1 мкМ) абсорбировали на медных сетках размером 200 меш, покрытых формваром, промывали и окрашивали 2% раствором уранилацетата. Затем сетки получали изображение с помощью JEOL JEM-1230 (JEOL USA, Inc) при указанном увеличении.

Динамическое рассеяние света

Растворы белков (1 мкМ) отфильтровывали (0.45 мкм) и анализировали с помощью Zetasizer Nano ZS (Malvern). Зависящая от времени автокорреляционная функция фототока при фиксированном угле 175 ° регистрировалась каждые 10 с, с 15–20 сборами для каждого прогона и как минимум с тремя повторениями. Столбики ошибок, отображаемые на графиках DLS, были получены по стандартному отклонению (SD) между повторами.

Культура клеток, трансфекции и обработки

клеток h5 культивировали в среде DMEM с добавлением 10% FBS, 100 мкг / мл пенициллина / стрептомицина.Клетки SHSY-5Y культивировали в среде DMEM / F12 с добавлением 10% FBS, 100 мкг / мл пенициллина / стрептомицина. Клетки ReN-VM культивировали на планшетах с покрытием Matrigel (Corning) в среде DMEM / F12 с добавлением 2 мкг / мл гепарина (STEMCELL Technologies), 2% B27 (Life Technologies, 100 мкг / мл пенициллина / стрептомицина, 20 мкг / мл bFGF ( Stemgent), 20 мкг / мл EGF (Sigma). Культуры поддерживали в увлажненной атмосфере с 5% CO ₂ при 37 ° C.Трансфекцию клеток h5 Sulf1 (Addgene # 13003) или Sulf2 (Addgene # 13004) проводили. выполняли с Lipofectamine 3000 (Invitrogen) в соответствии с инструкциями производителя, и клетки анализировали через 48 часов.Сверхэкспрессия была подтверждена иммуноцитохимическим методом с использованием эпитопа his tag и количественной ПЦР. Для конкурентных экспериментов гепарин (и различные производные) добавляли в среду непосредственно перед добавлением тау в указанных концентрациях.

iPS культивирование и дифференциация

CRISPRi iPSc с индуцибельным TRE3G-dCas9KRAB-T2A-mCherry поддерживали в 6-луночных планшетах с покрытием Matrigel (Corning) со средой mTeSR1 (STEMCELL Technologies) и разделяли с помощью ReLeSR (STEMCELL Technologies) в точке a. : 20 каждые 4–5 дней.Для дифференциации клетки CRISPRi были разделены с помощью Accutase и дважды инфицированы вирусом NeuroD1-IRES-eGFP-Puro (Addgene # 45567) согласно ранее опубликованным методам ⁴⁰ . Для индукции экспрессии NeuroD1 добавляли доксициклин, и на следующий день клетки отбирали пуромицином (5 мкг / мл). После отбора клетки поднимали обработкой аккутазой и повторно помещали в 24-луночные планшеты, покрытые PEI, в соотношении 1:12. Через три дня среду заменили на нейрональную среду Brain Phys (STEMCELL Technologies) с доксициклином и AraC для удаления любых оставшихся делящихся клеток.На 8 день клетки инфицировали специфическими конструкциями sgRNA. iPS-нейроны анализировали между 14-18 днями зрелости, как описано ниже. Иммуноцитохимия использовалась для подтверждения свойств нейронов (дополнительный рис. 1e).

Проточная цитометрия

клеток h5 высевали по 50 000 клеток на лунку в 24-луночный планшет. На следующий день среду заменяли, и клетки обрабатывали различными концентрациями AF488-меченного тау-белка в течение 1 ч (если не указано иное) при 37 ° C. Для экспериментов по поглощению ReN-VM среду заменяли на DMEM / F12 без B27 или гепарина.Затем клетки дважды промывали PBS и обрабатывали трипсином для подъема клеток с планшета. Идентичные контрольные эксперименты были выполнены при 4 ° C, чтобы подтвердить, что белок тау был интернализован, а не просто прилипал к клеточной мембране. Поднятые клетки анализировали с использованием проточного цитометра Accuri-C6, и йодид пропидия использовали для исключения мертвых клеток из анализа.

CRISPRi screen

Мы создали стабильную линию клеток нейроглиомы h5 с поддержкой CRISPRi путем трансдукции клеток h5 лентивирусной плазмидой pHR-SFFV-dCas9-BFP-KRAB ⁴¹ и отбора поликлональной популяции BFP-экспрессирующих клеток с помощью FACS.Эти клетки трансдуцировали с помощью библиотеки sgRNA CRISPRi следующего поколения (подбиблиотека «Рак и апоптоз») ²² , и трансдуцированные клетки отбирали с использованием пуромицина (1 мкг / мл). Среду заменяли свежей DMEM, содержащей мономеры тау-белка, меченные AF488, в конечной концентрации 25 нМ в течение 1 ч при 37 ° C. Клетки дважды промывали, трипсинизировали и ресуспендировали в буфере FACS (PBS с 0,5% FBS). BD-FACAria II использовали для сортировки живых клеток на две популяции на основе верхней и нижней третей флуоресценции AF488; приблизительно 15 миллионов и 17 миллионов клеток были извлечены из популяций с высокой и низкой флуоресценцией соответственно.Полученную ДНК выделяли, кассету, кодирующую sgRNA, амплифицировали с помощью ПЦР, и относительное количество sgRNA определяли секвенированием следующего поколения, как описано ранее ^21,24 . Мы проанализировали полученные данные, используя нашу ранее разработанную количественную структуру для объединенных генетических скринингов ^23,24 . Статистическая значимость для каждого целевого сайта начала транскрипции была рассчитана с использованием U-критерия Манна-Уитни для сравнения фенотипов 5 sgRNAs, нацеленных на сайт запуска транскрипции, с распределением фенотипов 280 нецелевых sgRNAs в библиотеке.

ELISA

Гепарин был приобретен у AMSBio (AMS.HEP001-100), и все производные гепарина были приобретены у Neoparin (GT6011, GT6012, GT6013, GT6014, GT6020, GT6030). Гепарин / производные гепарина были биотинилированы путем взаимодействия их свободных аминов (расчетное содержание 1–5% для гепарина) с EZ-связью Sulfo-NHS-LC-Biotin (Thermo) в соответствии с протоколом производителя. Вкратце, гепарин / производные гепарина и биотиновый реагент объединяли в PBS (pH 7,4) и инкубировали при комнатной температуре в течение 1 часа.Избыток реагента удаляли, буфер заменяли на воду Milli-Q и образцы концентрировали центрифугированием на центробежных фильтрах Amicon Ultra-0,5 мл (Millipore, отсечка 3k). Для анализов ELISA биотинилированные гепарин / производные гепарина иммобилизовали на планшетах со стрептавидином с последующей 2-часовой инкубацией с тау-белком 2N4R, содержащим C-концевую метку myc (серия 10-кратных разведений). Связанный тау-белок детектировали с использованием антитела, конъюгированного с myc HRP (Bethyl, A190-105P), визуализировали с использованием субстрата TMB (R&D Systems) и количественно оценивали с помощью УФ-видимого излучения.Поглощение для каждой пластины измеряли при 450 и 550 нм. Измерение 550 нм представляет собой поправку на дефекты пластины и было вычтено из значений 450 нм. Данные были нормализованы для контроля гепарина и соответствовали математической модели связывания Хилла, где это необходимо, с использованием уравнения Y = B _max * X ^H / ( K _d ^H + X ^H ) , где H — наклон холма (переменная), X — концентрация тау, а B _max — связывающий максимум.

Культивирование срезов мышей и измерения EPSP

Протоколы и процедуры были одобрены Комитетом по уходу и использованию институциональных животных Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и выполнялись в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов. здоровья. Культуры срезов получали, как описано ранее ²⁷ . Возбуждающие постсинаптические потенциалы гиппокампа (ВПСП) измеряли с помощью многоэлектродной матрицы (МЭА).Стимулирующий ток вводился в область среза гиппокампа с помощью МЭА-электрода с величиной стимулирующего тока в диапазоне от 20 до 80 мкА. Затем измеряли ВПСП, записывая электрод в другой области среза гиппокампа. Меньшие токи стимула возбуждают меньшее количество клеток, и поэтому измеренные ВПСП имеют меньшие величины.

qPCR

Набор для экстракции РНК Purelink (Invitrogen) был использован для выделения РНК из образцов. Затем РНК (1 мкг) была преобразована в кДНК с использованием обратной транскриптазы III SuperScript (Invitrogen) в соответствии с инструкциями поставщика.Количественную ПЦР в реальном времени выполняли с использованием Power SYBR Green PCR Master Mix (Applied Biosystems) в соответствии с протоколом системы ПЦР в реальном времени QuantStudio TM 12 K Flex. Уровень мРНК GAPDH использовали для нормализации образцов.

Иммуноцитохимия

Клетки фиксировали 4% параформальдегидом в течение 15 мин при комнатной температуре с последующими тремя промываниями PBS. Клетки пермеабилизировали 0,25% тритоном X-100 в PBS и блокировали в течение 1 часа в блокирующем буфере при комнатной температуре (1% BSA, 300 мМ глицин, 0,1% желатин, 4% ослиная сыворотка в TBST).После блокирования клетки инкубировали с первичными антителами, разведенными в блокирующем буфере, в течение ночи при 4 ° C. На следующий день клетки промывали трижды (по 5 минут) 0,05% твина-20 в PBS. Использовали следующие первичные антитела: тау-46 (Invitrogen, 36400, 1: 1000), MAP2 (Millipore, AB5622, 1: 1000) и анти-his (Thermo Scientific, MA1-21315, 1: 1000). Вторичные антитела (Life Technologies, A21422, A21206, 1: 1000) инкубировали в течение 1 часа при комнатной температуре, трижды промывали 0,05% твин-20 в PBS и отображали с помощью микроскопа Olympus IX71 или Olympus Fluoview 1000 Spectral Confocal.

Анализ дисахаридов

Осадки клеток со сверхэкспрессией WT, Sulf1 и Sulf2 ресуспендировали в PBS и расщепляли проназой (конечная концентрация 2 мг / мл) в течение ночи при 37 ° C. Образцы пропускали через шприц-фильтр 0,22 мкм для удаления клеточных частиц и наносили на колонки с ДЭАЭ-целлюлозой, уравновешенные 0,2 М NaCl в PBS. Колонки тщательно промывали 0,2 M NaCl в PBS, GAG элюировали 1,0 M NaCl в PBS, и элюированные фракции объединяли, быстро замораживали и лиофилизировали.Очищенные ГАГ переваривали с использованием комбинации гепариназ I, II и III, и полученные дисахариды выделяли фильтрованием по размеру и затем метили AMAC, как описано ранее ⁴² . Меченый AMAC HS лиофилизировали и восстанавливали в 50% ДМСО и хранили при -20 ° C перед анализом.

Анализ образцов выполняли на колонке Zorbax Eclipse XDB-C18 RP-HPLC (4,6 мм × 75 мм, 3,6 мм; Agilent Technologies), работающей на системе ВЭЖХ Agilent серии 1100.Образцы разбавляли 60 мМ ацетатом аммония (pH 5,6) и наносили на колонку, которую уравновешивали 98% -ным раствором A / 2% -ным раствором B (A: 60 мМ ацетат аммония, pH 5,6; B: ацетонитрил). Колонку выдерживали в 2% растворе в течение 0,5 мин, а затем меченные AMAC дисахариды элюировали мелким градиентом 2–12% раствора B в течение 25 мин при скорости потока 1 мл / мин.