Радіаційне хімічне дослідження антиоксидантної активності біологічно важливих сполук із рослинних матеріалів

Антропова Ірина Григорівна

† Кафедра хімії високих енергій та радіоекології, Російський хіміко-технологічний університет імені Дмитра Менделєєва, Міусська площа, 9, 125047, Москва, Російська Федерація

Олександра А. Ревіна

‡ А.Н. Інститут фізичної хімії та електрохімії імені Фрумкіна РАН, проспект Ленінського, 31/4, 119071 Москва, Російська Федерація

Куракіна Олена Сергіївна

§ Джелеповська лабораторія ядерних проблем, Об'єднаний інститут ядерних досліджень, Жоліо-Кюрі 6, 141980, Дубна, Російська Федерація

Ельдар П. Магомедбеков

Анотація

Радіаційно-хімічне моделювання окисно-відновних реакцій біологічно активних сполук з рослинних матеріалів показало, що кумарини мають сильні антирадикальні властивості. Отримані дані, що підтверджують радіозахисні властивості цих сполук. Антиоксидантна активність виявлена для конкретних екстрактів лікарських рослин - Melilotus officinalis та Ledum palustre cormus. Радіаційно-хімічні перетворення кумаринів виявили, що незаміщений кумарин має більшу радіозахисну активність.

1. Вступ

Забруднення навколишнього середовища, спричинене шкідливими викидами від промислового виробництва та енергетикою радіоактивних матеріалів, змушує наш організм постійно піддаватися впливу негативних факторів, одним з яких є іонізуюче випромінювання. Відомо, що вплив може спричинити утворення активних форм кисню. 1-4 Організм людини має безліч систем захисту, включаючи радіопротектори та антиоксиданти (АО). 5 Введення їжі або напоїв з радіозахисними властивостями зменшує ефект радіаційного опромінення. 6 Відомо, що різні радіопротектори використовуються для захисту живих організмів, наприклад, біогенні аміни без сульфгідрильної групи, аміотіоли (пропамін, аміноетилізотіоуроній та ін.), Аскорбінова кислота, 7 вітамін Е, 8 каротин, полісульфіди галової кислоти, 9 цистеїну, цистеаміну гідрохлориду, коферменту Q9, 10,11 вітуліну, 12 диметилсульфоксиду, 13 деяких вуглеводів, біологічно активних рослинних та лікарських препаратів, 14-18 олії букового дерева Fagus orientalis, 19 фенольних сполук, 20-23 та інші.

Основними механізмами захисної дії радіопротекторів під час опромінення 20,24 є: конкуренція за сильні окислювачі та вільні радикали, що утворюються при радіолізі води, розчинників та інших середовищ; захист радіочутливих ферментів, гормонів та білкових молекул; утворення комплексів іонів важких металів 25 та катіонів з декількома загальними ступенями окислення; та пригнічення реакцій ланцюгового окислення. 26 Роль вторинних реакцій у радіозахисному ефекті та з’ясуванні токсичних властивостей хімічних радіопротекторів та продуктів їх реакції є складною та суперечливою. Це часто може в цілому запобігти явищу радіозахисного ефекту. На даний момент найбільший інтерес представляє пошук біологічно активних сполук (БАК) з рослинних матеріалів, які мають високу радіостійкість і які утворюють вторинні продукти реакції з нетоксичними властивостями.

Дослідження перетворень природних сполук, що зазнають дії іонізуючого випромінювання, визначення їх радіаційної стійкості та механізму їх окисно-відновних реакцій має велике значення. 27,28

Одне з важливих і перспективних сімейств таких сполук - кумарин (Coum). 29 Куми - це органічні сполуки, які складаються з бензольного кільця, приєднаного до піронового кільця. Куми широко поширені в рослинному світі. Залежно від структури, Кум має різні властивості та ряд біологічних активностей, таких як протизапальна, антикоагулянтна, протипухлинна, протиалергічна та фотодинамічна активність. Великий інтерес представляє використання Coum як АО та радіопротекторів. 30−32 Ван та ін. 33 досліджував протипухлинну активність похідного кумарину - ескулетина -, вилученого з трави Cortex Fraxini. Було встановлено, що точний вміст Куму в лікарському рослинному матеріалі пов'язаний з проявом його протипухлинної та протирадикальної активності. Показано, що ескулетин чинить інгібуючий ефект на клітини карциноми товстої кишки людини НТ-29.

Велика кількість рослин включає органічні BAC - куми, флавоноїди, 34–36 каротиноїди, порфірини, хлорофіли та ін. Та їх металеві комплекси. 37-40 З літератури 41,42 відомо, що різні куми зустрічаються на високому рівні; лікарські рослини складаються з самого куму та дигідрокумарину у Melilotus officinalis, 43 та ескуліну, ескулетину, скополетину та умбеліферону у Ledum palustre cormus. 44 Крім того, важливо зауважити, що рослинний матеріал містить багато мікроелементів (наприклад, марганець, мідь, залізо, селен, магній, алюміній та срібло). Відомо, що середовище існування, клімат, склад грунту та інші фактори впливають на мінеральний склад рослин. Більшість рослин, що містять важливі мінеральні мікроелементи, відіграють значну роль у прояві біологічної активності для живих організмів. 45

Застосування радіаційно-хімічного моделювання окислювально-відновних реакцій у системах стало дуже ефективним при дослідженні та прогнозуванні АТ поліефенольних сполук та радіозахисних властивостей. 46,47 Методи визначення реакційної здатності поліфенольних сполук природи можна розділити на прямі та непрямі. 30 Прямі методи засновані на виявленні короткоживучих проміжних частинок та утворенні вільних радикалів e̅ solv, O2 •, HO2 •, HO •, H2O2, R •, RO •, RO2 • у рідких та твердих системах та дослідженні щодо його властивостей із використанням сучасних методів фізичної хімії, таких як імпульсний радіоліз, хемолюмінесцентний аналіз, електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) та полярографія. Непрямі методи засновані на зміні концентрації фенольних сполук під впливом іонізуючого випромінювання з використанням різних методів, таких як спектрофотометрія, ЕПР, вольтамперометрія, хроматографія та ін.

Використання 2,2-дифеніл-1-пікрилгідразилу (DPPH) -стабільного вільного радикала в звичайних умовах є досить поширеним явищем для непрямих методів. Розчин DPPH змінюється у кольорі та у парамагнітних властивостях при зменшенні. Таким чином, це робить його корисним для дослідження реакційної здатності поліфенольної сполуки за допомогою ультрафіолетово-видимої спектрофотометрії та ЕПР. Результати роботи 48,49 показали, що швидкість зниження DPPH безпосередньо залежить від реактивності АТ.

У цій роботі Кум та його водно-етанольні екстракти з рослинного матеріалу досліджуються з метою пошуку та створення нових ВАС із сильними АО та радіозахисними властивостями. Реакції з активними частинками радіолізу розглядаються як основа взаємодій. Дріжджові клітини «Феодосія-7» застосовували для визначення радіозахисного ефекту Кума.

2. Результати та обговорення

2.1. Мікро- та макроелементний склад M. officinalis та L. palustre Cormus методом ICP – MS

Відомо 50, що функціональна активність досліджуваних рослин пов'язана із вмістом певних елементів у рослинних матеріалах. За допомогою методу аналізу індуктивно-зв’язаної плазмової мас-спектрометрії (ICP – MS) було встановлено (табл. 1), що магнію більше в L. palustre cormus, тоді як те саме стосується заліза, міді та цинку - у M. officinalis . Мікрокількісті селену, який, як вважають, відповідає за деякі властивості АТ, також були зареєстровані в досліджуваних рослинах.

Таблиця 1

елементM. лікарський (мг/г) L. palustre cormus (мг/г) елементM. лікарський (мг/г) L. palustre cormus (мг/г)

Mg	8,39 × 10 –1	2.65 × 10 0	Ge	2,97 × 10 –5	3,09 × 10 –5
Мн	2,61 × 10 –2	1,09 × 10 0	Як	1,13 × 10 –4	7,68 × 10 –5
Старший	6,84 × 10 –2	1,58 × 10 –2	Se	2,88 × 10 –4	1,58 × 10 –4
Ба	3,11 × 10 –2	1,26 × 10 –1	Mo	5,05 × 10 –4	2,75 × 10 –4
Fe	8.09 × 10 –1	2,92 × 10 –1	Ag	5,44 × 10 –5	1,56 × 10 –4
Ni	4,73 × 10 –3	1,53 × 10 –3	Cs	3,86 × 10 –5	1,58 × 10 –4
Cu	6.41 × 10 –3	4,93 × 10 –3	Тл	3,64 × 10 –6	9,21 × 10 –5
Zn	2.71 × 10 –2	1,73 × 10 –2	Pb	1,73 × 10 –3	2,29 × 10 –3

2.2. Антирадикальна активність екстрактів куму та рослин (на основі DPPH)

Встановлено, що одним із механізмів дії АО є здатність АО поліфенольної природи легко віддавати водень, утворюючи феноксильний радикал (PhO •), який є набагато менш активним (реакція 2). Вільнорадикальний DPPH 51 був використаний для виявлення властивостей АО досліджуваних рослин (рис. Рис. 1 1). Сполука PhO • з непарним електроном, що з’явилася в результаті відриву водню, бере участь у утворенні неактивних продуктів реакції 48 (реакції 3 або 4)