Аминокислоты двустворчатых моллюсков: биологическая роль и применение в качестве БАД

2001

Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра

Том 129

В.В.Давидович, Т.Н.Пивненко

АМИНОКИСЛОТЫ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ: БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ И ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ БАД

Согласно современным литературным данным, морские беспозвоночные (двустворчатые моллюски, голотурии, трепанги, морские ежи и др.) содержат уникальные биологически активные вещества различной природы, являющиеся основой для создания лечебно-профилактических пищевых продуктов или лекарственных средств (Слуцкая, 1972; Лебедев, 1974; Новикова и др., 1998; Левинтон и др., 1999).

Препараты, полученные из беспозвоночных, в частности из двустворчатых моллюсков, нетоксичны, способны ускорять выведение из организма радионуклидов, обладают антиокислительной активностью и используются как разрешенные пищевые добавки (Новикова и др., 1998; Кудряшов, Гончаренко, 1999).

Целью настоящей работы было обобщение данных о биологической роли свободных аминокислот и родственных им компонентов в метаболизме двустворчатых моллюсков, о методах получения БАД, обогащенных свободными аминокислотами, и направлениях медицинского использования препаратов.

У морских беспозвоночных общее содержание аминокислот и родственных соединений намного выше, чем у наземных и пресноводных, что объясняется участием их в поддержании осмотического равновесия. Основную долю азотистых экстрактивных соединений мышечной ткани беспозвоночных животных составляют аминокислоты и родственные им соединения при отсутствии гистидиновых дипептидов и креатина. Из беспозвоночных наиболее высокое содержание свободных аминокислот, в том числе и незаменимых, обнаружено в мышцах двустворчатых моллюсков. Для тканей двустворчатых моллюсков характерно высокое содержание глицина, аланина, серина, аргинина и циклических аминокислот. Установлено, что доминирующими аминокислотами мышечных белков являются глутаминовая и аспарагиновая (Кудряшов, Гончаренко, 1999). Состав незаменимых аминокислот следующий: моноаминокислоты - 11-130 мг/100 г, диаминокислоты - 12-23, серусодержа-щие - 2,22, циклические аминокислоты - 9,29 мг/100 г; состав заменимых аминокислот: моноаминокислоты - 26-860 мг/100 г, моноаминоди-карбоновые - 49-280, диаминокислоты - 15-240, циклические аминокислоты - 20-42 мг/100 г (Кизеветтер, 1973). В мышцах моллюсков обнаруживаются такие вещества, как таурин, бетаин и триметиламин, которые пополняют общее число анионов и вносят определенный вклад в

146

осмотическую концентрацию (Проссер, Браун, 1967). Только у моллюсков найдены метилированные производные гистидина, которые вместе с в-аланином являются возможными предшественниками анзерина и офи-дина. Анзерин (метилированное производное карнозина) и офидин ф-аланил-^-метилгистидин) наиболее часто обнаруживают среди азотистых экстрактивных соединений мышечной ткани беспозвоночных животных. При этом содержание гистидиновых дипептидов в тканях беспозвоночных значительно различается по данным разных литературных источников, что связано с колебаниями в количестве этих компонентов на разных стадиях онтогенеза (Болдырев, 1998).

Некоторые из аминокислот, содержащихся в двустворчатых моллюсках, являются непременными участниками белкового обмена в организме человека, оказывают значительное стимулирующее действие на его рост и необходимы в качестве питательных добавок на определенных стадиях его развития (Проссер, Браун, 1967).

Аминокислоты и пептиды имеют большое значение для антиокси-дантной защиты клеток. Отдельные низкомолекулярные антиоксиданты являются радикальной ловушкой сами по себе, а все вместе они составляют цепочку окислительно-восстановительных превращений, в результате действия которой образуются менее активные формы радикалов. К таким антиоксидантам относятся незаменимые аминокислоты - триптофан, фенилаланин и тирозин, имеющие в ароматическом кольце одну или несколько гидроксильных групп. Важнейшим свойством этих компонентов является способность к обратимому окислению, т.е. переходу из фенольных форм в хинонные, и восстановлению последних (Лобаре-ва и др., 1995).

Серусодержащие соединения представлены аминокислотами - таурином, цистеином, цистином и метионином, из которых при их превращении образуются различные серусодержащие вещества. Метионин относится к числу незаменимых факторов питания: при его недостаточности возникают дегенеративные изменения в печени, поджелудочной железе, легких, эндокринных и кроветворных органах. Важнейшим свойством метионина является превращение его в цистеин и цистин, которые входят в состав белков, активных центров ферментов и ряда гормонов, а также служат предшественниками глутатиона, коэнзима А и некоторых других биологически активных соединений. Эти биомолекулы, включающие SH-группы, обеспечивают функционирование одного из основных механизмов антиокислительной системы (Абрамова, Оксенгендлер, 1985).

Таурин не входит в состав белков и образуется в процессе метаболизма метионина. Структурная простота этой небелковой в-аминокис-лоты сопровождается сложностью и разнообразием биологических эффектов, что позволяет поставить ее в один ряд с важнейшими биологически активными веществами. Известно кардиопротекторное действие таурина, занимающего одно из центральных мест в обеспечении функционирования тех клеточных процессов, которые защищают миоциты от разнообразных повреждающих факторов. Таурин оказывает тонизирующее действие на сердечную мышцу, что может быть использовано при лечении хронической сердечной недостаточности (Торкунов, Сапронов, 1997). Таурин способствует пролиферации клеток в культуре лимфоцитов человека и фибробластов плода, выполняя таким образом роль модулятора роста. Он в большом количестве содержится в грудном моло-

147

ке, что имеет существенное значение для недоношенных детей, у которых эндогенный синтез таурина снижен. Также установлено, что таурин способствует улучшению памяти, повышению концентрации внимания, улучшению умственной работоспособности, редукции неврозоподобных и со-мато-вегетативных нарушений, положительно влияет на высшие корковые функции головного мозга (Оруджев, Р остовщиков, 1998).

Кроме аминокислот, встречающихся в составе тканей высших животных, у моллюсков обнаружено значительное количество аминокислот необычного строения. К ним относятся саркозин, фосфосерин, гидро-ксилизин, триметилгистидин, а-аминобензойная кислота, цитруллин, орни-тин и некоторые другие (Аюшин и др., 1999). О биологической роли этих компонентов в настоящее время известно очень мало, они обозначены главным образом как промежуточные продукты метаболизма аминокислот и мочевины. Отсутствуют сведения о потенциальном лекарственном механизме действия этих компонентов. Наиболее интересным представляется тот факт, что нетрадиционные аминокислоты преобладают у малоисследованных по химическому составу моллюсков (модиолус, каллиста, мерценария, ацила и др.).

При экстракции тканей двустворчатых моллюсков выделяют уникальные компоненты, обладающие противоопухолевой активностью. Экстракт, полученный из двустворчатого моллюска мерценарии, способен ингибировать рост злокачественных образований. Испытания проводились in vivo на мышах и in vitro на клетках человека. Диализированный экстракт из тканей мерценарии подавляет рост саркомы 180 и саркомы Кребса (Pat. US, № 3,655,875). Из мантии приморского гребешка получен углевод-белковый комплекс, также обладающий ингибирующей активностью в отношении злокачественных образований (Пат. РФ 2121844).

Получают биологически активные пищевые добавки, обогащенные свободными аминокислотами, с помощью гидролиза (кислотного, щелочного, ферментативного) либо экстракцией с извлечением отдельных компонентов, а также используя отвары (Якубке, Ешкайт, 1985; Pat. US, № 3,655,875).

При кислотном гидролизе используют концентрированные серную и соляную кислоты. Очень устойчивы к гидролизу пептидные связи, образованные лейцином, изолейцином и валином. При кислотном гидролизе происходит разрушение многих незаменимых аминокислот вследствие жестких условий: метионин, цистин, гистидин, лизин подвергаются окислительной деструкции, триптофан разрушается полностью, серин и треонин - до 10 %. Потери аминокислот могут быть снижены, если работу проводят в вакууме и применяют большой избыток кислоты (Якубке, Е шкайт, 1985).

Щелочной гидролиз применяют значительно реже из-за рацемизации и разрушения аминокислот и пептидов в щелочных растворах при высоких значениях рН. При щелочном гидролизе разрушаются гидро-ксиаминокислоты и цистеин (Якубке, Ешкайт, 1985).

Известны способы с использованием ферментных препаратов. Для осуществления полного гидролиза необходимо применение комбинации нескольких ферментов, что связано с высокой специфичностью протеаз (Якубке, Ешкайт, 1985; Пивненко и др., 1997; Неклюдов и др., 2000). Белковые гидролизаты, полученные с помощью ферментативного гидро-

148

лиза, представляют собой многокомпонентные смеси, которые содержат олигопептиды различных размеров, смеси пептидов со свободными аминокислотами (в отличие от кислотных гидролизатов, содержащих только свободные аминокислоты). При этом повышается питательная ценность белков, регулируется желаемая структура и т.д. Влияние на гидролиз оказывают различные условия его проведения (температура, рН среды и др.). Для получения гидролизатов обычно используют препараты из микробиального и животного сырья (поджелудочной железы КРС и свиней), содержащие преимущественно эндопротеазы - амино- и кар-боксипептидазы. Нами показана перспективность гидролиза с использованием ферментов рыб и крабов (Пивненко и др., 1997).

В настоящее время препараты, содержащие свободные аминокислоты, используются не только как источники аминокислот для лиц, занятых интенсивным физическим или умственным трудом (Тутельян и др., 1999), но и как вспомогательные средства при функциональных нарушениях центральной нервной системы (повышенная возбудимость, снижение физической активности, ухудшение памяти и др.) (Федеральный реестр..., 1999).

Как показано в таблице, многие аминокислоты являются нейромедиаторами и стимуляторами метаболизма в различных тканях (Гриффит, 2000).

Утверждения о том, что человек получает достаточное количество аминокислот из пищевых белков и не нуждается в их дополнительном приеме, не соответствует современным научным концепциям. Факт, что аминокислоты присутствуют в организме естественным образом, свидетельствует лишь о том, что при их применении практически отсутствует риск побочных действий, присущий медикаментам. Однако в настоящее время не существует общепризнанных суточных дозировок аминокислот, как это принято, например, для витаминов и микроэлементов. Это связано и с различными условиями питания, и с разными целями профилактики и лечения. Если для лиц, занятых интенсивным умственным и физическим трудом, дозировки могут составлять 1-100 мг в сутки, то для спортсменов они должны быть увеличены многократно. В случае назначения препаратов с целью лечения и профилактики определенных заболеваний дозировки подбираются согласно результатам медицинских испытаний.

В последние годы появилась большая группа препаратов, выделенных из мяса мидий, обладающих широким спектром лечебно-профилактического противолучевого и антистрессорного действия. Это препараты МИГИ-К, " Орбитар", "Myhyda", "Биполан", БУК-М, БУК-Р, мКс (ми-дийный клеточный сок сублимированный), «Маревит» (белково-углеводный экстракт). Все препараты - активные антиоксиданты, нетоксичны, способны повышать эндогенный фон радиорезистентности и общую неспецифическую реакцию организма (Кудряшов, Гончаренко, 1999). Гидролизаты из мидий используют в качестве активного компонента в косметических целях (Пат. РФ 2134571), как средство, обладающее антивирусной активностью в композиции для лечения герпеса (Заявка № 98113555/14). Полученные препараты обладают неспецифическими иммуномодулирующими свойствами, противоопухолевой активностью, ускоряют выведение радионуклидов (А.с. РФ 1827811), применяются при лечении гепатитов и как ингибиторы вируса гриппа (Пат. РФ 2043109),

149

150

Состав свободных аминокислот, их биологическое действие и рекомендуемая суточная доза (мг) для биологически активных пищевых добавок Contents of free amino acids, its biologically action and reccomended day dose (mg) for biologically active food supplements

Амино- кислота Моллюскам (ТИНРО-центр) Аминовит (Австрия) Дискавери (Россия) Максавит (Австралия) Биологическое действие

Таурин 28-38 — — — Нейромедиатор, тормозящий синаптическую передачу, кардиотропное, проти-восудорожное, защита сетчатки и др.

Асп 14-47 6 8 0,11 Строительный материал белков

Тре 14-21 11 4 0,07 Улучшение пищеварения

Сер 13-15 7 3 0,09 Стимуляция метаболизма в мышечной и жировой ткани

Глу 40-86 9 2 0,29 Нейромедиатор, стимулирующий передачу возбуждения

Про 0 29 4 0,17 Составная часть коллагена

Гли 21-115 17 3 0,03 Нейромедиатор тормозного типа, седативное действие, при нарушениях мозгового кровообращения

Ала 14-21 3 4 0,05 Строительный материал белков

Вал 17-22 5 2 0,11 Стимулирует умственные способности

Мет 8-14 11 4 0,04 Стимуляция метаболизма в мышечной ткани

Изо 15-20 4 2 0,09 Стимуляция метаболизма в мышечной ткани

Лей 21-36 9 4 0,15 Стимуляция метаболизма в мышечной ткани

Тир 5-6 15 8 0,09 Антидепрессант, улучшает память, облегчает боль, стимулирует метаболизм жировой ткани

Фен 11-13 9 2 0,08 Стимуляция метаболизма в мышечной и жировой ткани, участие в синтезе тироксина

Гис 8-9 8 1 0,04 Возможно противовоспалительное действие

Лиз 23-34 8 6 0,07 Стимулятор роста, выработка антител, гормонов, противогерпесная активность

Apr 20-25 4 2 0,06 Иммуностимулятор, гепато- и кардиопротектор, противовирусная активность

Примечание. По данным М.Д.Машковского (1993), таурин назначают по 50 мг в сутки, у других авторов суточная доза 1 г.

а также для повышения резистентности человека к неблагоприятным факторам.

Нами разработана технология получения биологически активной добавки "Моллюскам", которая может употребляться в качестве самостоятельного средства и в составе пищевых продуктов. Для изготовления "Моллюскама" использовали не только мидию, но и новые в промысловом отношении виды двустворчатых моллюсков и их отдельные органы (анадара, корбикула, мактра, мерценария и др.). Полученный продукт обладает широким спектром биологического действия с антиоксидант-ной направленностью и содержит аминокислоты - аспарагиновую кислоту, треонин, серин, глутаминовую кислоту, пролин, глицин, аланин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин, гистидин, лизин, аргинин, триптофан, а также таурин в количестве 4,2—8,1 % общего количества аминокислот. Свободные аминокислоты содержатся в количестве 60,0—87,7 %, в том числе ароматические аминокислоты — триптофан, тирозин и фенилаланин, сумма которых составляет 7,3—10,8 %, дикарбо-новые аминокислоты — аспарагиновая и глутаминовая — 7,7—10,6 %, диаминокислоты — лизин и аргинин — 10,8—25,4 %, а также глицин — 4,5—17,3 % общего количества аминокислот. Лечебно-профилактическое действие препарата обусловлено комплексом содержащихся в нем биологически активных веществ. Моллюскам может использоваться как общеукрепляющая, оздоровительная, питательная добавка, предназначенная для активизации иммунной и антиоксидантной системы, а также для введения в пищевые продукты, применяемые в качестве лечебно-профилактических добавок.

Действие препарата “Моллюскам” прежде всего можно определить как антиоксидантное и рекомендовать его применение для снижения перекисного окисления липидов и нормализации уровня естественной антиоксидантной системы в качестве лечебно-профилактического средства. Антиоксидантную активность определяли по накоплению малонового диальдегида за сутки инкубации в нормальной антирезусной сыворотке крови человека при концентрации испытуемого препарата 2 мг/л сыворотки в присутствии экзогенной системы окисления. В качестве катализатора ускоренного окисления использовали 0,25 М ^е2+^е3+]; в качестве контроля — сыворотку с добавлением катализатора окисления. Содержание малонового диальдегида в присутствии препарата “Моллюскам” составило 0,028—0,035 мг/мл сыворотки крови. В контрольном образце, в который был введен катализатор окисления, но отсутствовал испытуемый препарат, содержание малонового диальдегида составило 0,070—0,072 мг/мл.

Выявлено влияние препарата “Моллюскам” у больных с множественной миеломой и миелодиспластическим синдромом. Помимо традиционного лечения группа больных получала Моллюскам по 1,0 г/сут в течение 14 дней. Прием Моллюскама оказал положительное действие на уровень антиоксидантной активности сыворотки крови. Полихимиотерапия (ПХТ), получаемая больными этих категорий, приводит к накоплению в организме малонового альдегида (0,244±0,019 мг/мл до лечения и 0,337±0,034 после ПХТ). Сочетание лечения с приемом Моллюс-кама сохранило уровень малонового диальдегида на прежнем уровне (0,223 ±0,017). При употреблении данного препарата наблюдался достоверный рост уровней серотонина (естественного стимулятора кроветворения) и гистамина.

В условиях глазной клиники ВГМУ проводилось изучение препарата “Моллюскам” в комплексном лечении больных первичной открытоугольной глаукомой. В результате проведенных обследований у всех больных, получавших Моллюскам, отмечалось повышение остроты зрения в среднем на 0,17 ±0,02; расширение суммарных границ поля зрения - 70±10о; снижение внутриглазного давления через два часа на 4,8±0,3 мм рт. ст.; при тонографическом обследовании наблюдалось снижение коэффициента Беккера по сравнению с контрольной группой на 60±4. Сделан вывод о целесообразности введения препарата в комплексное лечение больных первичной открытоугольной глаукомой.

В НИИ эпидемиологии и микробиологии были проведены испытания препарата "Моллюскам" на иммуностимулирующую активность с использованием следующих тестов: антителообразующая активность (АОК), розеткообразующая активность (РОК). По результатам исследований выведены следующие показания: профилактика и лечение ослабления иммунной системы в результате воздействия вредных факторов (инфекция, хронические воспалительные заболевания, лечение антибиотиками, радиация, экология, старение, стрессы), профилактика и лечение острых инфекционных заболеваний, хронических инфекций различного генеза, включая грибковые, вирусные, бактериальные. Препарат может использоваться в сочетании с традиционными методами терапии. При инфекционных заболеваниях максимальная эффективность применения достигается в случае применения в самый ранний период развития инфекции.

Таким образом, препараты, обогащенные свободными аминокислотами, представляют собой ценные биологически активные добавки, позволяющие не только компенсировать недостаток эссенциальных компонентов, но и участвовать в лечении и профилактике ряда заболеваний. Двустворчатые моллюски в силу своих биологических особенностей являются наиболее перспективными источниками подобных препаратов. Ценным качеством такого сырьевого источника является не только высокое количество искомых компонентов, но и наличие редких для других видов животных аминокислот - таурина, орнитина, цитруллина, у-амино-маслянной кислоты и др. Преимуществом нового препарата “Моллюскам” является высокое содержание свободных аминокислот (до 70 % в составе конечного препарата). Кроме того, при его производстве реализуется возможность использования новых для рыбной промышленности видов моллюсков, наиболее ценных по составу компонентов. Проведенные медико-биологические испытания показали перспективы применения нового препарата в различных отраслях медицины.

Литература

A.c. РФ 1827811. Средство, ускоряющее выведение радионуклидов из организма лабораторных животных / Ю .Б.Кудряшов, И.М.Пархоменко, Г.В.Кос-сова и др. Заявлено 17.03.89.

Абрамова Ж.И., Оксенгендлер Г.И. Человек и противоокислитель-ные вещества. - Л.: Наука, 1985. - 229 с.

Аюшин Н.Б., Петрова И.П., Эпштейн Л.М. Азотистые экстрактивные вещества в тканях дальневосточных моллюсков // Изв. ТИНРО. - 1999.

- Т. 125. - С. 52-56.

Болдырев A.A. Карнозин. - М: МГУ, 1998. - 308 с.

Гриффит В. Витамины, травы, минералы и пищевые добавки. Справочник / Пер. с англ. К.Ткаченко. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. - 1056 с.

152

Заявка № 98113555/14. Фармацевтическая композиция для лечения герпеса / М.А.Бичурина, Л.Ю.Тарос, Л.Е.Никитина и др. Заявлено 10.07.98.

Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 416 с.

Кудряшов Ю.Б., Гончаренко Е.Н. Современные проблемы противолучевой химической защиты организмов // Радиационная биология. Радиоэкология. - 1999. - Т. 39, № 2-3. - С. 197-211.

Лебедев А.В. Азотистые экстрактивные вещества мышечной ткани беспозвоночных // Журн. эволюц. биохим. и физиол. - 1974. - Т. 10. - С. 232-242.

Левинтон Ж.Б., Химич Т.Л., Ятченко Е.А. и др. Медико-биологические исследования икры морского ежа // Изв. ТИНРО. - 1999. - Т. 125. - С. 254-259.

Лобарева Л.С., Денисов Л.Н., Якушева О.Е. Витамины антиокси-дантного действия и ревматические заболевания // Вопр. питания. - 1995. -№ 4. - С. 24-29.

Машковский М.Д. Лекарственные средства. - М.: Медицина, 1993. - Т. 2. - 590 с.

Неклюдов А.Д., Иванкин А.Н., Бердутина А.В. Получение и очистка белковых гидролизатов // Прикл. биохим. и микробиол. - 2000. - Т. 36, № 4.

- С. 371-379.

Новикова М.В., Рехина Н.И., Беседина Т.В. и др. Пищевая биологически активная добавка из мидий // Вопр. питания. - 1998. - № 1. - С. 10-13.

Оруджев Я.С., Ростовщиков В.В. Применение медиаторных аминокислот (таурин) во внебольничной геронтологической практике // Социальная и клиническая психиатрия. - 1998. - № 3. - С. 78-81.

Пат. РФ 2043109. Способ ингибиции вируса гриппа серотипов А и В / М.А.Бичурина, Л.Е.Никитина, Ф.Н.Носков и др. Заявлено 17.03.92.

Пат. РФ 2121844. Способ получения углевод-белкового комплекса из приморского гребешка / А.М.Ковалевская. Заявлено 18.03.96; Опубл. 20.11.98.

Пат. РФ 2134571. Средство для очистки кожи лица “Троя” / А.В.Гордин, Л.А.Николаева, В.И.Соха. Заявлено 23.04.98; Опубл. 20.08.99.

Пивненко Т.Н., Позднякова Ю.М., Давидович В.В. Получение и характеристика белковых гидролизатов с использованием ферментных препаратов различной специфичности // Изв. ТИНРО. - 1997. - Т. 120. - С. 23-31.

Проссер Л., Браун Ф. Сравнительная физиология животных. - М.: Мир, 1967. - 751 с.

Слуцкая Т.Н. Сравнительная характеристика сушеных трепанга и куку-марии // Исслед. по технол. рыб. продуктов. - Владивосток: ТИНРО, 1972. -Вып. 3. - С. 139-146.

Торкунов П.А., Сапронов Н.С. Кардиопротекторное действие таурина // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 1997. - Т. 60, № 5. - С. 72-77.

Тутельян В.А., Суханов Б.П., Австриевских А.Н., Поздняковский

В.М. Биологически активные добавки в питании человека. - Томск: Изд-во науч.-техн. лит-ры, 1999. - 296 с.

Федеральный реестр биологически активных добавок к пище / Под ред. Т.Л.Барабанова, Е.И.Максакова. - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 1999. - Ч. 3. - 124 с.

Якубке Х.Д., Ешкайт Х. Аминокислоты. Пептиды. Белки. - М: Мир, 1985. - 312 с.

Pat. US, № 3,655,875. Clam extract effective against sarcoma 180 and krebs-2 carcinoma in mice / Jerome D. Goldberg. Опубл. 11.04.72.

Поступила в редакцию 18.05.2001 г.