Полиметаллокомплексы пектиновых полисахаридов и их биологическая активность

Полная исследовательская публикация __________________ Карасева А.Н., Миронов В.Ф., Цепаева О.В., Выштакалюк А.Б.,

Минзанова С.Т., Карлин В.В. и Миндубаев А.З.

Размещено на http://www.allbest.ru/

34 ________________ http://chem.kstu.ru _______________ ©-- Chemistry and Computational Simulation. Butlerov Communications. 2004. Vol.5. No.1. 33.

Тематический раздел: Химия биологически активных веществ. __________________ Полная исследовательская публикация

Подраздел: Координационная химия. Регистрационный код публикации: c3

©-- Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2004. Т.5. № 1. _______ Ул. К. Маркса, 68. 420015 Казань. Татарстан. Россия. ____ 33

Лаборатория фосфорсодержащих аналогов природных соединений. Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН

ПОЛИМЕТАЛЛОКОМПЛЕКСЫ ПЕКТИНОВЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Карасева Алла Николаевна, Миронов Владимир Федорович,

Цепаева Ольга Викторовна, Выштакалюк Александра Борисовна,

Минзанова Салима Тахиатуловна,

Карлин Василий Викторович и Миндубаев Антон Зуфарович

Резюме

полиметаллокомплекс пектиновый полисахарид молекула

Получены новые водорастворимые формы полиметаллокомплексов пектиновых полисахаридов с катионами d-металлов - Co²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, содержащие два или три d-металла в молекуле одновременно. В опытах на лабораторных животных изучено влияние полиметаллокомплексов на процессы кроветворения в сравнении со смесями соответствующих монометалло-комплексов.

Введение

Одним из наиболее характерных свойств пектиновых биополимеров полисахаридной природы является способность их к комплексообразованию с ионами s-, p- и d-металлов [1]. В ряде работ постулируется координация иона металла различными цепями биополимера с образованием двойных цепочечных структур, то есть со сшиванием параллельных макромолекул пектина металлом в трехмерном пространстве (для обзора см. [2]). Образующиеся комплексы пектина с металлами нерастворимы в воде и образуют в маточных растворах коллоидные гели [3].

Результаты и обсуждение

Ранее [4] нами было описано получение водорастворимых форм металлокомплексов в ряду пектиновых биополимеров с биогенными d-металлами - катионами Co²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺. При этом в качестве матрицы для получения комплексов был использован не сам пектин, а натриевая соль полностью деэтерифицированного пектина - пектовой кислоты со степенью солеобразования 100%.

Этот подход позволяет получить натриевую соль пектовой кислоты с точно известным содержанием ионов натрия в полимере и провести количественные аналитические расчеты для получения металлокомплексов пектовой кислоты с фиксированной степенью превращения полимерной молекулы при замене иона натрия на катион d-металла. В результате экспериментального исследования была определена пороговая концентрация солей d-металлов относительно катионов натрия, равная 25%, которая является границей между образованием растворимых и нерастворимых форм комплексов пектатов. Для определения условий избирательного образования водорастворимых комплексов было проведено количественное исследование закономерностей комплексообразования в системах пектат натрия - соль d-металла в зависимости от концентрации соли d-металла и определена область концентраций селективного образования растворимых форм пектиновых металлокомплексов.

Табл. 1

Результаты изучения влияния водорастворимого металлокомплекса Na, Co-полигалактуроната на гематологические показатели у лабораторных крыс в зависимости от концентрации кобальта

Примечания. Для табл. 1, 3, 4 специальные маркеры означают:

* - различия показателей между опытной и контрольной группами достоверны при р < 0.05;

** - то же, при < 0.01; *** - то же, при < 0.001.

Без скобок показаны отличия от контрольной группы, получавшей воду.

В круглых скобках - отличия от контрольной группы, получавшей пектин.

^*) - число эритроцитов в данной группе крыс восстанавливалось на 26 день до уровня контроля. Ч - число.

Поскольку изученные в работе [4] металлы являются биогенными, то есть выполняющими различные, в том числе каталитические функции в жизненно важных процессах животных и человека, было предпринято исследование биологической активности полученных комплексов этих металлов с пектинами. Результаты первого этапа таких исследований, а именно, изучения их влияния на функцию кроветворения у лабораторных животных, представлены в работе [4], в которой было показано, что пектиновые комплексы с кобальтом, медью и железом проявляют отчетливое влияние на функцию кроветворения животных, выражающееся в увеличении гемоглобина и числа эритроцитов в крови. Для поиска более эффективных веществ в ряду пектиновых металлокомплексов в настоящей работе на примере соединений кобальта было изучено влияние дозы катиона металла на биологическую активность пектинов (табл. 1). Биологическая активность исследовалась на белых лабораторных крысах в условиях, аналогичных приведенным в работе [4].

Табл. 2

Форма комплексов Na-, d-металл полигалактуронатов в растворе в зависимости от концентрации солей d-металлов

Как можно видеть из табл. 1, увеличение дозы кобальта в комплексах практически не приводит к изменению гематологических показателей крови. Поскольку в процессе кроветворения необходима тройка биогенных металлов - кобальта, меди и железа, целесообразно было их объединение в рамках одного металлокомплекса, что, с одной стороны, могло бы обеспечить минимальную дозу, а с другой стороны - использовать полезные свойства одновременно трех металлов сразу.

Табл. 3

Результаты изучения влияния водорастворимых полиметаллических комплексов полигалактуроновой кислоты (ПГ) на гематологические показатели (функцию кроветворения)

Для разработки подходов к синтезу таких полиметаллокомплексов мы использовали количественные данные, полученные в работе [4]. Как уже отмечалось, эти данные позволяют определить для каждого из трех металлов область концентраций, в которой наблюдается селективное образование водорастворимых форм комплексов.

Табл. 4

Результаты изучения влияния смесей водорастворимых биметаллических комплексов полигалактуроновой кислоты (ПГ) на гематологические показатели (функцию кроветворения)

Сравнение областей концентраций для трех указанных металлов (кобальта, меди и железа), показывает, что они примерно совпадают и находятся в пределах концентрации соли d-металла 0.009 - 0.020 г-экв./л. Одновременное использование двух или трех металлов в пределах указанных концентраций, по-видимому, может привести к образованию водорастворимых форм полиметаллокомплексов. Это предположение, действительно подтверждается в ходе эксперимента (табл. 2). Как видно из таблицы, суммарное использование металлов в области указанных концентраций не препятствует образованию их водорастворимых комплексных форм. Превышение концентрации 0.020 г-экв./л, как и в случае комплексов с металлом одного вида, ведет к образованию гелей.

Результаты исследования биологического действия полиметаллокомплексов на гематологические показатели крови лабораторных животных представлены в табл. 3. Для сравнения в параллельных опытах при одном рационе кормления лабораторных животных изучена биологическая активность соответствующих смесей комплексов с металлом одного вида (табл. 4).

Из данных табл. 3 и 4 видно, что максимальный биологический эффект по влиянию на гематологические показатели животных, выражающийся в повышении числа эритроцитов и гемоглобина крови, проявляет синтезированный в настоящей работе комплекс, содержащий одновременно ионы Na⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺ в одной молекуле полимера. Его включение в рацион животных приводит к увеличению концентрации гемоглобина на 12.8%, числа эритроцитов - на 21.2%. Содержание гемоглобина в отдельном эритроците при этом не отличается от контрольной группы, получавшей воду (выше на 11.2%, чем в группе, получавшей пектин). Эффект по увеличению концентрации гемоглобина проявляется немного позже, чем в группе, получавшей полиметаллический комплекс Na⁺, Co²⁺, Cu²⁺ с пектином, но является более выраженным. При этом не снижается содержание гемоглобина в отдельном эритроците, что свидетельствует об оптимальном удовлетворении организма животных микроэлементами, необходимыми для процессов кроветворения.

Таким образом, результаты биологических экспериментов показывают, что сочетание ионов биогенных d-металлов - кобальта, меди и железа в пределах одной молекулы пектинового биополимера приводит к более выраженному эффекту улучшения кроветворения у лабораторных животных по сравнению с комплексами пектина, полученными на основе металла одного вида.

Экспериментальная часть

ИК спектры для твердых образцов записывали в таблетках KBr на спектрометре Vector-22 фирмы Bruker.

Полиметаллокомплексы с двумя или тремя различными d-металлами получали по следующей методике: к раствору цитрусового пектина в дистиллированной воде прибавляли (50-60 С) при перемешивании в течение 1.0-1.5 ч раствор NaОН в дистиллированной воде (в количестве 0.5-0.7 г щелочи на 1 г пектина); затем добавляли раствор двух или трех солей двухвалентных d-металлов в равных количествах таким образом, чтобы общая концентрация d-металлов не превышала 0.02-0.009 г-экв./л. Через 30-40 мин целевой продукт осаждали этанолом или ацетоном, центрифугировали и высушивали при 40-50 С. Получены аморфные порошки, растворимые в воде при 50-60 С, растворы которых проявляют оптическую активность.

Комплекс пектата натрия с медью (II) и кобальтом (II), порошок серо-сиреневого цвета, [a]_D²⁰ = +157.48 (с 0.5%; H₂O). ИК спектр: n(C=O) 1628 см-¹.

Комплекс пектата натрия с медью (II), кобальтом (II) и железом(II), порошок светло-коричневого цвета, [a]_D²⁰ = +167.08 (с 0.5%; H₂O). ИК спектр: n(C=O) 1628 см-¹.

Выводы

Получены новые водорастворимые формы полиметаллокомплексов пектиновых полисахаридов с катионами d-металлов - Co²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, содержащих два или три d-металла в молекуле одновременно.

В опытах на лабораторных животных выявлено влияние полиметаллокомплексов с более выраженным эффектом улучшения кроветворения по сравнению со смесями соответствующих монометаллокомплексов.

Литература

[1] Алексеев Ю.Е., Грановский А.Д., Жданов Ю.А. Успехи химии. 1998. Т.67. Вып.8. С. 723-744.

[2] N. Gyurcsik. Coord. Chem. Rev. 1999. Vol.203. P. 81-149.

[3] J.B. Deulofeu. Патент Великобритании № 475182 (1937).

[4] Миронов В.Ф., Карасева А.Н., Цепаева О.В., Выштакалюк А.Б., Минзанова С.Т., Морозов В.И., Карлин В.В., Юнусов Э.Р., Миндубаев А.З. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2003. Т.4. №3. С. 45-50.

Размещено на Allbest.ru