CC BY
14Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 1. С. 232-238.
УДК 547.918:547.466:543.422.3-76:661.167.7
МОЛЕКУЛЯРНОЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ ТРИТЕРПЕНОВЫХ ГЛИКОЗИДОВ С L-ТИРОЗИНОМ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
Яковишин Л.А.1, Гришковец В.И.2, Сергиенко Ю.И.1, Довгий И.И.3
1Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, Украина
2Таврический национальный университет им В.И. Вернадского, Симферополь, Украина
3Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности,
Севастополь, Украина
E-mail: chemsevntu@rambler.ru
Впервые методом УФ-спектроскопии исследовано молекулярное комплексообразование L-тирозина с 3-О-а^-рамнопиранозил-(1®2)-О-а^-арабинопиранозидом хедерагенина (a-хедерином) и его 28-О-а^-рамнопиранозил-(1 ®4)-О-Р-£>-глюкопиранозил-(1 ®6)-О-Р-£>-глюкопиранозиловым эфиром (хедерасапонином С) в водных растворах. Установлено, что L-тирозин образует с а-хедерином комплекс состава 1:1, а с хедерасапонином С - состава 2:3. Сделан вывод о влиянии строения гликозидов и L-тирозина на процесс комплексообразования. Изучена ихтиотоксичность комплексов и их компонентов против Poecilia sphenops.
Ключевые слова. тритерпеновые гликозиды, a-хедерин, хедерасапонин С, L-тирозин, молекулярный комплекс, УФ-спектроскопия, Poecilia sphenops, ихтиотоксичность.
ВВЕДЕНИЕ
Все большее значение приобретают супрамолекулярные продукты на основе растительных сапонинов и ароматических протеиногенных аминокислот. В частности, получены комплексы L-тирозина (Tyr) (рис. 1), заменимой аминокислоты, образующей почти все белки. Она является предшественником дофамина, норадреналина, адреналина и тироксина [1]. Tyr входит в состав лекарственных средств для парентерального питания («Вамин» и др.) [2].
Синтезированы комплексы L-триптофана (Trp), L-фенилаланина (Phe) и Tyr с гликозидами К-строфантином-Р и дигоксином, а также тройные комплексы, содержащие дополнительно катионы Ca2+ и Mg2+ [3]. Комплексы К-строфантина-Р имеют практически одинаковые константы устойчивости. Комплекс Tyr с дигоксином резко выделяется по своей устойчивости среди комплексов других ароматических аминокислот.
Методом времяпролетной плазменно-десорбционной масс-спектрометрии с ионизацией осколками деления 252Cf исследовано комплексообразование Tyr со стероидными агликонами неотигогенином и гитогенином, а также их гликозидами [4, 5]. При этом показано, что биозид и триозид неотигогенина образуют непрочные комплексы с Tyr, а петуниозид D умеренно взаимодействует с ним.
Запатентован ветеринарный препарат «Клатирам», представляющий комплекс глицирризиновой кислоты, являющейся основным тритерпеновым гликозидом солодок, с простагландином клопростенолом и Туг [6]. Его используют для регуляции репродуктивной функции животных.
Недавно мы сообщали об образовании супрамолекулярных структур 3-О-а-Х-рамнопиранозил-( 1 ®2)-О-а-£-арабинопиранозида хедерагенина (а-хедерин, гликозид 1, рис. 1) и его 28-О-а-Х-рамнопиранозил-(1®4)-О-Р-^-глюкопиранозил-(1®6)-О-Р-^-глюкопиранозилового эфира (хедерасапонин С, гликозид 2, рис. 1) с Тгр [7] и РЬе [8]. Комплексообразование исследовано методом УФ-спектроскопии. Масс-спектрометрически с ионизацией электрораспылением рассмотрено взаимодействие ароматических аминокислот с гликозидами 1 и 2 [9]. В настоящей статье описаны молекулярные комплексы гликозидов 1 и 2 с Туг. УФ-спектроскопическое исследование комплексообразования между ними в водном растворе ранее не проводилось.
Рис. 1. Строение компонентов молекулярных комплексов гликозидов и Tyr (гликозид 1: Я=Н; гликозид 2: R=—pGlcp-(6— 1)-pGlcp-(4— 1)-aRhap).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Гликозиды 1 и 2 выделяли из листьев плющей Hederá taurica Carr. и Hederá canariensis Willd. (Araliaceae Juss.) и подтверждали их строение по методикам, приведенным в работах [10, 11]. Комплексы получали путем смешивания водных растворов Tyr и гликозидов 1 и 2. Полученные смеси выдерживали при комнатной температуре (20-22 °С) в течение 40 мин при постоянном перемешивании.
УФ-спектры получены при комнатной температуре (20-22 °С) на спектрофотометре Unico UV-Vis 4802 (США) в кварцевых кюветах (l = 1 см). Для составления изомолярной серии использовали 10-4 М растворы гликозидов и Tyr. УФ-спектры приведены на Рис. 2, изомолярные кривые - на Рис. 3 и 4.
Ихтиотоксичность проверяли на Poecilia sphenops (Poeciliidae). Использовали растворы гликозидов и Tyr в дистиллированной воде. Для изучения действия каждой отдельной концентрации веществ было взято по 10 рыб. Рыб помещали в
30
O
OH
растворы гликозидов, Туг и их комплексов и определяли время инкубации , в
течение которого происходил 100% летальный исход (табл. 1). Доверительный интервал вычисляли со степенью надежности а=0.95.
Таблица 1
Ихтиотоксичность Туг, гликозидов 1 и 2 и их комплексов против
PoecШa sphenops
Соединение с, М Время экспозиции /г п до летального ' ьь100 исхода, мин
Туг 0.50-10-3 На протяжении 120 мин не токсично
Гликозид 1 0.50-10-3 10.5±1.1
Гликозид 2 0.50-10-3 На протяжении 120 мин не токсично
Комплекс гликозид 1-Туг По 0.50-10-3 Tyr и гликозида 1 10.6±2.1
Комплекс гликозид 2-Туг 0.50-10-3 Tyr и 0.75-10-3 гликозида 2 На протяжении 120 мин не токсично
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Межмолекулярные взаимодействия между Туг и гликозидами 1 и 2 исследованы методом УФ-спектроскопии. При увеличении концентрации гликозидов 1 и 2 и постоянной концентрации аминокислоты (10-4 М) наблюдается повышение оптической плотности растворов, т.е. гиперхромный эффект (см. рис. 2). При анализе спектральных данных установлено, что максимум поглощения Туг, составляющий 274 нм (10-4 М раствор), при увеличении концентрации гликозидов 1 и 2 возрастает до 281-282 нм, т.е. происходит слабый батохромный сдвиг.
250 300 350 400
1, нм
Рис. 2. УФ-спектры растворов Tyr (10-4 М = const) при различных концентрациях гликозида 2: 0 М (1), 0.50-10-4 М (2), 10-4 М (3), 0.25-10-3 М (4), 0.50-10-3 М (5), 0.75-10-3 М (6) и 10-3 М (7).
Соотношение компонентов в комплексах определено методом изомолярных серий [12]. На изомолярной кривой, составленной для смесей гликозида 1 с Туг, максимум находится при молярном отношении 1.00 (рис. 3), что соответствует комплексу состава 1:1. Образование комплекса аналогичного состава было недавно подтверждено масс-спектрометрически с ионизацией электрораспылением [9]. Для комплексов гликозида 1 с Тгр и РЬе, ранее полученных в водных растворах, молярное соотношение компонентов также составило 1:1 [7, 8].
с(Туг)/с(гликозида 1)
Рис. 3. Зависимость оптической плотности А от соотношения компонентов изомолярной серии при 1=274 нм: с(гликозида 1)=10-4 М, с(Туг)=10-4 М.
Для комплекса гликозида 2 и Туг получено молярное отношение 0.67 (рис. 4). Таким образом, комплекс образован двумя молекулами аминокислоты и тремя молекулами гликозида 2. В масс-спектре смеси гликозида 2 и Туг был найден пик протонированной молекулы [3М2+2МТу1+Н]+ [9], в которой наблюдается аналогичное молярное соотношение компонентов. Состав полученных нами комплексов гликозида 2 с Тгр и РЬе был определен как 1:1 [7, 8].
с(Туг)/с(гликозида 2)
Рис. 4. Зависимость оптической плотности А от соотношения компонентов изомолярной серии при 1=274 нм: с(гликозида 2)=10-4 М, с(Туг)=10-4 М.
С учетом литературных данных [7, 8, 13-15], а также строения гликозида 1 и Tyr можно предположить, что комплексообразование между ними происходит за счет водородной связи при участии группы NH3 цвиттер-ионной формы аминокислоты и карбоксильной группы гликозида: NH3+---O=C. В комплексе гликозида 2 внутренняя полость образуется из трех его молекул, очевидно ассоциированных за счет водородных связей с участием углеводных гидроксильных групп. В полости располагается димер Tyr. Самоассоциация Tyr возможна посредством гидрофобных взаимодействий ароматических колец. Гидроксильные группы моносахаридных остатков гликозида 2 могут связываться с NH3 аминокислоты водородными связями и за счет ион-дипольных взаимодействий N ...OH. В молекуле Tyr имеется фенольный гидроксил, который может участвовать в образовании дополнительных водородных связей и тем самым способствовать стабилизации комплексов. Не исключены гидрофобные взаимодействия ароматического кольца аминокислоты с неполярным агликоном гликозидов.
Известно, что бисдесмозидные тритерпеновые гликозиды обычно проявляют низкую токсичность, что объясняется отсутствием свободной карбоксильной группы в их агликонах. Наоборот, гликозиды со свободной (негликозилированной) карбоксильной группой высокоактивны [16, 17]. Для предварительной оценки биологической активности комплексов 1 и 2 с Tyr нами рассмотрено их действие на рыб моллинезия черная Poecilia sphenops (табл. 1).
Бисдесмозидный гликозид 2 и Tyr не проявили токсичности против Poecilia sphenops (табл. 1). Монодесмозид 1 оказался ихтиотоксичным. Полученные нами результаты соответствуют общепринятым выводам о соотношении активности моно- и бисдесмозидных сапонинов [16, 17]. Активность комплексов 1-Tyr и 2-Tyr практически не отличается от активности индивидуальных гликозидов.
ВЫВОДЫ
1. Впервые получены молекулярные комплексы моно- и бисдесмозидных тритерпеновых гликозидов с Tyr в водных растворах.
2. Методом изомолярных серий установлено, что Tyr образует с гликозидом 1 комплекс состава 1:1, а с гликозидом 2 - состава 2:3.
3. Показано, что межмолекулярное взаимодействие сопровождается гиперхромным эффектом и батохромным сдвигом.
4. Активность комплексов Tyr с гликозидами 1 и 2 практически не отличается от активности индивидуальных гликозидов.
Список литературы
1. Химическая энциклопедия: в 5 т. / [гл. ред. Зефиров Н.С.]. - М.: Большая Рос. энцикл., 1988. -Т. 4. - 1995. - 639 с.
2. Машковский М.Д. Лекарственные средства: в 2 т. / Машковский М.Д. - [13-е изд.]. - Харьков: Торсинг, 1997. - Т. 2. - 1997. - 592 с.
3. Комплексообразование сердечных гликозидов с аминокислотами и щелочноземельными металлами / Н.А. Горчакова, Т.Г. Самарская, В.А. Самарский [и др.] // Фармакол. и токсикол. -1992. - № 27. - С. 106-109.
4. Взаемодш стеро1дних гл1козид1в з амшокислотами: дослвдження методом плазменно-десорбцшно! мас-спектрометри / В.В. Пилипенко, С.О. Аксьонов, О.М. Калшкевич [та ш.] // Biopolym. се11. -2000. - Т. 16, № 3. - С. 212-219.
5. 252Cf Plasma desorption mass spectrometric study of interactions of steroid glycosides with amino acids / V.V. Pilipenko, L.F. Sukhodub, S.A. Aksyonov [et al.] // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2000. -Vol. 14. - P. 819-823.
6. Солодка: Биоразнообразие, химия, применение в медицине / [Г.А. Толстиков, Л.А. Балтина, В.П. Гранкина и др.]. - Новосибирск: Гео, 2007. - 311 с.
7. Молекулярное комплексообразование тритерпеновых гликозидов с триптофаном в водных растворах / Л.А. Яковишин, В.И. Гришковец, Н.В. Епишина [и др.] // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». -2010. - Т. 23 (62), № 2. - С. 270-275.
8. Молекулярное комплексообразование тритерпеновых гликозидов с L-фенилаланином в водных растворах / Л.А. Яковишин, В.И. Гришковец, Ю.И. Сергиенко [и др.] // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». -2010. - Т. 23 (62), № 3. - С. 255-261.
9. Материалы X Междунар. семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология), 2-7 мар. 2010 г., Ростов-на-Дону. - Ростов-на-Дону: Рос. фонд фунд. исслед. - 2010. - С. 30.
10. Тритерпеновые гликозиды Hedera taurica I. Строение таурозида Е из листьев Hedera taurica / А.С. Шашков, В.И. Гришковец, А.А. Лолойко [и др.] // Химия природ. соедин. - 1987. - № 3. -С. 363-366.
11. Тритерпеновые гликозиды Hedera canariensis I. Строение гликозидов L-A, L-Bb L-B2, L-C, L-D, LEi, L-Gi, L-G2, L-G3, L-G4, L-Hb L-H2 и L-I из листьев Hedera canariensis / В.И. Гришковец, Д.Ю. Сидоров, Л.А. Яковишин [и др.] // Химия природ. соедин. - 1996. - № 3. - С. 377-383.
12. Булатов М.И. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. - [5-е изд.]. - Л.: Химия, 1986. - 432 с.
13. Куликов О.В. Термодинамика образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, пептидов, нуклеиновых оснований и макроциклических соединений: автореф. дис. на соиск. уч. степени докт. хим. наук: спец. 02.00.04 «Физическая химия» / О.В. Куликов. -Иваново, 2005. - 36 с.
14. Комплексообразование тритерпенового гликозида a-хедерина с гидрофильными протеиногенными аминокислотами / Л.А. Яковишин, В.И. Гришковец, М.А. Рубинсон [и др.] // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2009. - Т. 22 (61), № 1. - С. 208-213.
15. Яковшин Л.О. Молекулярш комплекси тритерпенового гткозиду a-хедерину з ал1фатичними протешогенними ам1нокислотами / Л.О. Яковшин, М.А. Рубшсон // Ukr. Bioorg. Acta. - 2009. -Т. 7, № 1. - С. 32-35.
16. Анисимов М.М. О биологической роли тритерпеновых гликозидов / М.М. Анисимов, В.Я. Чирва // Успехи современной биологии. - 1980. - Т. 6, № 3. - С. 351-364.
17. Podolak I. Saponins as cytotoxic agents: a review / I. Podolak, A. Galanty, D. Sobolewska // Phytochem. Rev. - 2010. - Vol. 9. - P. 425-474.
Яковшин Л. О. Молекулярне комплексоутворення тритерпенових глiкозидiв з L-тирозином у водних розчинах / Л.О. Яковшин, B.I Гришковець, Ю.1 Сергieнко, I.I Довгий // B4eHi записки Таврiйського нацiонального унiверситету iM. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2011. -Т. 24 (63), № 1. - С. 232-238.
Уперше методом УФ-спектроскопп дослщжено молекулярне комплексоутворення L-тирозину з 3-О-а-L-рaмнопiрaнозил-(1®2)-O-а-L-aрaбiнопiрaнозидом хедерагешну (а-хедерином) та його 28-O-a-L-рамнопiранозил-( 1 ®4)-О-Р-Г>-глюкотранозил-( 1 ®6)-О-Р-Г>-глюкотранозиловым естером
(хедерaсaпонiном С) у водних розчинах. Встановлено, що L-тирозин утворюе з а-хедерином комплекс складу 1:1, а хедерасапошн С - складу 2:3. Зроблено висновок про вплив будови глiкозидiв та L-тирозину на процес комплексоутворення. Вивчено iхтiотоксичнiсть комплексш та 1х компонента проти Poecilia sphenops.
Krn4oei слова. тритерпеновi глiкозиди, а-хедерин, хедерасапошн С, L-тирозин, молекулярний комплекс, УФ-спектроскопiя, Poecilia sphenops, iхтiотоксичнiсть.
Yakovishin L.A. Molecular complexation of triterpene glycosides with L-tyrosine in aqueous solutions / L.A. Yakovishin, V.I Grishkovets, U.I Sergienko, I.I. Dovgyy // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 1. - P. 232-238. Using a method UV-spectroscopy, the molecular complexation of L-tyrosine with hederagenin 3-O-a-L-rhamnopyranosyl-(1®2)-O-a-L-arabinopyranoside (a-hederin) and its 28-0-a-L-rhamnopyranosyl-(1®4)-0-P-L>-glucopyranosyl-(1®6)-0-P-L>-glucopyranosyl ester (hederasaponin C) in aqueous solutions was for the first time investigated. It was found that L-tyrosine form complex with a-hederin in the 1:1 molar ratio, but with hederasaponin C - in the 2:3 molar ratio. The structures of glycosides and L-tyrosine are concluded to have an impact on the complexation process. The ichthyotoxicity of the complexes and its components against Poecilia sphenops was studied.
Keywords. triterpene glycosides, a-hederin, hederasaponin C, L-tyrosine, molecular complex, UV-spectroscopy, Poecilia sphenops, ichthyotoxicity.
Поступила в редакцию 20.02.2011 г.
