Исследование углеводного состава растений Cousinia Fetissowii химическими методами

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Исследование углеводного состава растений Со^ша Fetissowii химическими методами Ажибаева З. С.1, Турдумамбетов К.2

'Ажибаева Зулайка Сулаймановна / Ajibaeva Zulaika Sulaymanovna — преподаватель, кафедра естественно-научных дисциплин, Ошский государственный университет, г. Ош;

2Турдумамбетов Кенешбек / Turdumambetov Кепе.кЬек — доктор химических наук, заведующий лабораторией,

лаборатория химии и технологии углеводов, Национальная академия наук Кыргызской Республики, г. Бишкек, Кыргызская Республика

Аннотация: в статье рассмотрены вопросы изучения химического состава углеводного комплекса в растениях рода Cousinia Fetissowii в зависимости от фенофазового состояния и места произрастания. Проведены экспериментальные исследования по выделению и установлению структур водороастворимых полисахаридов и спирторастворимых олигосахаридов. Ключевые слова: еоы.та, глюкофруктаны, олигосахариды, полисахариды, корни, надземная часть.

Роль углеводов и их производных в жизнедеятельности организма человека и животных неоспорима. По своим качествам они находят широкое применение как физиологически активные вещества при ряде заболеваний, обладают способностью помогать усвоению организмом других лекарственных средств, а также используются как препараты, поднимающие общий иммунитет и сопротивляемость организма.

В настоящее время углеводам уделяется все большее внимание и наиболее признанной является Б-фруктоза, которую вследствие ее левого вращения долгое время называли левулезой или фруктовым сахаром.

Растения семейства Сложноцветных занимают высокое положение на эволюционной лестнице растительного мира. Многие из них обладают способностью накапливать в себе радиоактивные вещества, микроэлементы, /1/ в значительных количествах продуцируют эндизоны, тем самым выдвигая ряд интересных проблем и решений /2/.

Нами было исследовано содержание углеводов в подземных органах растений родов Cousinia Fetissowii семейства Сложноцветных.

Изучение динамики углеводного комплекса проводилось с учетом общего метаболизма растений. В корнях растений изучался углеводный состав в зависимости от фенофазового состояния и в местах произрастания.

Углеводный состав моно- и олигосахаридов определяли с помощью обработки сырья 82 %-ным этанолом. В сгущенном под вакуумом спиртовом экстракте определяли моно- и олигосахара после гидролиза, полисахара (ПС) в гидролизатах водных экстрактов в одних и тех же навесках сырья /3/. О ходе изменения углеводного состава отдельных представителей растений удобно судить по изменению их содержания в зависимости от места сбора, фазы развития и исследованного органа. Из остатков растений (шрот) были определены пектиновые вещества и гемицеллюлозы. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1. Углеводный состав в корнях растений, в зависимости от фенофазового развития

Фаза развития Сумма углеводов % Моносахариды % Олигосахариды % Глюкофруктаны % Пектинов ые вещества % Геми-целлюлозы %

Ростки 14,9 0,4 8,2 2,4 1,7 2,2

Бутонизация 23,2 0,8 12,6 4,8 2,2 2,8

Цветение 30,1 0,7 11,0 10,9 3,1 4,4

Плодоношение 30,2 0,5 7,1 12,5 3,9 6,2

Отмирание надземной части 21,6 0,3 3,8 11,2 2,4 3,9

Как видно из таблицы, по мере роста растений увеличивается содержание олигосахаридов до фазы бутонизации, достигая максимума 12,6 %, а содержание полисахаридов достигает максимума в фазе

плодоношения (глюкофруктан - 12,5 %, пектиновые вещества до 3,9 % и гемицеллюлозы 6,2 %), а затем их содержание снижается. Данные проведенного анализа показывают, что основными продуктами корней растений являются водорастворимые полисахариды (ВРПС) и спирторастворимые олигосахариды (ОС).

ОС - порошок слегка желтоватого цвета, хорошо растворимый в воде.

Изучение спирторастворимых сахаров проводилось в сгущенном спиртовом экстракте. Спиртовые экстракты сначала осветляли активированным углем, затем сгущали до густого сиропа, после чего анализировали с помощью БХ на бумаге Filtrak FN-7 и в результате обнаружили серию D -фруктофуранозоидов, с Rf равных 1,0; 0,81; 0,73; 0,65; 0,53; 0,49; 0,32; 0,29; 0,23; 0,19; 0,14; 0,7, образующих гомологический ряд из двенадцати пятен.

При сопоставлении с истинными свидетелями они оказались фруктозой, глюкозой, ди-, три-, тетрасахаридами и неизвестными нам цепочки сахаров.

Ряд начинается с фруктозы, Rf которой принят за единицу, далее следуют глюкоза, дисахарид, трисахарид, тетрасахарид и сахара, которые не были определены из-за малого их количества. Индивидуальные олигосахариды были выделены по методу [5] на колонке (57 х 2,5см) [6] с сефадексом. G-25 из суммы олигосахаридов ди-три-тетрасахариды. В разделенных фракциях был определен их молекулярный вес с помощью гель-хроматографии на колонке фенол-серным [7] методом. Установлено, что первым и вторым гомологами являются фруктоза и глюкоза, а третий олигосахарид был выделен препаративным методом на колонке с сефадексом G-25.

При полном кислотном гидролизе дисахаридов при помощи БХ были обнаружены фруктоза и глюкоза, другие сахара отсутствовали. [а]Б22= 66,5°. Следовательно, третий сахар (дисахарид) является сахарозой.

Трисахарид, выделенный на колонке, подвергали гидролизу, затем методом БХ обнаружили фруктозу и глюкозу, количественное содержание которых по Кольтгофу составляет 67 % и 33 %, т. е. соотношение фруктозы и глюкозы равно 2:1.

Трисахарид был метилирован по методу Хакомори [8]. После формолиза и кислотного гидролиза перметилатов с помощью ТСХ были обнаружены следующие перметилаты сахаров: 2,3,4,6-тетра-О-метил-Б-глюкоза, 1,3,4,6- тетра- O-метил-D-фруктоза и 3,4,6-три-O-метил-D-фруктоза, имеющие характерные связи типа инулина в - (2^1).

По значению угла удельного вращения [а]Б21= 28°(с.1,0, Н20), молекулярной массе, количественному содержанию фруктозы и глюкозы и анализу продуктов метиллирования трисахарид является 1£-кестозой -О-в-Б-фруктофуранозил- (2^1)-О-а-Б- глюкопиранозидом.

Таким образом, из корней в спиртовом экстракте впервые была выделена 1£-кестоза.

Тетрасахарид при полном кислотном гидролизе расщепляется на фруктозу, глюкозу и галактозу. Это расщепление было проанализировано с помощью БХ в сравнении с истинными свидетелями. Нами была определена его температура плавления (100°С) и угол удельного вращения [а] Б21= 139° (литературные данные для гидрата стахиозы -Тпл. 100°С [а] Б20= 139,2°) [9].

Полисахарид, выделенный водой после удаления олигосахаридов (после обработки спиртом) представляет собой белый порошок, хорошо растворимый в воде при 60°С. В гидролизате при гидролизе 0,5 % соляной кислотой в течение 45 минут из водорастворимых полисахаридов с помощью БХ в системе н. бутанол-пиридин-вода (6:4:3) с помощью кислого анилинфталата были идентифицированы только глюкоза и фруктоза, которые являются основными продуктами, других моносахаридов обнаружено не было, следовательно они представляют собой сумму глюкофруктанов.

По результатам гель-хроматографии исходный глюкофруктан оказался полидисперсным. Чтобы получить однородную фракцию, было проведено фракционирование водного экстракта этанолом. Однородную фракцию выделили из водного экстракта дробным осаждением этиловым спиртом. В результате были получены четыре фракции (таблица 2).

Таблица 2. Фракционирование водорастворимого полисахарида

Соотношение водного экстракта 1:1 1:1,5 1:2 1:2,5 1:3

Фракция № 1 2 3 4 _

Выход % 1,2 3,3 90,4 3,2 _

Молекулярная масса 21000 17400 14500 11000 _

Содержание фруктозы 88,0 89,3 92,0 94,0 —

Фракция 3 однородна и имеет наибольший выход водорастворимого глюкофруктана, что послужило основанием для его дальнейшего изучения.

Фракцию 3 подвергали кислотному гидролизу, в гидролизате с помощью БХ обнаружили фруктозу и глюкозу, количественное содержание которых определяли по Кольтгофу [10]. Содержание фруктозы составляло 92 %. Следовательно, изучаемая фракция водорастворимого полисахарида является глюкофруктаном. Угол удельного вращения, определенный на сахариметре СУ-3 оказался отрицательным [a] D21+ 39,0°см"1 (С.1,0; H2O).

Для выяснения типов глюкофруктанов, фракцию 3 подвергали периодатному окислению [11]. Окисление проводили при комнатной температуре 0,1м. раствором NaJO4 при постоянном перемешивании. Пробы для анализа отбирали через каждые сутки. Опыт проводили до полного окисления в течение 120 часов, в это время расход периодата натрия оставался постоянным и далее не менялся. При окислении выделившуюся муравьиную кислоту определяли титрованием 0,01ц раствором едкого натрия, расход периодата натрия составил 0,99 молей на один моль ангидрогексозного звена, а выделившаяся муравьиная кислота составляла 0,04 моля.

После окисления реакционную смесь восстанавливали боргидридом натрия с последующим кислотным гидролизом в течение 5 часов. Нейтрализованную реакционную смесь анализировали методом БХ, где обнаружили в преобладающем количестве глицерин и следы фруктозы, что может свидетельствовать е присутствии как 2—1, так и 2—6 связи, указывающих на наличие разветвления углеводной цепи (присутствие фруктозы). Легкость и скорость кислотного гидролиза глюкофруктана Ф-3 подтверждается наличием фуранозной формы D-фруктозы, а отрицательное значение угла удельного вращения указывает на Р-конфигурацию глюкозидной связи.

Метилирование глюкофруктана Ф-3 проводили по методу Хакомори [8] с двухкратной повторяемостью. Полноту метилирования контролировали тонкослойной хроматографией. Как известно, метилированные продукты плохо растворяются в воде, поэтому был проведен формолиз с последующим кислотным гидролизом. В гидролизатах Ф-3 методом тонкослойной хроматографии при сравнении с истинными свидетелями обнаружили 2,3,4,6-тетра- О-Ме-D- глюкозу, 1,3,4,6- тетра- О-Ме-D- фруктозу, 3,4,6-три-О-Ме^- фруктозу и 1,3,4 - три- О-Ме-D- фруктозы, и следы ди-О-Ме^-фруктозы.

Присутствие основного продукта 3,4,6-три-О-Ме^- фруктозы указывает на преобладание связей Р-(2—>1) типа инулина, 1,3,4-три-О-Ме^-фруктозы на характерные связи в-(2—6) типа левана, состоящих из фруктофуранозных остатков.

Анализ продуктов метилирования подтверждает результаты периодатного окисления, в полимерной цепи глюкофруктанов Ф-3 имеются как 2—1 в, так и 2—6 в связанные фруктофуранозные остатки, невосстановливающим концевым остатком является a-D-глюкопираноза.

Литература

1. Мурсалиев А. М. Микроэлементы в Киргизии. Фрунзе: Илим, 1976.

2. Абубакиров H. K. Экдистероиды цветковых растений (Angiospermae) // Химия природных соединений. 1981. С. 685-702.

3. Иванов И. Н. Методы физиологии и биохимии растений. Л.:1935, 22 с.

4. Афанасьева Е. М. Растительные ресурсы. 1972 г. Т. VIII., В 1, С. 194.

5. А.с. № 955928. Способ получения фруктозанов. [Текст] / К. Н. В. Плеханова, Турдумамбетов, А. Бердикеев, Г. П. Федорченко.// Бюл.№ 33. 07.09.1981.

6. Детерман Г. Гель-хроматография. Гель-фильтрация. Гель-проникающая хроматография [Текст] / Г. Детерман. М.: Мир, 1970. 252 с.

7. Dubies M.,Gilles K. A., Homilton I., Reber P. A., Smith F. Colorimatric metod for détermination of sugars and related substances. // Anal.Chem., 1956.V. 28. № 3, P. 350-356.

8. Hakomori S. A. Rapid permethylation of glucolipid and polysaccharides, catalyzed by methul sulfinul carbonion in dimethul sulfoxside. // J. Biochen (Tokyo)-1964. V. 55. P. 205-208.

9. ТолленсВ., Эльснер К.. Краткий справочник по химии углеводов. Л. М. Гонти. 1938, С. 685.

10. Ермаков А. И.. Методы биохимического исследования растений. М., 1987. С. 133.

11. Tomoda M., Saton N. Conctituents of the Radix of Two New Furostanol Glucosides from Asparagus cochinchinensis. I. Isolation and characteristic of oligosaccharides [Text] // ^em. Pharm. Bull (Tokyo), 1974. V. 22. № 10. P. 2306-2307.