CC BY
0
УДК 547-3
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОКСАЛЬБУМИНА АБРИНА
А. В. Щеголькова1, И. В. Рашевская2
1,2Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
[email protected] [email protected]
Аннотация. Проанализированы свойства растительного токсина абрина. На основе анализа структурной формулы соединения выдвинуты предположения о его химических свойствах.
Ключевые слова: токсальбумин, токсин, химические свойства, абрин, рицин
Для цитирования: Щеголькова А. В., Рашевская И. В. Биологическая активность и химические свойства токсальбумина абрина // Вестник Пензенского государственного университета. 2024. № 3. С. 92-95.
Токсальбуминами называют токсичные растительные белки, многие из которых присутствуют в семействах растений Abrus precatorius, Leguminosae и Euphorbiaceae, Robinia pseudoacacia, Jatropha curcas, Croton gratissimus, Ricinus communis. Типичными токсальбуминами являются абрин и рицин.
Токсальбумин абрин - белок, который производится растением Abrus precatorius, более известным как чёточник молитвенный. Этот белок является одним из самых мощных природных ядов. В ярко окрашенных семенах чёточника молитвенного содержится около 0,08 % абрина, но его высвобождение предотвращается семенной оболочкой, если она не нарушена. При внутривенном, подкожном введении или при вдыхании порошка эти токсальбумины чрезвычайно токсичны.
Но несмотря на то, что абрин крайне токсичен, он обладает особенными свойствами, которые делают его уникальным инструментом в медицинских исследованиях и терапии. Абрин был исследован Эрлихом в классических опытах по изучению антителообразования [1]. Актуальность изучения биологических эффектов абрина, методов обнаружения и терапии интоксикации обусловлена еще и тем, что абрин рассматривается как элемент биологического оружия [2].
Исследование токсичности абрина велось с использованием эндотелиальных клеток легких крупного рогатого скота. Функционирование клеток анализировали по ряду различных биохимических показателей, что привело к выводу, что абрин обладает более выраженной токсичностью по сравнению с другим растительным белковым ядом, содержащим токсальбумины, - рицином [3].
Абрин - термолабильный альбумин, представляет собой смесь изотоксинов а- (наиболее мощный токсин), b-, с-, d- и нетоксичного гемагглютинина Abrus precatorius. Предполагаемая смертельная доза абрина для человека 0,1-1 мкг/кг. На клеточном уровне он подавляет синтез белка, вызывает гибель клеток: повреждаются эндотелиальные клетки, увеличивается проницаемость капилляров с последующей утечкой жидкости и белка [4].
Абрин относится к группе лектинов, способных специфическим образом связываться с остатками молекул углеводов на поверхности клеток. Его уникальная структура, состоящая из субъединиц A и B, позволяет эффективно связываться с клеточными поверхностями. Цепь В способствует взаимодействию цепи А с клеточной мембраной и проникновению в цитоплазму. Процесс связывания начинается с взаимодействия субъединицы B с гликопротеидными и гликолипид-
© Щеголькова А. В., Рашевская И. В., 2024
ными рецепторами, содержащими остатки галактозы или N-ацетилгалактозамина, что инициирует рецепторопосредованный эндоцитоз [5]. После проникновения в клетку токсин попадает в комплекс Гольджи, где происходит его протеолиз на две отдельные субъединицы. Субъединица А взаимодействует с рибосомами, путем удаления специфического аденинового основания А4324 вблизи 5'-конца 28S рибосомальной РНК. Таким образом, одна молекула инактивирует тысячи рибосом, нарушая синтез белка в организме.
Лечение: купирование острой почечной недостаточности, острой печеночной недостаточности, детоксикационная терапия, коррекция гемостаза, коррекция нарушений ритма и проводимости сердца. Однако в последнее время в печати появляются результаты научных исследований по специфической профилактике и терапии абриновой интоксикации. В исследованиях in vitro и in vivo было обнаружено 35 перспективных низкомолекулярных соединений, работающих как антидоты. Из них одно - ^-N-2-ацетилфенил-З-фенилакриламид - показало наибольшую эффективность и обеспечило наибольшую выживаемость лабораторных животных после введения абрина [6].
Одним из ядовитых компонентов абрина является производное аминокислоты триптофана -N-метилтриптофан или (25)-3-(1И-индол-3-ил)-2-метиламинопропановая кислота (рис. 1).
В составе ^метилтриптофана имеется гетероцикл индол с вторичной аминогруппой и функциональные группы в составе цепи: карбоксильная и вторичная алифатическая аминогруппы. Молекула абрина имеет кислотные и основные центры: п-основный центр (индол) - очень слабый; и-основные центры: карбонильный атом О с неподеленной парой электронов (нэп); ОН-группа в составе карбоксильной - слабое основание из-за делокализации нэп атома О в р,п-сопряженной системе карбоксильной группы; атом N пиррольного цикла в составе индола с нэп, находящейся в состоянии р,п-сопряжения с п-электронами гетероцикла.
По карбоксильной группе ^метилтриптофан проявляет кислотные свойства: реагирует с оксидами, гидроксидами, щелочными и щелочноземельными металлами, карбонатами, фенолятами, алкоголятами, аминами. Вступает в реакции: этерификации со спиртами, образования галогенан-гидридов, ангидридов, амидов (при взаимодействии с первичными или вторичными аминами образуются моно- или дизамещенные амиды) и других производных карбоновых кислот; восстановления, термического разложения солей. По Са-Н, СР-Н связям - в реакции галогенирования, нитрования, сульфирования.
По вторичной алифатической аминогруппе: проявляет кислотно-основные свойства с преобладанием основных за счет неподеленной электронной пары азота (взаимодействие с водой, кислотами разных типов); нуклеофильные свойства, следовательно, вступает в реакцию нуклеофильного замещения, реакции окисления. Кислотные свойства NH-группы проявляются только в присутствии сильного основания, например, в реакциях с металлоорганическими соединениями. Как нук-леофил реагирует со спиртами, галогенуглеводородами, альдегидами, кетонами, карбоновыми кислотами, их производными. Вступает в реакцию с эпоксидами [7, 8].
О
он
Рис. 1. Структурная формула N-метилтриптофана
По гетероциклу вступает в реакции электрофильного замещения преимущественно по С2-атому в пиррольном цикле, так как пиррол электроноизбыточен из-за положительного мезомерного эффекта аминогруппы, где атом азота находится в состоянии р,п-сопряжения с кольцом. Реагирует с галогенами (только с мягко действующими реагентами). Так как пиррол в составе индола ацидо-фобен, нитрование идет с этилнитратом в присутствии этилата натрия в эфире, а сульфирование -комплексом пиридина с SO3. Также вступает в реакции карбоксилирования, ацилирования и формулирования. Возможно и азосочетание. Пиррольный цикл в составе абрина - слабая NH-кислота, в присутствии только сильных оснований (например, амида натрия) превращается в анион [9, 10].
Получить вещество можно реакцией металлокомплексного катализа (получение из алкена), окисления кетона пероксидным соединением, из индолальдегида и гидантоина, конденсации индола с пиперидинометилформалиномалоновым эфиром.
Применение абрина в медицине напрямую связано с механизмом токсического воздействия абрина на клетки. Среди множества перспективных направлений терапевтического применения различных частей растения большой интерес вызывают результаты, демонстрирующие цитостати-ческую активность плодов абрина. Их влияние изучали на различных моделях опухолей. Например, коньюгаты цепи В абрина с ингибитором трипсина возможно использовать в качестве противоопухолевого средства [11].
Абрухиноны из корней A. precatorius продемонстрировали мощный противовоспалительный потенциал за счет подавления окислительного взрыва фагоцитов. Эти результаты дают основание предположить, что абрухиноны могут стать перспективными кандидатами для углубленных исследований в области онкологии [12].
Список литературы
1. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. М. : Просвещение, 1987. С. 472, 761.
2. Печенкин Д. В., Горшков А. С., Саблина М. А. [и др.]. Рицин и абрин как вероятные агенты биотеррора // Вестник войск РХБ защиты. 2022. № 6 (3). С. 243-257. URL: https://doi.org/10.35825/2587-5728-2022-6-3-243-257
3. Griffiths G. D., Lindsay C. D., Upshall D. G. Examination of the toxicity of several protein toxins of plant origin using bovine pulmonary endothelial cells // Toxicology. 1994. Vol. 31. № 90 (1-2). Р. 11-27. URL: https://doi.org/10.1016/0300-483X(94)90201 -1
4. Дикерс К. Дж., Брэдберри С. М., Райс П. [и др.]. Отравление абрином // Токсикологический обзор. 2003. № 22 (3). С. 137-142. URL: https://doi.org/10.2165/00139709-200322030-00002
5. Платэ Н. А., Васильев А. Е. Физиологически активные полимеры. М. : Химия, 1986. 296 с.
6. Phatak P., Chauhan V., Dhaked R. K. [et al.]. E-N-(2-acetyl-phenyl)-3-phenyl-acrylamide targets abrin and ricin toxicity: Hitting two toxins with one stone // Biomed Pharmacother. 2021. № 143. Р. 112-134. URL: https://doi.org/10.1016/j .biopha.2021.112134
7. Шабаров Ю. С. Органическая химия : учеб. для вузов. М. : Химия, 1994. 848 с. Ч. 1. Нециклические соединения; ч. 2. Циклические соединения.
8. Тюкавкина Н. А. Органическая химия : учеб. для вузов : в 2 кн. М. : Дрофа, 2003. 640 с.
9. Ким А. М. Органическая химия : учеб. пособие для вузов. 4-е изд., испр. и доп. Новосибирск : Сиб. университет. изд-во, 2004. 844 с.
10. Травень В. Ф. Органическая химия : учеб. пособие для вузов : в 3 т. М. : БИНОМ Лаборатория знаний, 2015. Т. 3. 391 с.
11. Lin J. Y., Hsieh Y. S., Chu S. C. Chimeric protein: abrin B chain-trypsin inhibitor conjugate as a new antitumor agent // Biochem Int. 1989. № 19 (2). Р. 313-323. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2818599
12. Окоро Э. Э., Махарджан Р., Джабин А., Ахмад М. С. [и др.]. Изофлаванхиноны из корней Abrus precatorius обладают антипролиферативным и противовоспалительным действием // Фитохимия. 2021. № 187. URL: https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2021.112743
Информация об авторах Щеголькова Анжелика Викторовна, студентка, Пензенский государственный университет.
Рашевская Ирина Владимировна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Химия», Пензенский государственный университет.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
