ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 296
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
пиридиниевой соли нагревают в диметилсульфоксиде, иногда с небольшими добавками метанола, воды или пиридина. Ацетатные группы можно удалить обработкой водным
38
гидроксидом аммония при комнатной температуре (Chizhov et al., 1999).
Для определения типа связей между моносахаридами используют метод метилирования десульфатированных фукоиданов. Обычно применяют методику (Ciucano and Kerek, 1984), в соответствии с которой полисахарид, растворенный в диметилсульфоксиде, обрабатывают измельченным гидроксидом натрия и метилиодидом. Сравнение продуктов метилирования нативного и десульфатированного фукоиданов может дать сведения о расположении сульфатных групп. Для идентификации продуктов метилирования и определения их количественного соотношения используют ГЖХ-МС.
Применение периодатного окисления и, соответственно, деградации по Смиту, является неэффективным из-за большого количества в молекулах фукоиданов 1^3-связанных остатков фукозы и высокой степени замещения гидроксильных групп.
Структурные особенности фукоиданов — сульфатированных полисахаридов бурых водорослей и фукансульфатов иглокожих
История изучения структуры фукоиданов началась с исследования фукоидана, выделенного из бурой водоросли F. vesiculosus, которая относится к порядку Fucales. На протяжении долгого времени считалось, что углеводные цепи этого полисахарида содержат преимущественно остатки фукозы, соединенные а-1^2-0-гликозидными связями, суль-фатированные по С4. Пересмотр этой структуры привел авторов статьи (Patankar et al., 1993) к выводу, что основная цепь полисахарида, выделенного из F. vesiculosus, содержит а-1^3-связанные остатки фукозы, а разветвления присоединены к ним в положении 2, тогда как сульфатные группы - в положении 4 в остатках фукозы. Родственные фукоиданам сульфатированные полисахариды, состоящие только из a-L-фукозы, выделены из иглокожих (Mulloy et al., 1994). В наземных организмах полисахариды, подобные фукоиданам, до сих пор не обнаружены.
В настоящее время сульфатированные фукозосодержащие полисахариды морских иглокожих и бурых водорослей условно можно разделить на несколько структурных групп:
1. Фуканы — полисахариды регулярной структуры, состоящие только из остатков фукозы и сульфатов. Выделены из иглокожих.
2. Фукоиданы, главная цепь который состоит из остатков фукозы, связанных а-(1^3)-гликозидными связями. Выделены из бурых водорослей порядка Laminariales.
3. Фукоиданы, главная цепь который состоит из остатков фукозы, связанных а-(1-*3)- и (1^4)-гликозидными связями. Выделены из
39
бурых водорослей порядка Fucales.
4. Сульфатированные галактофуканы — полисахариды, содержащие в главной цепи остатки фукозы и галактозы в качестве основных моносахаридов. Выделены из бурых водорослей сем. Sargassaceae.
5. Фукоиданы сложного состава — сульфатированные гетерополи-сахариды, содержащие остатки фукозы, маннозы, ксилозы, уроновой кислоты, галактозы и сульфат в различных соотношениях.
Сведения о химическом составе и структурных фрагментах отдельных представителей фукозосодержащих полисахаридов приведены в таблицах 2.1 и 2.2.
Фукансульфаты иглокожих
Фукансульфаты морских ежей Arbacialixula, Lytechinusvariegatesи голотурии Ludwigothureagriseaпостроены из повторяющихся тетрасаха-ридных звеньев и, в отличие от фукоиданов, обладают четко выраженной регулярной линейной структурой, не содержат ацетатных групп и других моносахаридных остатков (табл. 2.1, 2.2).
Таблица 2.1 Структурные характеристики некоторых фукоиданов бурых водорослей
41
* — мольные отношения
** — процентное содержание
н.о — не определено
♦ — для этой фракции получен ЯМР-спектр
С — следовые количества
ФукоиЬаны с главной цепью, состоящей из а-(1-> 3)-с вязанных остатков фукозы
Нужно отметить, что в большинстве случаев для установления структуры выбираются фракции фукоиданов, основным компонентом которых является фукоза. Фукоиданы, выделенные из бурых водорослей, принадлежащих к порядкам Chordariales и Laminariales (табл. 2.1), представлены полисахаридами, состоящими из а-1^3-связанных остатков фукозы. Подробно изучен фукоидан, выделенный из бурой водоросли Chordafillum(Chizhov et al., 1999). Авторам удалось полностью расшифровать 1Н ЯМР спектр его десульфатированного и дезацетилированного производного. Было показано, что главная цепь состоит из гексасахаридного повторяющегося звена, в котором на пять (1^3)-связанных остатков фукозы приходится один остаток фукозы в качестве разветвления при С2. Сульфатные группы в нативном фукоидане расположены преимущественно при С4, и реже — при С2. Некоторые 3-связанные остатки фукозы ацетилированы по положению 2.
Фукоидан из Analipusjaponicusимеет такую же основную цепь, состоящую из (1^3)-связанных остатков фукозы, но содержит много-
42
численные заместители в виде единичных остатков a-L-фукопиранозы (три ответвления при С4 и одно при С2 на каждые 10 остатков фукозы главной цепи). Сульфатные группы располагаются, в основном, при С2 и реже при С4, тогда как ацетатные группы локализованы главным образом при С4. Большинство концевых невосстанавливающих остатков фукозы сульфатированы при С2 и С4 (Билан и др., 2007).
Фукоидан, выделенный из дальневосточной бурой водоросли L. cichorioides, также построен по общему для представителей порядка Laminarinales плану: основная цепь содержит остатки фукозы, связанные а-(1^3) гликозидными связями. Эта водоросль синтезирует самый высоко сульфатированный фукоидан среди известных: практически все остатки фукозы в нем сульфатированы при С2 и С4 (Zvyagintseva et al., 2003).
ФукоиЬаны, основная цепь которых состоит из (1>3)- и (1->4)-связанных остатков a-L-фукозы
Основная цепь фукоиданов бурых водорослей порядка Fucales (Cyclosporophyceae) построена из чередующихся а-1-*3 и а-1^4-связанных остатков фукозы (табл. 2.1). Возможно, различия в структуре основной цепи фукоиданов связаны с разным механизмом биосинтеза этих полисахаридов бурыми водорослями, принадлежащими Phaeosporophyceae и Cyclosporophyceae.
В работе M.I. Bilan и др. было показано, что фракция фукоидана, выделенная из Тихоокеанской бурой водоросли F. evanescens, обладает линейной структурой и состоит из чередующихся остатков 1-»3- и 1-»4-связанной a-L-фукопиранозы, сульфатированной по С2. Небольшое количество дополнительных сульфатных групп расположено в положениях 3 и 4 остатков L-Fuc (Silchenko et al., 2013). Кроме того, в фукоидане часть остатков фукозы ацетилирована (Bilan et al., 2002). Другими авторами (Kusaykin et al., 2006) из F. evanescensбыла выделена фракция фукоидана с более высоким содержанием а-1^3-связанных остатков L-фукозы (1-*3 :1-Н= = 1,5:1). По всей видимости, бурая водоросль F. evanescensсинтезирует разные типы фукоиданов.
Водоросль Ascophyllumnodosumтакже синтезирует несколько структурных типов сульфатированных полисахаридов. Фракцию, содержащую наибольшее количество сульфатных групп, изучали с помощью ЯМР спектроскопии. Перед проведением спектроскопических экспериментов выделенный фукоидан был подвергнут частичному кислотному гидролизу. Для выделенной фракции была предложена регулярная структура из повторяющихся дисахаридных звеньев (Chevolot et al., 2001). Из Fucusdistichusудалось выделить фракцию фукоидана с необычно высокой
43
степенью регулярности (Bilan et al., 2004). Она имела повторяющиеся дисахаридные звенья, построенные из остатков a-L-фукозы, связанных 1->3-и 1->4 гликозидными связями.
ФукоиЬаны, представляющие собой сульфатированные галакто-фуканы или более сложные гетерополисахариЬы
Фукоиданы нередко являются сложными гетерополисахаридами и часто, кроме фукозы, содержат разные количества других моносахаридов. Известны полисахариды, состоящие примерно из равных количеств сульфатированных остатков фукозы и галактозы. Сульфатированные полисахариды, содержащие фукозу и галактозу в сравнимых количествах, принято считать галактофуканами. Галактофуканы были выделены из спорофиллов
38
гидроксидом аммония при комнатной температуре (Chizhov et al., 1999).
Для определения типа связей между моносахаридами используют метод метилирования десульфатированных фукоиданов. Обычно применяют методику (Ciucano and Kerek, 1984), в соответствии с которой полисахарид, растворенный в диметилсульфоксиде, обрабатывают измельченным гидроксидом натрия и метилиодидом. Сравнение продуктов метилирования нативного и десульфатированного фукоиданов может дать сведения о расположении сульфатных групп. Для идентификации продуктов метилирования и определения их количественного соотношения используют ГЖХ-МС.
Применение периодатного окисления и, соответственно, деградации по Смиту, является неэффективным из-за большого количества в молекулах фукоиданов 1^3-связанных остатков фукозы и высокой степени замещения гидроксильных групп.
Структурные особенности фукоиданов — сульфатированных полисахаридов бурых водорослей и фукансульфатов иглокожих
История изучения структуры фукоиданов началась с исследования фукоидана, выделенного из бурой водоросли F. vesiculosus, которая относится к порядку Fucales. На протяжении долгого времени считалось, что углеводные цепи этого полисахарида содержат преимущественно остатки фукозы, соединенные а-1^2-0-гликозидными связями, суль-фатированные по С4. Пересмотр этой структуры привел авторов статьи (Patankar et al., 1993) к выводу, что основная цепь полисахарида, выделенного из F. vesiculosus, содержит а-1^3-связанные остатки фукозы, а разветвления присоединены к ним в положении 2, тогда как сульфатные группы - в положении 4 в остатках фукозы. Родственные фукоиданам сульфатированные полисахариды, состоящие только из a-L-фукозы, выделены из иглокожих (Mulloy et al., 1994). В наземных организмах полисахариды, подобные фукоиданам, до сих пор не обнаружены.
В настоящее время сульфатированные фукозосодержащие полисахариды морских иглокожих и бурых водорослей условно можно разделить на несколько структурных групп:
1. Фуканы — полисахариды регулярной структуры, состоящие только из остатков фукозы и сульфатов. Выделены из иглокожих.
2. Фукоиданы, главная цепь который состоит из остатков фукозы, связанных а-(1^3)-гликозидными связями. Выделены из бурых водорослей порядка Laminariales.
3. Фукоиданы, главная цепь который состоит из остатков фукозы, связанных а-(1-*3)- и (1^4)-гликозидными связями. Выделены из
39
бурых водорослей порядка Fucales.
4. Сульфатированные галактофуканы — полисахариды, содержащие в главной цепи остатки фукозы и галактозы в качестве основных моносахаридов. Выделены из бурых водорослей сем. Sargassaceae.
5. Фукоиданы сложного состава — сульфатированные гетерополи-сахариды, содержащие остатки фукозы, маннозы, ксилозы, уроновой кислоты, галактозы и сульфат в различных соотношениях.
Сведения о химическом составе и структурных фрагментах отдельных представителей фукозосодержащих полисахаридов приведены в таблицах 2.1 и 2.2.
Фукансульфаты иглокожих
Фукансульфаты морских ежей Arbacialixula, Lytechinusvariegatesи голотурии Ludwigothureagriseaпостроены из повторяющихся тетрасаха-ридных звеньев и, в отличие от фукоиданов, обладают четко выраженной регулярной линейной структурой, не содержат ацетатных групп и других моносахаридных остатков (табл. 2.1, 2.2).
Таблица 2.1 Структурные характеристики некоторых фукоиданов бурых водорослей
| Бурая водоросль | Моносахаридный состав Fuc:Glc:Gal:Man:Xyl:Ram:GlcA | Количество сульфатов | Ссылка |
| Laminariales Chordafilum | *a) 1,0:0,01:0,02:0,01:0,01:0:0 *6) 1,0:0,05:0,01:0,1:0,04:0(**5,5) ♦*b) 1,0:0,6:0,07:0,1:0,15:0:(**3,5) | «26,5 «13 «13 | (Chizhov et al, 1999) |
| Ecklonia kurome | *a) 1,0:0:0,36:0,48:1,08:0:1,85 ♦*6) 1,0:00:0,81:0,18:0,45:0:0,61 *b) 1,0:0:0,03:0:0:0,03 *r) 1,0:0:0,19:0:0:0,07 | *2,35 *2,0 *1,61 *1,48 | (Nishino, Aizu et al, 1991; Nishino, Nagumo et al, 1991) |
| Laminaria cichorioides | «52:0,2:2,2:0,2:0,3:0:3,7 ♦«90:6:1,2:0:2,8:0:0 | **44 «38 | (Zvyagintseva et al, 2003; Усов, Кирьянов А.В., 1994) |
| Laminaria japonica | *1,0:0,07:0,37:0,09:0,14:0,02:0,21 | *1,66 | (Honya et al, 1999) |
40
| Laminaria saccharina (Белое море) | **a) 36,3:1,5:0:0:0:0:0:8,9 «6) 14:0,6:0:0:0:0:36,8 «в) 18,6:0,2:0:0:0:0:15,0 | «37 «14,3 «23,8 | (Усов и др., 1998) |
| Laminaria saccharina (Баренцево море) | «a) 34,8:0:0:0:0:0:9,6 «6)20,2:0:0:0:0:0:19,7 «в) 18,0:0:0:0:0:0:13,6 ♦«r) 33,8:0:0:0:0:0:10,8 | «40,0 «20,4 «25,8 «35,4 | (Усов и др., 1998) |
| Macrocystis purifera | «36:0:2:0:1:0:0 | H.o. | (Schweiger, 1962) |
| Undaria pinnatifida | *a) 1,0:0:0,77:0,04:0,03:0:0,33 *6) 1,0:0:0,87:0,03:0,04:0:0,12 *b) 1,0:0:1,76:0,04:0,08:0,17 | *0,32 *1,12 *3,37 | (Mori et al, 1982) |
| Undaria pinnatifida | *1,0:0:1,1:0:0:0:0:0 | *0,72 | (Lee et al, 2004) |
| Fucales Sargassum linifolium | *2,5:0:8,4:1,0:2,5:0:4,6 | «19 | (Abdel-Fattah et al, 1974) |
| Sargassum stenophyllum | ♦* 59,6:2,1:31,5:1,9:4,8:0:0 ♦*25,5:9,9:24>5:34>3:5>8:0:0 | «28,5 «5,2 | (Duarte et al, 2001) |
| Ascophyllum nodosum | **a) 49:0:0:0:10:0:11 *6) 1,1:0:1:0,1:0,1:0:0,2 *в) 8:0:1:0:0:0:0 **r) 25:0:0:0:26:0:27 | «21 *0,8 H.O. «13 | (Dillon et al, 1953; Larsen et al, 1970; Medcalf etal., 1978; Percival, 1968; Percival, 1971) |
| Fucus vesiculosus | *1,0:0:0,02:0,02:0:0:0 | 0,9 | (Larsen et al, 1970) |
41
| Fucus evanescens | ♦**a) 58,7:0:1,6:0:1,6:0:0:0 **б) 35,4:4:0:0,8:6,1:0:н.о **b) 10,7:1,1:3:3,7:17,4:0:15,6 **r) 33,2:0:4,5:3,5:8,1:0:28,9 **д) 34:0:5,4:0:3,8:0:32,5 | **46,5 H.O **19,6 **28,9 **32,5 | (Bilan et al, 2002) |
| Pelvetia wrightii | *10,0:0:1,0:0:0:0:0 | H.o. | (Anno et al, 1966) |
| Desmarestiales Desmarestia aculeate | *1,0:0:2,0:0:0,13:0:1,7 | H.o. | (Percival; Young, 1974) |
| Ectocarpales Adenocystis utricularis | ♦* a) 74:1:22:2:C:0:0 ♦*6) 73:2:18:4:1:0:0 | **30 **34 | (Ponce et al, 2003) |
* — мольные отношения
** — процентное содержание
н.о — не определено
♦ — для этой фракции получен ЯМР-спектр
С — следовые количества
ФукоиЬаны с главной цепью, состоящей из а-(1-> 3)-с вязанных остатков фукозы
Нужно отметить, что в большинстве случаев для установления структуры выбираются фракции фукоиданов, основным компонентом которых является фукоза. Фукоиданы, выделенные из бурых водорослей, принадлежащих к порядкам Chordariales и Laminariales (табл. 2.1), представлены полисахаридами, состоящими из а-1^3-связанных остатков фукозы. Подробно изучен фукоидан, выделенный из бурой водоросли Chordafillum(Chizhov et al., 1999). Авторам удалось полностью расшифровать 1Н ЯМР спектр его десульфатированного и дезацетилированного производного. Было показано, что главная цепь состоит из гексасахаридного повторяющегося звена, в котором на пять (1^3)-связанных остатков фукозы приходится один остаток фукозы в качестве разветвления при С2. Сульфатные группы в нативном фукоидане расположены преимущественно при С4, и реже — при С2. Некоторые 3-связанные остатки фукозы ацетилированы по положению 2.
Фукоидан из Analipusjaponicusимеет такую же основную цепь, состоящую из (1^3)-связанных остатков фукозы, но содержит много-
42
численные заместители в виде единичных остатков a-L-фукопиранозы (три ответвления при С4 и одно при С2 на каждые 10 остатков фукозы главной цепи). Сульфатные группы располагаются, в основном, при С2 и реже при С4, тогда как ацетатные группы локализованы главным образом при С4. Большинство концевых невосстанавливающих остатков фукозы сульфатированы при С2 и С4 (Билан и др., 2007).
Фукоидан, выделенный из дальневосточной бурой водоросли L. cichorioides, также построен по общему для представителей порядка Laminarinales плану: основная цепь содержит остатки фукозы, связанные а-(1^3) гликозидными связями. Эта водоросль синтезирует самый высоко сульфатированный фукоидан среди известных: практически все остатки фукозы в нем сульфатированы при С2 и С4 (Zvyagintseva et al., 2003).
ФукоиЬаны, основная цепь которых состоит из (1>3)- и (1->4)-связанных остатков a-L-фукозы
Основная цепь фукоиданов бурых водорослей порядка Fucales (Cyclosporophyceae) построена из чередующихся а-1-*3 и а-1^4-связанных остатков фукозы (табл. 2.1). Возможно, различия в структуре основной цепи фукоиданов связаны с разным механизмом биосинтеза этих полисахаридов бурыми водорослями, принадлежащими Phaeosporophyceae и Cyclosporophyceae.
В работе M.I. Bilan и др. было показано, что фракция фукоидана, выделенная из Тихоокеанской бурой водоросли F. evanescens, обладает линейной структурой и состоит из чередующихся остатков 1-»3- и 1-»4-связанной a-L-фукопиранозы, сульфатированной по С2. Небольшое количество дополнительных сульфатных групп расположено в положениях 3 и 4 остатков L-Fuc (Silchenko et al., 2013). Кроме того, в фукоидане часть остатков фукозы ацетилирована (Bilan et al., 2002). Другими авторами (Kusaykin et al., 2006) из F. evanescensбыла выделена фракция фукоидана с более высоким содержанием а-1^3-связанных остатков L-фукозы (1-*3 :1-Н= = 1,5:1). По всей видимости, бурая водоросль F. evanescensсинтезирует разные типы фукоиданов.
Водоросль Ascophyllumnodosumтакже синтезирует несколько структурных типов сульфатированных полисахаридов. Фракцию, содержащую наибольшее количество сульфатных групп, изучали с помощью ЯМР спектроскопии. Перед проведением спектроскопических экспериментов выделенный фукоидан был подвергнут частичному кислотному гидролизу. Для выделенной фракции была предложена регулярная структура из повторяющихся дисахаридных звеньев (Chevolot et al., 2001). Из Fucusdistichusудалось выделить фракцию фукоидана с необычно высокой
43
степенью регулярности (Bilan et al., 2004). Она имела повторяющиеся дисахаридные звенья, построенные из остатков a-L-фукозы, связанных 1->3-и 1->4 гликозидными связями.
ФукоиЬаны, представляющие собой сульфатированные галакто-фуканы или более сложные гетерополисахариЬы
Фукоиданы нередко являются сложными гетерополисахаридами и часто, кроме фукозы, содержат разные количества других моносахаридов. Известны полисахариды, состоящие примерно из равных количеств сульфатированных остатков фукозы и галактозы. Сульфатированные полисахариды, содержащие фукозу и галактозу в сравнимых количествах, принято считать галактофуканами. Галактофуканы были выделены из спорофиллов