CC BY
59
ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ
Н.Н. Гаджиева, С. А. Фараджев
СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В PEGANUM HARMALA, ВЫЗВАННЫЕ ДЕЙСТВИЕМ у-ОБЛУЧЕНИЯ
Институт радиационных проблем НАН Азербайджана, ул.Ф. Агаева, 9, AZ-1143, г. Баку, Республика Азербайджан
Введение
В последнее время лекарственное растение Peganum harmala L помимо народной медицины широко применяется при лечении ряда более серьезных заболеваний, в том числе и раковых [1-5]. Эффективность использования гармалы в различных целях обусловлена наличием в ее составе Р-карболиновых алкалоидов - гармина, гармалина и их производных [6-10]. В работах [4, 5, 10, 11] показано, что p-карболиновые алкалоиды являются биологически активными и оказывают цитотоксическое влияние на раковые клетки и спазмолитическое действие на дыхательные пути при бронхиальной астме. Динамика накопления алкалоидов и стабильность их содержания в составе Peganum harmala при длительном хранении сильно зависят от внешних факторов - температуры, электромагнитного поля, радиационного фона и т.д. [11, 12]. Низкотемпературная обработка (—80 К) гармалы сверхвысокочастотным электромагнитным СВЧ-полем (—600—1000 МГц) дает возможность улучшить ее вкусовые качества и спазмолитическое действие [12—14]. Однако до сих пор не исследовались влияние у-радиации на состав и структуру Peganum harmala и связанные с ними изменения фармакологических свойств.
Поэтому в настоящей работе изучены структурные изменения в Peganum harmala, вызванные при воздействии у-излучения с помощью методов радиотермолюминесценции (РТЛ) и ИК-спектроскопии.
Экспериментальная часть
В работе использовали мелкодисперсные порошкообразные образцы Peganum harmala Апше-рона (Азербайджан) — листья, семена и стебли с размерами гранул —80 мкм, охарактеризованные в [1, 15]. Для снятия спектров радиотермолюминесценции (РТЛ) получали таблетки из этих порошков по методике, описанной в [15]. Кривые РТЛ регистрировали на термолюминографе ТЛГ-69М в диапазоне температур 80—500К при скорости разогрева образцов 0,08 К/с. Для РТЛ анализа образцы облучались при температуре 77К [12].
ИК-спектры пропускания тонких пленок с толщиной —1 мкм регистрировали на спектрофотометре Specord 71JR (Carl Zeiss) в области частот 2000—650 см-1 при комнатной температуре. Тонкие пленки получали прессованием смеси монодисперсной порошкообразной гармалы в твердой матрице KBr при соотношении 1:1000 под давлением 600 кг/см2 с предварительной откачкой при 1,33 Па с помощью специальной пресс-формы, предназначенной для оптических исследований [16].
Оптические спектры зеркального отражения листьев Peganum harmala измеряли в области 185—900 нм на спектрофотометре Specord UV VIS (Carl Zeiss) при 300 К. Для трех выбранных длин волн (X=500, 750 и 830 нм) в видимой области спектра, свободной от собственных полос поглощения гармалы, определяли значения коэффициентов отражения R (альбедо). В предположении выполнения закона Гурьевича-Кубелки-Мунка [17] с учетом влияния поверхностной шероховатости вычисляли оптические плотности для X = 500, 750 и 830 нм по формуле D=lgR/R0, где R0 и R - коэффициенты отражения образцов до и после у-облучения. Приведенные в работе значения D представляют собой среднюю арифметическую величину, полученную в трех параллельных независимых экспериментах.
Образцы облучали у-квантами 60Со мощностью дозы dDY/dt=1,03 Гр/с при температурах 77 и
© Гаджиева Н.Н., Фараджев С.А., Электронная обработка материалов, 2007, № 5, С. 97—101.
97
300 К для РТЛ и спектральных измерений соответственно. Поглощенная доза, определяемая ферросульфатным дозиметром, варьировалась в пределах DY = 0,5-50 кГр.
Обсуждение результатов
Облучение у-квантами при 77 К Peganum harmala приводит к появлению интенсивного пика РТЛ при 175 К и слабых пиков при 320 и 445 К (рис. 1, кривая 1). Низкотемпературный широкий пик (полуширина Т1/2«110 К) при 175 К с энергией активации £'а«0,07-0,10 эВ может быть связан как с наличием алкалоидов в составе гармалы, так и с молекулярной водой, находящейся в стерическом окружении алкалоидов (структуры некоторых типов алкалоидов Peganum harmala приведены на рис. 2). При облучении УФ-светом с X = 254 нм p-карболинов, выделяемых из корней Oxalis tuleroza L, визуально наблюдалась голубовато-пурпурная флуоресценция [18]. Причем установлено, что основными флуоресценцирующими компонентами являются гармин (7-метокси-1-метил-Р-карболин) и гармалин (3,4-дигидрогармин). Гидроксильные (ОН)-группы и кислород конденсированной воды в у-облученных биологических объектах также дают термолюминесценцию при 160-180 К [19]. Происхождение и природа пиков термовысвечивания при 320 и 445К пока не установлены и выясняются.
Рис. 1. Кривые термовысвечивания у-
облученной гармалы при дозах DY=1(1), 10(2) и 50 кГр(3)
Низкотемпературный широкий пик РТЛ с максимумом при 175 К имеет ряд особенностей, так как его спектральные параметры (интенсивность и полуширина) зависят от дозы у-облучения (рис.1, кривые 2 и 3). При увеличении дозы у-облучения от 0,5 до 25 кГр (0,5 < DY<25 кГр) интенсивность пика термовысвечивания увеличивается почти на порядок. Дальнейшее увеличение дозы облучения до 50 кГр (25<DY<50 кГр) сопровождается монотонным уменьшением интенсивности данного пика и его сужением в ~2 раза (полуширина уменьшается на 60 К). При этом форма полосы остается неизмененной и близкой к гаусовой. Дозовые зависимости интегральной интенсивности I РТЛ пика при 175К его полуширины Ту2 в виде диаграмм приведены на рис. 3. На основе их анализа можно заключить, что в области сравнительно малых доз (0,5< DY<25 кГр) происходят слабые структурные изменения, связанные в основном с конформационными превращениями алкалоидов, а в области доз 25<DY<50 кГр - сильные структурные изменения, вплоть до их частичного распада.
Структурные изменения в Y-облученных образцах Peganum harmala контролировали также по ИК-спектрам поглощения. На рис. 4 представлены ИК-спектры поглощения исходных (кривая 1) и облученных Y-квантами при различных дозах (кривые 2-3) образцов Peganum harmala в области частот 1800-1200 см-1. Эта аналитическая область спектра характеризуется набором близлежащих полос поглощения, относящихся в основном к различным видам алкалоидов в составе гармалы. Об этом свидетельствует наличие карбонильсодержащих С=О (v~1750-1700 см-1), С=С и азотсодержащих -N=C групп (v~1690-1500 см-1) в ароматических циклах. А полосы при 1600, 1580 (сопряженные кольца), 1500 и 1450 см-1 характерны для самого кольца. С учетом сложного химического состава и справочных данных по ИК-спектрам индивидуальных алкалоидов гармалы полосы поглощения с часто-
98
тами 1725, 1700, 1690 и 1625 см-1 были отнесены к гармину, пеганидину, гармалину и пеганину соответственно (рис. 4, кривая 1) [9, 20-23].
При облучении образцов Peganum harmala ИК-спектры трансформируются: в области сравнительно малых доз (0,5<DY<25 кГр) происходит перераспределение интенсивностей полос поглощения алкалоидов, сопровождающееся увеличением интенсивностей полос поглощения гармина и гармали-на (1725 и 1690 см-1), и, наоборот, - уменьшением интенсивностей полос поглощения пеганина и пе-гадинина (1700 и 1625см-1) (рис. 4, кривые 2-3). Дальнейшее увеличение дозы облучения от 25 до 50 кГр приводит к уменьшению интенсивностей всех полос поглощения. Наблюдаемую особенность гармина, гармалина и их производных в ИК-спектрах у-облученной Peganum harmala в аналитической области алкалоидов можно объяснить структурными конформационными изменениями, приводящими к увеличению концентрации (количества) гармина и гармалина (область сравнительно малых доз
Рис.3 Зависимости суммарной интегральной интенсивности I пика РТЛ гармалы при Т=175К (а) и его полуширины Т1/2 (б) от дозы у-облучения
Рис. 4. ИК-спектры поглощения гармалы: исходной (1) и у-облученной при Dr=10(2) и 50 кГр(3)
Таким образом, РТЛ и ИК-исследования показали, что в области сравнительно малых доз (0,5<DY<25 кГр) не происходят существенные структурные изменения и ее можно использовать для проведения радиационной стерилизации Peganum harmala.
Для определения оптимальных дозовых границ области радиационной стерилизации спектры зеркального отражения исходных и у-облученных листьев Peganum harmala измеряли в видимой области (X~400-950 нм). Зависимости изменений оптических плотностей трех выбранных длин волн (X=500, 750 и 830 нм) от дозы у-облучения приведены на рис. 5. Как видно из рисунка, после определенного значения дозы при DY>2,5 кГр наблюдается увеличение значений оптических плотностей для трех X, что обусловлено ростом отражательной способности поверхности листьев гармалы вследст-
99
вие радиационной очистки ее от загрязнений, обусловленных микроорганизмами [24]. При значениях дозы у-облучения DY>7,5 кГр наступает область насыщения. Нижней и верхней границами радиационной стерилизации выбрали значения доз, соответствующие началу и концу линейной области, то есть 2,5 и 7,5 кГр.
Рис.5. Дозовые зависимости оптических плотностей длин волн Л=500(1), 750(2) и 830 нм (3) по спектрам зеркального отражения листьев гармалы
Заключение
Используя кинетические особенности пика РТЛ при 175 К с энергией активации Еа=0,07-0,1 эВ и изменений ИК-спектров в аналитической области поглощения алкалоидов (v=2000-1000 см-1) в зависимости от дозы у-облучения (DY=0,5-50 кГр), установили, что в области сравнительно малых доз (0,5<DY<25 кГр) не происходят существенные структурные изменения в Peganum harmala, а в области 25<DY<50 кГр наблюдаются сильные структурные изменения, вплоть до частичного разложения алкалоидов. Показана возможность использования области сравнительно малых доз (0,5<DY<25 кГр) для радиационной стерилизации. По дозовой зависимости изменений коэффициента зеркального отражения листьев Peganum harmala в видимой области спектра (А,=400-900 нм) определены ее нижняя и верхняя границы.
Авторы выражают благодарность Ф.М. Махмудзаде за оказанную помощь при проведении экспериментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дамиров И.А., Применко Л.Н., Шукюров Д.З., Керимов Ю.Б. Лекарственные растения Азербайджана. Баку: Маариф. 1983, 319 с.
2. Преображанский В. Все о лекарственных растениях ПКФ «БАО». Донецк, 2001, 592 с.
3. Mc.Kenna A.J., Towers A.J.T. UV-mediated cytotoxicity of beta-carbolines alkaloids // Phytochemistry, 1981, 20, p.1001-1004.
4. Perez J.M. Martin, Labrador V., Fernandez Freire P. et al. Ultrastructural changes induced in Hella cells after phototoxic treatment with harmine // Journal of Applied Toxicology, 2004, v.24(3), p.197-201.
5. Sobhani A.M., Ebrahimi S.A., Mahmouidan M. Ana vitro evaluation of human DNA topoisomease I inhibition by Peganum harmala L. seeds extract and its beta carboline alkaloids // J.Pharm.Sci. 2002, v.5(1),
р. 19-23.
6. Faskhutdinov M.F., Telezhenetskaya M.V., Levkovich M.G. and Abdullayev N.D. Alkaloids of Peganum harmala // Chemistry of Natural Compounds, 2000, v.36, N 6, p. 602-605.
7. Корецкая Н.И. Алкалоиды Peganum harmala L. // Журнал органической химии, 1957, 27,
с. 3361-3364.
8. Harsh Pal Bais, Sang-Wook Park, Frank R.Stermits et al. Exudation of fluorescent P-carbolines from Ox-alis tuberose L. roots // Phytochemistry, v.61, 2002, p.539-543.
9. Юнусов С.Ю. Алкалоиды. Справочник. Ташкент: Фан, 1974. С.168-180.
10. Chuen-Chao Shi, Jyh-Fei Liao, Chieh-Fu Chen. Spasmolytic effects of three Harmala alkaloids on Guinea-Pig isolated Trachea // Pharmacology and Toxicology, 2001, v.89, p.259.
11. Патент А20040259 А61К35/78 Азерб. Способ низкотемпературной сверхвысокочастотной обработки гармалы / Н.Н. Гаджиева, С.А. Фараджев, А.М. Магеррамов, Э.Р. Гамидов, Э.С. Джафаров.
Опубл. 13.12.2004 Бюл. №1.
100
12. Фараджев С.А., Магеррамов А.М., Гаджиева Н.Н., Джафаров Э.С. Радиотермолюминесценция СВЧ-обработанной гармалы Peganum harmala Апшерона / Тез.докладов 4-й Баховской конференции по радиационной химии, Москва, 1-3 июня 2005, с.124.
13. Фараджев С.А., Гаджиева Н.Н., Магеррамов А.М., Джафаров Э.С. Низкотемпературная СВЧ-обработка гармалы Апшерона типа Peganum harmala / Abstracts of the third International Conference “Ecological Chemistry 2005” 20-21 may 2005, Chisinau, Republic of Moldova, p.435-436.
14. Faradjov S.A., Magerramov A.M., Gadzhieva N.N., Djafarov E.S. Ecotechnologic method of action of low-temperature SHF treatment on structure and taste quality of Apsheron harmala type Peganum harmala / Proceed.of the 8th Baku International Congress “Energy, ecology, economy” in association UNESCO&Urmia University/Iran, Baku, 1-3 june 2005, p. 184-187.
15. Гаджиева Н.Н., Магеррамов А.М., Фараджев С.А., Эюбова Н.А. Особенности горения гармалы Peganum harmala // Журнал «Знание», Просвещение Азербайджанского общества, серия химия, биология, медицина, 2004, №6(22), с.48-55.
16. Гаджиева Н.Н., Самедов Э.А., Абдуллаева Х.И. Изучение адсорбции и радиолиза метана на поверхности ВеО методом ИК-спектроскопии // Журнал прикл.спектр., 1995, т.62, №6, с.44-48.
17. Розенберг Г.В., Сахновский М.Ю., Гуминевский С.Г. О методах абсорбционной спектроскопии плоских образцов слабо поглощающих светорассеивающих веществ // Оптика и спектроскопия. 1967. Т.23. В.5. С.797-806.
18. Кулешев В.И., Никольский В.Г. Радиотермолюминесценция полимеров. М.: Наука, 1991. 223 с.
19. Allen I.R.F., Holmstedt B.R. The simple beta-carboline alkaloids. // Phytochem., 1980, 19, p.573-582.
20. Ghada Mandi Juma’a. Peganum harmala Production // European Journal of Scientific Research, 2005, v.11, N1, p.6-12.
21. Vigar Uddin Ahmad. Application of spectroscopic methods in the structure elucidation of new natural products in studies in natural products chemistry, v.5. Structure elucidation (Part-B) (Ed.Atta-ur-Rahman), Elsevier Science Publisher, Amsderdam (1989), p.197.
22. Atta-ur-Rahman and Vigar Uddin Ahmad. 13C-NMR of natural products, Plenum Publishing Corporation, USA, 1992, v.1,2, p.210.
23. Vigar Uddin Ahmad and Atta-ur-Rahman. Handbook of natural products data. Elseiver Science Publisher, Amsterdam, 1994, v.2, p.164.
24. Presentations “The industrial applications of irradiation technology”. Supported by International Atomic Energy Agency (IAEA), 2-3 june 2003, Baku, Azerbaijan, p. 23-32.
Summary
Поступила 19.01.07
The structure changes of Peganum harmala connected by the y-irradiation influence have been studied by means radiothermoluminescence (RTL) and IR-spectroscopy methods. It is established that at a small dose 0.5<Dy<25 kGr region the structure changes of alkaloids d’ not takes place, but at dose 25<Dy<50 kGr region - particular decay. The possibility to applied a small dose region for radiation sterilization of Peganum harmala have been shown. The dose bounders of the radiation sterilization have been determined.
101
