Исследование химического состава бурых водорослей Sargassum fulvellum и Sargassum miyabe и их сульфатированных полисахаридов

2006

Известия ТИНРО

Том 147

УДК 577.114+582.26-119.2

О.Н. Гурулева, Н.М. Аминина, Х.-И. Пак

ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ SARGASSUM FULVELLUM И SARGASSUM MIYABE И ИХ СУЛЬФАТИРОВАННЫХ

ПОЛИСАХАРИДОВ

Изучен химический состав бурых водорослей S. fulvellum и S. miyabe, определен их макро-, микроэлементный и моносахаридный состав. Анализ показал, что различия в видовой принадлежности и месте произрастания водорослей не оказывают значительного влияния на их общий химический состав, за исключением содержания йода и сульфатированных полисахаридов. Выделены фукоида-ны, изучен их моносахаридный состав, показана возможность получения полисахаридов, обладающих высокой биологической активностью.

Guruleva O.N., Aminina N.M., Park H.-Y. Comparative chemical composition of the kelps Sargassum fulvellum and Sargassum miyabe // Izv. TINRO. — 2006. — Vol. 147. — P. 338-342.

Chemical composition of the kelps Sargassum fulvellum and Sargassum miyabe is investigated. Contents of macro- and microelements are determined and monosaccharides composition is defined. Taxonomic differences and geographical location of samples do not influence significantly on their basic chemical composition, with exclusion of iodine and sulfated polysaccharides contents. Fucans are extracted from S. fulvellum and S. miyabe and investigated by GC analysis that shows xylose and fucose as the main monosaccharides for both species. Polysaccharides of both species are distinguished by high degree of sulfation. Strong anticoagulant properties of the polysaccharides from both species are supposed.

Морские макрофиты издавна применяются в пищевых целях, а также в традиционной и нетрадиционной медицине. Наличие в них большого количества биогенных элементов, таких как калий, магний, железо, кальций, йод, медь, цинк, а также свободных аминокислот, полисахаридов определяет их назначение и способ переработки. Наиболее значимыми в биомассе водорослей, как по количеству, так и по свойствам, являются полисахариды. Альгинаты бурых водорослей широко известны как эмульгаторы, стабилизаторы и сорбенты (Аминина и др., 1994; Аминина, Подкорытова, 1995). В настоящее время внимание ученых привлекли сульфатированные полисахариды бурых водорослей — фукоиданы. Фукоиданы обладают противоопухолевым (Lizima-Mizui et al., 1985; Riov et al., 1996; Usui et al., 1999), противовирусным (Baba et al., 1988; McClure et al., 1992; Zeitlin et al., 1997), антикоагулянтным (Church et al., 1989; Nagumo, Nishino, 1996; Кузнецова и др., 2003), противовоспалительным (Семенов и др., 1998), контрацептивным (Bolwell et al., 1979; Mahony et al., 1993) и иммуномодулирую-щим действием (Незговоров и др., 2005), а также антипролиферативным эффектом (Logeart et al., 1997). Содержание и свойства полисахаридов зависят от вида водоросли и условий ее произрастания. Наиболее богатым источником фукоида-

на считаются бурые водоросли порядка Fucales (Усов и др., 1998; Encyclopedia Natural Products, 2000).

Нами был проведен сравнительный анализ химического состава двух видов многолетних водорослей Sargassum fulvellum (Turn.) C. Ag. (саргассум бурый) и Sargassum miyabe Yendo (саргассум Миябе) из порядка Fucales и выделенных из них сульфатированных полисахаридов. S. fulvellum был добыт в прибрежных водах г. Пусан в октябре 2003 г., S. miyabe — в прибрежных водах о. Сахалин в апреле 2002 г.

Образцы водорослей исследовали на содержание воды, золы, альгиновой кислоты, маннита стандартными методами (ГОСТ 26185-84). Содержание йода определяли колориметрическим методом на фотоэлектроколориметре КФК-3 при длине волны (490+10) нм. Общее содержание азота определяли по Кьельдалю на приборе "Kjeltec auto" 10 SO Analyser (Tecator, Япония).

Макро- и микроэлементный состав водорослей исследовали методом атом-но-абсорбционной спектроскопии на пламенно-эмиссионном спектрофотометре Nippon Jarell Ash FF-855.

Содержание фукозы в биомассе водоросли определяли спектрофотометри-ческим методом, основанным на специфической цветной реакции фукозы с L-цистеином и серной кислотой (Усов и др., 2001). Для определения фукоидана в биомассе водоросли выход фукозы умножают на 2, исходя из условного среднего содержания фукозы в фукане, равного 50 % (Усов и др., 2001).

Фукоиданы из S. fulvellum и S. miyabe выделяли по разработанной нами методике. Для удаления низкомолекулярных веществ (маннит, липиды, соли) водоросли дважды обрабатывали 85 %-ным раствором этилового спирта при соотношении водоросль : кислота 1 : 5 в течение 2 ч при температуре 70 оС. Затем проводили трехкратное экстрагирование фукана раствором 0,1 N соляной кислоты в течение часа при температуре 50 оС при соотношении водоросль : кислота 1 : 10. Объединенные экстракты упаривали в 4 раза, центрифугировали, нейтрализовали до pH 6,5 30 %-ным раствором гидроксида натрия. Затем к нейтрализованному экстракту добавляли хлорид кальция до выпадения осадка, осадок центрифугировали, экстракт еще раз упаривали в 2 раза, диализовали в течение двух суток против дистиллированной воды при постоянном перемешивании. Очищенный от низкомолекулярных примесей экстракт осаждали спиртом и сушили на ИК-сушке.

Качественное и количественное определение моносахаридов проводили методом газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) в виде альдононитрилов с мио-инозитом в качестве внутреннего стандарта после гидролиза полисахаридов или биомассы водорослей в 2 М трифторуксусной кислоте. ГЖХ-анализ проводили на хроматографе Shimadzu GS-9A (Япония), снабженном пламенно-ионизационным детектором и интегратором, с использованием капиллярной колонки CBP-5 в токе гелия в градиенте температур от 180 до 280 °С со скоростью 5 оС/мин.

Содержание сульфатных групп в полисахаридах определяли турбидиметри-чески в виде BaSO4 по методу Доджсона (Dodgson, 1961).

Состав сухого вещества S. fulvellum и S. miyabe представлен в табл. 1. Анализ показал, что оба вида водорослей близки по химическому составу. Различия в видовой принадлежности и месте произрастания водорослей не оказывают значительного влияния на их основные компоненты. Существенные различия обнаружены только для йода и сульфатированных полисахаридов. Содержание фукоидана в S. fulvellum в семь раз выше, чем в S. miyabe, что позволяет рекомендовать данный вид водоросли в качестве перспективного источника для получения фукоидана (табл. 1). В то же время S. miyabe на порядок превосходит S. fulvellum по накоплению йода.

Анализ макро- и микроэлементного состава водорослей показал, что главными катионами их биомассы являются K+, Na+, Ca2+ и Mg2+ (табл. 2). Для сар-

339

гассума Миябе отмечено высокое содержание кальция, калия, магния, причем по содержанию калия он превосходит S. fulvellum на порядок, по магнию — в четыре раза, по кальцию — в два раза. Таким образом, S. miyabe представляет большой интерес как источник макроэлементов (K, Na, Ca и Mg), а также соединений йода.

Таблица 1

Общий химический состав водорослей, % на сухое вещество

Table 1

Chemical composition of seaweed, %

Образец Минеральные вещества Noбщ Йод Маннит Альгиновая кислота Фукоидан

S. fulvellum S. miyabe 29.76 31.77 1,69 1,56 0,002 0,011 7,40 8,15 30,82 29,56 7,94 1,78

Таблица 2 Макро- и микроэлементный состав водорослей, % от сухого вещества Table 2 The macro- and microelementary composition of seaweed, %

Образец Ca Na K Mg Ni Mn n  10-3 Fe Zn Cu

S. fulvellum S. miyabe 1,01 1,20 2,16 0,42 0,48 4,15 1,32 4,15 1,92 1,66 0,48 3,32 45,68 128,70 7,21 0,48 2,49 0,62

ГЖХ-анализ показал, что основными моносахаридами, как в водорослях, так и в самих полисахаридах, являются ксилоза и фукоза (табл. 3). Оба полисахарида имеют сходный состав, различия отмечены в соотношении моносахаридов. Причем соотношение Fuc/Xyl в S. miyabe и в полисахариде из него составляет в среднем 1,0 : 1,2 (табл. 3). Для S. fulvellum и полисахарида из него это значение составляет 1,0 : 0,75.

Таблица 3

Моносахаридный состав водорослей и фукоиданов, выделенных из них

Table 3

Monosaccharide composition of seaweed and fucoidans from this seaweed

Образец so42- Xyl Содержание Fuc Man , % Glu Gal Fuc/ SO42- Молярные отношения Fuc/Xyl/Man/Glu/Gal

s. fulvellum 1,76 1,89 1,04 0,63 0,90 1,0/0,9/0,6/0,3/0,5

S. miyabe 2,22 1,76 0,78 0,31 0,68 1,0/1,3/0,4/0,2/0,4

Фукоидан из

S. fulvellum 14,25 5,02 8,79 2,50 1,16 4,11 1,62 1,0/0,6/0,3/0,1/0,5

Фукоидан из

S. miyabe 14,15 7,06 6,55 1,98 0,71 1,36 2,16 1,0/1,1/0,3/0,1/0,2

Степень сульфатирования в обоих полисахаридах одинакова и составляет около 14 % (табл. 3). Согласно литературным данным, только при отношении сульфатных групп к фукозе выше, чем единица, фуканы способны проявлять антикоагулянтную активность (Nishino е! а1., 1991; Chevolot е! а1., 1999; Soeda е! а1., 2000). Полученные нами данные позволяют предположить, что выделенные из обоих видов водорослей полисахариды будут проявлять антикоагулянтную активность. Причем, исходя из соотношения количества фукозы и сульфатных групп (табл. 3), активность полисахарида из 5. т1уаЬе должна быть выше.

Итак, результаты проведенных исследований показывают, что разные виды саргассовых водорослей различаются как по содержанию, так и по составу фукоиданов. Содержание данного полисахарида выше в 5. fulvellum, чем в 5. т1уаЬе.

Однако, если судить по количеству сульфатных групп на единицу фукозы, полисахарид из S. miyabe может обладать более высокой биологической активностью.

Литература

Аминина Н.М., Подкорытова А.В. Альгинаты: состав, свойства, применение // Изв. ТИНРО. — 1995. — Т. 118. — С. 130-137.

Аминина Н.М., Подкорытова А.В., Корзун В.Н. Влияние альгиновой кислоты и ее солей на динамику накопления 85Sr и 137Cs в организме крыс // Радиационная биология. Радиоэкология. — 1994. — Т. 34, вып. 4-5. — С. 703-712.

ГОСТ 26185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. — М.: Изд-во стандартов, 1984. — 53 с.

Кузнецова Т.А., Беседнова Н.Н., Мамаев А.Н. и др. Антикоагулянтная активность фукоидана из бурой водоросли Охотского моря Fucus evanescens // Бюл. экспе-рим. биологии и медицины. — 2003. — Т. 136, № 11. — С. 532-534.

Незговоров Д.В., Меньшикова Е.А., Сергеева Е.В. и др. Влияние полисахаридов ламинарии на иммунологическую реактивность // Мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. "Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки". — Архангельск, 2005. — С. 328-331.

Семенов А.В., Мазуров А.В., Преображенская М.Е. и др. Сульфатированные полисахариды как ингибиторы рецепторной активности Р-селектина и Р-селектинозави-симого воспаления // Вопр. мед. химии. — 1998. — Т. 44, вып. 2. — С. 135-144.

Усов А.И., Смирнова Г.П., Билан М.И., Шашков А.С. Бурая водоросль Laminaria saccharina (L.) Lam. как источник фукоидана // Биоорган. химия. — 1998. — Т. 24, № 6. — С. 437-445.

Усов А.И., Смирнова Г.П., Клочкова Н.Г. Полисахаридный состав некоторых бурых водорослей Камчатки // Биоорган. химия. — 2001. — Т. 27, № 6. — С. 444-448.

Baba M., Snoeck R., Pauwels R., DeClercq E. Sulfated polysaccharides are potent and selective inhibitors of various enveloped viruses, including herpes simplex virus, cytomegalovirus, vesicular stomatitis virus and human immunodeficiency virus // Antimicrob. Agents Chemother. — 1988. — Vol. 32. — P. 1742-1745.

Bolwell G.P., Callow J.A., Callow M.W., Evans L.V. Fertilization in brown algae. II. Evidence for lectin-sensitive complementary receptors involved in gamete recognition in Fucus serratus // J. Cell Sci. — 1979. — Vol. 36. — P. 19-30.

Chevolot L., Foucault A., Chaubet F. et al. Further data on the structure of brown seaweed fucan: Relationships with anticoagulant activity // Carbohydr. Res. — 1999. — Vol. 319. — P. 154-165.

Church F.C., Meade J.B., Treanor R.E., Whinna H.C. Antitrombin activity of Fucoidan: the interaction of Fucoidan with heparin cofactor II, a Antitrombin III and trombin // J. Biol. Chem. — 1989. — Vol. 264, № 6. — P. 3618-3623.

Dodgson K.S. Determination of inorganic sulphate in studies on the enzymic and non-enzymic hydrolysis of carbohydrate and other sulphate esters // Biochem. J. — 1961. — Vol. 78. — P. 312-319.

Encyclopedia Natural Products / Ed. W. Steglich. — N.Y.: Thieme, 2000. — 478 p.

Lizima-Mizui N., Fujihara M., Himeno J. et al. Antitumor activity of polysaccharide fraction from the brown seaweed Sargassum kjellmanianum // Kitasato Arch. Exp. Med. — 1985. — Vol. 58. — P. 15-27.

Logeart D., Prigent-Richard S., Jozefonvicz J., Letourneur D. Fucans, sulfated polysaccharides extracted from brown seaweeds, inhibit vascular smooth muscle cell proliferation. I. Comparison with heparin for antiproliferative activity, binding and internalization // Eur. J. Cell Biol. — 1997. — Vol. 74. — P. 376-384.

Mahony M.C., Clark G.F., Oehninger S. et al. Fucoidin binding activity and its localization on human spermatozoa // Contraception. — 1993. — Vol. 48. — P. 277-289.

McClure M.O., Moore J.P., Blanc D.F. et al. Investigations into the mechanism by which sulfated polysaccharides inhibit HIV infection in vitro // AIDS Res. Human Retrovir. — 1992. — Vol. 8. — P. 19-26.

Nagumo T., Nishino T.S. Fucan sulfates and their anticoagulant activities // Polysac-charides in Medicinal Applications. — N.Y.: Marcel Dakker, 1996. — P. 545-574.

Nishino T., Nagumo T., Kiyohara H., Yamada H. Structural characterization of new anticoagulant fucan sulfate from the brown seaweed Ecklonia kurome // Carbohydrate Research. — 1991. — Vol. 211. — P. 77-90.

Riov D., Colliec-Jovault S., Pinczon du Sel D. et al. Antitumor and antiprolifer-ative effects of a fucan extracted from Ascophyllum nodosum against a non-small-cell bron-chopulmonary carcinoma line // Anticancer Res. — 1996. — Vol. 16. — P. 1213-1218.

Soeda S., Kozako T., Iwata K., Shimeno H. Oversulfated fucoidan inhibits the basic fibroblast growth factor-induced tube formation by human umbilical vein endothelial cells: its possible mechanism of action // Biochimica et Biophysica Acta. — 2000. — Vol. 1497. — P. 127-134.

Usui T., Asari K., Mizuno T. Isolation and of highly purified Fucoidan from Eisenia bicyclis and anticoagulant and antitumor activites // Agric. Biol. Chem. — 1999. — Vol. 44. — P. 1965-1966.

Zeitlin L., Whaley K.J., Hegarty Т.А. et al. Tests of vaginal microbicides in the mouse genital herpes model // Contraception. — 1997. — Vol. 56(5). — P. 329-335.

Поступила в редакцию 14.06 06 г.