Состав пигментов, липидов и белков у представителей лекарственных растений Приэльтонья

общая биология

Богданова Елена Сергеевна, Розенцвет Ольга Анатольевна, Нестеров Виктор Николаевич СОСТАВ ПИГМЕНТОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ...

УДК 577.1+581.1

СОСТАВ ПИГМЕНТОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ ПРИЭЛЬТОНЬЯ

© 2016

Богданова Елена Сергеевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории

«Экологическая биохимия»

Розенцвет Ольга Анатольевна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

лаборатории «Экологическая биохимия» Нестеров Виктор Николаевич, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории

«Экологическая биохимия» Институт экологии Волжского бассейна РАН, Тольятти,

Аннотация. Лекарственные растения являются объектом пристального изучения, поскольку служат источником большого числа биологически активных веществ (БАВ), использующихся в создании новых эффективных, а главное безопасных лекарственных препаратов. Фармакологические свойства растений обусловлены наличием в них определенных химических соединений: алкалоидов, глюкозидов, сапонинов, дубильных веществ, горечи, эфирных масел, флавонов и флавоноидов, компонентов липидной природы, жирных кислот и т. д. Результаты предыдущих работ показали, что синтез некоторых веществ зависит от комбинации эколого-климатических факторов, существенное влияние оказывают суточные и сезонные вариации. На химический состав растений оказывают и антропогенные факторы. Особое значение приобретают исследования лекарственных растений в экологически благополучных районах, таких как охраняемые территории - заповедники, резерваты, природные парки. На территории Волгоградской области расположен природный парк «Эльтонский», в состав многих фитоценозов которого входят растения, обладающие ярко выраженными лекарственными свойствами. Настоящее исследование было направленно на изучение качественного и количественного состава различных БАВ растений, которые используются в народной медицине и в фармакопеи. В качестве объектов исследования - многолетние полукустарники Artemisia santonica, A. pauciflora, A. lerchiana, Anabasis salsa, кустарничек вечнозеленый Ephedra distachya, многолетние травы Glycyrrhiza glabra и Salvia tesquicola. На основании проведенных опытов установлено, что суммарное содержание БАВ в лекарственных растениях варьировало от 48,3 до 513,8 мг/г сухой массы, при этом наиболее богаты активными соединениями растения Artemisia, G. glabra и S. tesquicola.

Ключевые слова: биологически активные вещества, липиды, белки, пигменты, лекарственные растения, Artemisia santonica, A. pauciflora, A. lerchiana, Anabasis salsa, Ephedra distachya, Glycyrrhiza glabra, Salvia tesquicola.

THE COMPOSITION PIGMENT, LIPIDS AND PROTEINS IN REPRESENTATIVES OF MEDICINAL PLANTS PRIELTONYA

© 2016

Bogdanova Elena Sergeevna, candidate of candidate of biological sciences researcher laboratory

«Ecological biochemistry».

Rozentsvet Olga Anatol'evna, doctor of biological sciences, lead researcher laboratory

«Ecological biochemistry».

Nesterov Viktor Nikolaevich, candidate of candidate of biological sciences researcher laboratory

«Ecological biochemistry».

Institute of Ecology of the Volga River Basin Russian Academy of Science, Togliatti, Russia

Abstract. Medicinal plants are subject to scrutiny as a source of a large number of biologically active substances (BAS), used in the creation of new, efficient, and most importantly safe drugs. The pharmacological properties of plants are caused by the presence of certain chemical compounds: alkaloids, glycosides, saponins, tannins, bitterness, essential oils, flavonoids and flavonoid components of the lipid nature, fatty acids, and so on. D. The results of previous studies have shown that the synthesis of some substances depends the combination of ecological and climatic factors, are strongly influenced by diurnal and seasonal variations. On the chemical composition of plants and provide the anthropogenic factors. Of particular importance are the study of medicinal plants in an environmentally safe areas, such as protected areas - parks, reserves and natural parks. In the Volgograd region is the natural park "Eltonsky" of many phytocenoses which includes plants with pronounced medicinal properties. The present study was aimed at studying the qualitative and quantitative composition of various biologically active substances of plants, which are used in traditional medicine and pharmacopoeia. As objects of study - perennial shrubs Artemisia santonica, A. pauciflora, A. lerchiana, Anabasis salsa, evergreen shrub Ephedra distachya, perennial herb Glycyrrhiza glabra and Salvia tesquicola. On the basis of the experiments found that the total content of biologically active substances in medicinal plants ranged from 48.3 to 513.8 mg/g dry weight, with the most active compounds are rich in plant Artemisia, G. glabra and S. tesquicola.

Keywords: Artemisia santonica, A. pauciflora, A. lerchiana, Anabasis salsa, biologically active substances, Ephedra distachya, Glycyrrhiza glabra, lipids, medicinal plants, proteins, pigments, Salvia tesquicola.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами. Как известно индивидуальные природные соединения, обладающие лечебным действием - биологически активные вещества (БАВ), стали выделять из растений еще в 19 веке. На сегодняшний момент достигнуты существенные успехи в области изучения состава БАВ растений и лекарственного ресурсоведения. В состав растений входят различные типы химических соединений: алкалоиды, глюкозиды, сапонины, дубильные вещества, горечи, эфирные масла, флавоны и флавоноиды, компоненты липидной природы, жирные кислоты и т. д. (1, с. 1-2). Существенное влияние на химический состав растений

оказывают условия окружающей среды. Под влиянием антропогенных воздействий (сельскохозяйственное освоение площадей, крупное промышленное и жилищное строительство, мелиорация и ирригация земель, промышленная заготовка древесины, строительство ГЭС и водохранилищ, расширение пастбищ и др.) наблюдается значительное уменьшение ресурсов многих лекарственных растений. В этой связи становится необходимым целенаправленный поиск новых источников БАВ и новых типов этих соединений (2, с. 62-78). Особое значение приобретают исследования лекарственных растений в экологически благополучных районах, таких как охраняемые территории - заповедники, резерваты, природ-

Богданова Елена Сергеевна, Розенцвет Ольга Анатольевна, Нестеров Виктор Николаевич! I (°бщая

СОСТАВ ПИГМЕНТОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ... биология

ные парки и т.д. (3, с. 7-8).

Приэльтонье входит в состав Прикаспийской низменности. На территории Волгоградской области расположен природный парк «Эльтонский», который является уникальным природным комплексом Юго-Востока европейской части России (4, с. 98-104). Климатические условия территории характеризуются резким недостатком влаги, сильной засушливостью, особенно в весенне-летний период. В состав многих фитоценозов Приэльтонья входят растения, обладающие ярко выраженными лекарственными свойствами. Например, представители родов Artemisia (полынь), Glycyrrhiza (солодка), Salvia (шалфей) известны своим широким применением в пищевой, фармацевтической и косме-тологической промышленности (5, 154-155; 6, с. 83-85; 7, с.36-41; 8, с. 504-521). Представители рода Ephedra (эфедра) и Anabasis (анабазис) используются, в основном, в медицине, но значительно меньше из-за медленного роста и воспроизводства, либо высокой токсичности (9, с. 422-425; 10, с. 1199-1208).

Следует отметить, что при большом разнообразии типов и сочетаний химических соединений у указанных видов растений, мало изученным остается состав и содержание пигментов и липидно-белковых комплексов (11, с. 383). До недавнего времени считалось, что липи-ды являются основным строительным материалом для образования мембран и источниками запасной энергии. Однако вещества липидной природы также обладают биоактивным действием. Так существуют данные о разнонаправленных терапевтических свойствах жирных кислот (ЖК) липидов растений. Хлорофилл и его производные стимулируют регенерацию тканей, обладают ранозаживляющими, бактерицидными свойствами. Каротиноиды, входящие в состав пигментного комплекса, применяют при комплексной терапии многих заболеваний (11, с. 5157-5162).

Формирование целей статьи. Целью работы стало изучение качественного состава и количественного содержания пигментов, липидов и белков представителей лекарственных растений, произрастающих на территории природного парка «Эльтонский».

Материалы и методы. Объекты исследования - многолетние полукустарники Artemisia santonica (полынь сантонинная), A. pauciflora (п. малоцветковая), A. lerchi-ana (п. Лерха) (сем. - Asteraceae), Anabasis salsa (ежов-ник солончаковый), кустарничек вечнозеленый Ephedra distachya (хвойник двухколосковый), многолетние травы Glycyrrhiza glabra (солодка голая) (сем. Fabaceae) и Salvia tesquicola (сем. Lamiaceae).

Сбор растительного материала осуществляли в июне 2013 г. В работе использовали листья или побеги, собранные с 12-15 растений. Из общей массы составляли три независимых биологических пробы (2-4 г сырой массы для анализа липидов и 0,2-0,5 г - пигментов и белков).

Содержание пигментов определяли в ацетоновой вытяжке (90%) на спектрофотометре ПромЭкоЛаб ПЭ-3000 УФ (Россия) при 1 662, 645 и 470 нм. Расчет концентрации хлорофиллов а, b и каротиноидов (Кар.) производили по методу Н. К. Lichtenthaler (13, с. 331-382).

Липиды экстрагировали по методу (14, с. 911-917) после фиксации кипящим изопропиловым спиртом и идентифицировали с использованием специфических реагентов на отдельные функциональные группы (15, с. 323). Разделение и анализ липидов проводили методом двумерной тонкослойной хроматографии как описано ранее (16, с. 565-578). Количество фосфолипидов (ФЛ) определяли по методу (17, с. 246-249), гликолипидов (ГЛ) и нейтральных липидов (НЛ) - на денситометре Sorbfil (Россия). Для построения калибровочных кривых использовали стандарты моногалактозилдиацилглице-рин (МГДГ) Larodan, (Швеция) и трипальмитат Sigma (США).

Метанолиз ЖК осуществляли кипячением в 5% -ном

растворе HCl в метаноле. Полученные эфиры анализировали на хроматографе «Хроматэк Кристалл 5000.1» (Россия) в изотермическом режиме с использованием капиллярной колонки длиной 105 м и диаметром 0.25 мм («RESTEK», США). Температура колонки - 180оС, испарителя и детектора - 260оС, скорость тока газа-носителя (гелий) - 2 мл/мин.

Количественное содержание белков определяли по методу Лоури (18, с. 265-249) на спектрофотометре (ПромЭкоЛаб ПЭ-3000 УФ, Россия) при 1 = 750 нм, используя калибровочные графики со стандартным раствором альбумина (Calbiochem, Germany) на дистиллированной воде и на растворе 0,05% Тритона Х-100, соответственно.

Для оценки достоверности различий между разными видами использовали критерии Стьюдента при доверительном интервале P < 0,05. Значения в таблицах и рисунках представляют средние арифметические из 3-х биологических повторностей и их стандартные ошибки.

Изложение основного материала исследования с обоснованием полученных научных результатов. Анализ качественного состава и количественного содержания пигментов выявил существенную дифференциацию видов по накоплению этого типа БАВ (табл. 2). Высокое содержание пигментов обнаружено у травянистых видов G. glabra (10,7 мг/г), S. tesquicola (7,5 мг/г) и A. santonica (5,7 мг/г), самое низкое - у полукустарничка A. salsa (2,3 мг/г сухой массы). При этом суммарное содержание зеленых пигментов варьировало в пределах 1,6-8,9 мг/г, а Кар - в интервале 0,7-1,8 мг/г сухой массы.

Таблица 1 - Содержание хлорофиллов и каротинои-дов в лекарственных растениях Приэльтонья.

Виды растений Пнгмешы, мг/г сухой массы Хла/Хл Ь Хл/Кар

Хл а Хл b Кар

.' lerchiana 2,2 0,8 0,8 3,0 3,8

A. pauciflora 2,0 0,6 0,8 3,1 3,5

A. santonica 3,6 1,3 0,9 2,9 5,6

A. salea 1,3 0,3 0,7 4,3 2,3

Е. distachya 3,0 1,0 1,1 3,0 3,6

G. glabra 6,2 2,7 1,8 2,3 4,9

5. tesquicola 4,2 2,0 1,3 2,1 4,8

Концентрация Кар в среднем была в 5 раз меньше, чем зеленых пигментов. Высокие значения соотношения Хл/Кар, были получены для A. santonica, G. glabra, S. tesquicola.

В липидном комплексе было проанализировано содержание суммарных липидов (СЛ) и соотношение основных групп, таких как ГЛ, ФЛ, НЛ. Наибольшее содержание СЛ было отмечено в растениях G. glabra и S. tesquicola (76,4 и 73,3 мг/сухой массы). При этом у G. glabra большую часть липидного пула листьев составляли ГЛ (66% от СЛ), а у S. tesquicola наряду с ГЛ существенным оказался вклад НЛ (48% и 34%, соответственно). В растениях A. santonica, A. pauciflora, A. lerchiana содержание, как СЛ, так и отдельных групп, было достаточно близким и составляло от 60,1 до 65,5 мг/г сухой массы. Растения A. salsa и E. distachya отличались более низким содержанием СЛ в сравнении с другими видами (11,7 и 31,2 мг/г, соответственно).

В отношении белковых компонентов растений известно, что получение препаратов на их основе затруднительно, так как белки прочно связаны с углеводами и другими веществами. В то же время известно, что некоторые белковые соединения растений, такие как лекти-ны, являющиеся аналогами антител животного и человека, обладают иммуномодулирующими свойствами

Богданова Елена Сергеевна, Розенцвет Ольга Анатольевна, Нестеров Виктор Николаевич СОСТАВ ПИГМЕНТОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ...

общая биология

с. 290). Широко используются ферменты растительного происхождения.

Таблица 2 - Соотношение липидов в лекарственных растениях Приэльтонья.

Виды растений Липнды. мг/г сухой массы

ГЛ ФЛ нл

A. lerchiana 30.1 8.4 21.6

A. pauciflora 37.6 6,3 21.7

А. santonica 30.6 7,2 27.0

А. salsa 4.8 2.8 4.1

Е distachya 17.6 5.5 8.1

G. glabra 50.7 14.1 11.6

S. tesquicola 35.4 13.1 24.8

Биологическую активность растительных белков связывают с выполнением каталитических, регулятор-ных, транспортных, защитных и биоэнергетических функций, позволяющих снизить риск инфекционных или стрессовых ситуаций. В растениях концентрация белковых веществ также как и липидов и пигментов варьирует в зависимости от условий выращивания, климата, погоды, типа почвы, агротехники и других факторов (11, с. 383). В нашей работе определялось общее содержание водорастворимых и мембранносвязанных белков (ВБ, МБ). Результаты показали, что у всех исследованных видов содержание ВБ было более чем в 10 раз выше, чем МБ (см рис. 1). Причем максимальное содержание ВБ обнаружено в листьях A. santonica (403,0 мг/г сухой массы), затем по мере снижения следуют A. lerchiana > G. glabra> A. pauciflora > S. tesquicola > E. distachya. Наибольшее количество МБ было также у A. santonica. Как и в случае с липидами низким содержанием белков характеризовалось растение A. salsa, в надземной части которого содержание ВБ составляло 28,4 мг/г, а МБ - 5,8 мг/г сухой массы.

А "б

111..Il III.ill

! II III IV V vi vu ] II III IV V VT vil

Вщы растешй Ешы i>acKH]Jfl

Рисунок 1 - Содержание белков в лекарственных растениях Приэльтонья. А - водорастворимые белки; Б -мембраносвязанные белки. I - A. lerchiana, II - A. pauciflora, III - A. santonica, IV - A. salsa, V - E. distachya, VI - G. glabra, VII - S. tesquicola.

Выводы исследования и перспективы дальнейших изысканий данного направления. В результате проведенной работы установлена идентичность качественного состава исследованных компонентов у лекарственных растений Приэльтонья. Выявлены растения с низким и высоким накоплением исследованных соединений. Максимальной концентрацией пигментов, липидов и белков характеризовались кустарнички представители сем. Artemisia и травянистые многолетники G. glabra и S. tesquicola. Суммарное содержание исследованных соединений в лекарственных растениях составляло от 48,3 до 513,8 мг/г сухой массы. Таким образом, растения рода Artemisia, G. glabra и S. tesquicola можно применять в производстве, как пищевых продуктов, так и в качестве альтернативного сырья в фармакопее.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Crozier A., Jaganath I.B., Clifford M.N. Phenols, polyphenols and tannins // Plant secondary metabolites: occurrence, structure and role in the human diet / Eds. by A. Crozier, M.N. Clifford, H. Ashihara. Blackwell Publishing Ltd. 2006. Pp. 1-2.

2. Лекарственные растения (растения-целители): Справочное пособие / А.Ф. Гаммерман, Г.Н. Кадаев, А.А. Яценко-Хмелевский. М. : Высшая школа, 1990. С. 62-78.

3. Сафонов Н. Н. Полный атлас лекарственных растений. М. : Эксмо. 2008. С. 7-8.

4. Лысенко Т.М. Растительные сообщества засоленных почв озера Эльтон и его окрестностей (Волгоградская область). Самарская Лука. 2008. Т. 17. № 1 (23). С. 98-104.

5. Бубенчикова В.Н., Кондратова Ю.А. Аминокислотный и минеральный состав травы шалфея поникающего (Salvia nutans L.) // Башкирский химический журнал. 2012. Т. 19. № 4. С. 154-155.

6. Доля В.С., Тржецинский С.Д., Мозуль В.И., Третьяк Н.И. Особенности химического состава видов рода Salvia L. // Фармакогнозiя та хiмiя природних спо-лук. 2013. № 3 (13). С. 83-85.

7. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф., Кувакова А.Р. Изучение биологически активных веществ SALVIA // Вестник НГУ. Сер. Биология, клиническая медицина. 2014. Т. 12. № 3. С. 36-41.

8. Саксонов С.В., Ильина В.Н. Семейство бобовые (Fabaceae, Leguminosae) Самарской области // Известия Самарского н. ц. РАН. 2006. Т. 8. № 2. С. 504-521.

9. Мазеев Н.И. Большая энциклопедия высокоэффективных лекарственных растений. М. : Эксмо. 2008. С. 422-425.

10. Caveney S., Charlet D.A., Freitag H., Maier-Stolte Alvin M., Starratt N. New observations on the secondary chemistry of world Ephedra (Ephedraceae) // American Journal of Botany. Vol. 88. N 7. 2001. Pp. 1199-1208.

11. Грачева И.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия / И.М. Грачева. М. : Пищевая промышленность, 1992. 383 с

12. Zheng C.J., YooJ.-S., Lee T.-G., Cho H.Y., Kim Y.-H., Kim W.-G. Fatty acid synthesis is a target for antibacterial activity of unsaturated fatty acids // FEBS Letters. 2005. Vol. 579, N 23. Pp. 5157-5162.

13. Lichtenthaler H.K. Сhlorophyll and carotinoids: pigments of photosyntethetic biomembranes. Methods Enzimology. 1987. Vol. 148. Pp. 331-382.

14. Bligh E.G. Dyer W.J. A rapid method of lipid extraction and purification // Canadian Journal Biochem. istry Physiology. 1959. N 37. Pp. 911-917.

15. Кейтс М. Техника липидологии. М., 1975. 323 с.

16. Гребенкина Т.М., Нестеров В.Н., Розенцвет О.А., Богданова Е.С. Изменение состава липидов и пигментов Plantago media (Plantaginaceae) в течение светлого времени суток // Растительные ресурсы. Вып. 4. 2012. С. 565-578.

17. Vaskovsky V.E., Latyshev N.A. Modified jung-nickel's reagent for detecting phospholipids and other phosphorus compounds on thin-layer chromatograms // Journal Chromatography. 1975. Vol. 115. Pp. 246-249.

18. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal Biology Chemistry.1951. Vol. 193. Pp. 265-275.

19. Лахтин В.М. Лектины в исследовании белков и углеводов // Итоги науки и техники. Серия: Биотехнология. М. : ВИНИТИ. 1987. Т. 2. 288 с.