Эколого"биохимические аспекты пластичности состава флавоноидов у можжевельника казацкого Junuperus sabina L. в условиях Южного Урала

Щербаков А. В., Чистякова М.В, Рахманкулова ЗФ, Усманов И.Ю*

Башкирский государственный университет, г Уфа *Уфимская государственная академия экономики и сервиса, гУфа

ЭКОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛАСТИЧНОСТИ СОСТАВА ФЛАВОНОИДОВ У МОЖЖЕВЕЛЬНИКА КАЗАЦКОГО JUNUPERUS SABINA L. В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА

Статья посвящена вопросам изучения пластичности состава флавоноидов, синтезируемых растениями можжевельника казацкого - Juniperus sabina L. на Южном Урале. На основании полученных данных авторами сделаны выводы о возможности существования модификации флавоноидов у можжевельника, что может сказаться на биологической активности этих веществ и даже на появлении новых соединений.

Ключевые слова: флавоноиды, можжевельник казацкий, ВЭЖХ.

Специализированный метаболизм растений отличается чрезвычайной пластичностью. По современным представлениям это связано с достаточной легкостью для растений их химической модификации в ходе метаболизма. При этом биосинтез специализированных компонентов и их распределение по растению зачастую очень сложно связаны между собой.

Среди компонентов специализированного метаболизма растений фенольные соединения и особенно вещества флавоноидной природы являются одними из наиболее многочисленных. При этом установлено, что распространенность разных классов флавоноидов неодинакова. Некоторые группы флавоноидов обнаружены у ограниченного списка видов растений, другие же наоборот, считаются повсеместно распространенными, хотя содержание их в разных объектах различается. Примером такой распространенной группы веществ являются флавонолы кверцетиновой природы.

При этом досконально описан состав накапливаемых флавоноидов у очень ограниченного списка видов. У большинства высших растений особенности метаболизма и накопления флавоноидов практически не изучены. Поэтому изучение видоспецифичных особенностей накопления флавоноидов, а также регуляции метаболизма этих соединений, представляет большой научно-практический интерес.

Особенный интерес представляет изучение влияния внешних условий на накопление растениями тех или иных флавоноидов. Среди других видов растений большой научный интерес представляет можжевельник казацкий -]итрвш тЫпа Ь. - из семейства кипарисовые - перспективное лекарственное растение. Этот вид имеет широкое

распространение в составе петрофитных сообществ на щебнистых и каменистых почвах[4], в сухих степях, на выбитых пастбищах и отвалах. Хотя]итрегш тЬта Ь. широко распространен на Южном Урале, очень мало сведений о биологии, экологии и пластичности химического составе этого вида в условиях Южного Урала.

Причина такого разнообразия флавоноидов заключается в том, что при их биосинтезе изначально небольшой перечень исходных базовых молекул претерпевает следующие виды модификаций:

Связанные с модификацией самой базовой молекулы: гидроксилирование и метоксизаме-щение.

Связанные с присоединением дополнительных молекул: в первую очередь - различные виды гликозилирования и менее распространенные случаи образования бинарных молекул - ацилирование, пренилирование и т.д.

В результате теоретический подсчет возможных вариантов гидроксилирования, меток-силирования, гилкозилирования и других аналогичных способов модификации в базовых структурах флавоноидов показывает, что число производных может превысить 20 миллионов соединений [2, с.424]

Исследуемые образцы Можжевельника казацкого для химического анализа были собраны в 6 популяциях (ЦП) на территории Республики Башкортостан в градиентах 51° 51' 30" - 53° 0' 20'’ Северной широты и. 56° 43' 30'’- 58° 22' 50'’ восточной долготы.

Содержание рутина и кверцетина методом ВЭЖХ проводили в лаборатории органической химии Башгосуниверситета в системе растворителей 0,2% раствор трифторуксусной. к-ты (60%),

и ацетонитрил (40%) при длине волны 360 нм с использованием флуореметрического детектора.

Количество метаболитов, зарегистрированных методом ВЭЖХ в шишкоягодах растений из различных популяций, варьирует от 46,5% до 70% от максимально возможного количества, которое составляет 43 соединения. Количество метаболитов, зарегистрированных у растений можжевельника различных популяций в хвое и стеблях, сильно различается в зависимости от половой принадлежности растения: у женских растений в хвое показатель варьирует от 43% до 52% от максимально возможного (42 вещества), у мужских растений от 38% и до 50% от максимального значения (40 веществ). Наиболее выраженная степень вариации обнаруживается для стеблей: вариабельность химического состава метаболитов у женских растений составила от 32,5% до 55% (от общего количества веществ, равного 51), у мужских растений от 39% до 55%, при общем количества в 60 соединений.

Таким образом, максимальная пластичность химического состава по популяциям была обнаружена у женских растений в шишкоягодах и стеблях. Минимальная пластичность состава метаболитов обнаружена в хвое женских растений. Мужские растения занимают промежуточную позицию по вариабельности состава.

Среди флавоноидов, обнаруженных в образцах методом ВЭЖХ выявлены рутин изоквер-цетин и кверцетин. Кроме того, подобранные ус-

ловия

На основании анализа данных ВЭЖХ можно сделать следующие наблюдения:

Во первых, у флавонолов группы кверцети-на время выхода вещества зависит от наличия присоединенных к молекуле углеводов и от их количества. Так, молекула рутина, обладающая двумя углеводными остатками, имеет более раннее время выхода, чем, моногликозид изокверце-тин. Изокверцетин же в свою очередь опережает негликозилированный кверцетин (рис.1 ,2). Это, очевидно, связано с тем что молекулы углеводов богаты полярными группировками, которые обеспечивают хорошую подвижность молекул.

Во вторых - аналогичные явления могут наблюдаться и при присоединении полярных группировок (например, гидроксила) и к агли-коновой части флавонолов. В результате можно предположить что например кемпферол (3 гидроксильный группы) будет иметь подвижность меньшую чем кверцетин (4 группы), а мирице-тин - наоборот, большую (5 групп) (рис 1-2).

Таким образом, метаболизм специализированного обмена можжевельника казацкого может быть существенно модифицирован в ходе реализации целого спектра биохимических событий. Учитывая, что во многих случаях физио-

Рисунок 1. Пример хроматограммы экстракта из стеблей мужских растений ^шрехга заЫпа Ь.

Дигидр оке мпф ер о л [,Q,j

Мирицетн:

Рисунок 2. Метаболическая связь основных флавонолов группы кверцетина

логическая активность какой-либо молекулы мена следует рассматривать как основание для

может заметно измениться после присоединения поиска веществ, обладающих повышенной или

радикала или иной реакции, расширение числа модифицированной физиологической активно-

модификаций молекул специализированного об- стью по сравнению с исходной молекулой.

Список использованной литературы:

1. Государственная фармакопея СССР. XI изд. - М.: Медицина, 1990. - 573 с.

2. Тюкавина Н.А. и др. Органическая химия. Спец курс в 2 кн. Кн.2. М.:Дрофа, 2008.-592.:илл

3. Усманов И. Ю., Баширова Р.М., Янтурин С.И. Новые лекарственные вещества растительного происхождения: биология и перспектива поиска на Южном Урале// Вестник АН РБ 2000. Т 5 № 4

4. Щербаков А.В., Усманов И.Ю., Нуриев И.Ф. Биохимия вторичного метаболизма. Учебное пособие. ,Уфа, Изд-во БашГУ, 2001.-56 с.

5. Adams, R. R. 1998. The leaf essential oils and chemotaxonomy of Juniperus sect.Juniperus. Biochemical Systematics and Ecology 26:637-645.

6. Adams, R. P. 2000b. Systematics of Juniperus section Juniperus based on leaf essential oils and RAPD DNA fingerprinting. Biochem. Syst. Ecol. 28: 515-528.

7. Adams, R. P., Ram N. Pandey, Jerry W. Leverenz, Norman Dignard, Kenneth Hoegh and Thor Thorfinnsson. 2003. Pan-Arctic variation in Juniperus communis: Historical Biogeography based on DNA fingerprinting. BSE 31:181-192

8. Dembitsky, V.M., Abu Ali, H., Srebnik, M. (2005) Synthesis of selected biologically active compounds via allylboration, in: Contemporary Aspects of Boron: Chemistry and Applications. Chapter 4, pp. 299-336