CC BY
0Ш A sE 22-24 0КТЯбРЯ 2024 г-
Анализ каротиноидов в сложных многокомпонентных системах и смесях методом спектроскопии комбинационного рассеяния света
Васимов Д.Д.1, Ашихмин А.А.2, Новиков В.С.1
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
2- Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук, Пущино
Е-mail: vasdiml612@yandex.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-169-171
Природные органические пигменты каротиноиды выполняют множество ключевых функций для разнообразных живых организмов. Каротиноиды являются компонентами систем сбора и преобразования света в растениях и бактериях и защищают их от фотоокислительного повреждения. В организме человека они выступают в роли провитаминов, геропротекторов, антиоксидантов и иммуностимуляторов. Люди не вырабатывают каротиноиды самостоятельно, а получают их из продуктов питания и биологически активных добавок. Свойства каротиноидов сильно зависят от их химического и изомерного состава, поэтому его особенно важно определять в сложных многокомпонентных системах и смесях каротиноидов: в биологических тканях, в пищевых и лекарственных источниках каротиноидов для человека.
Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света — высокоинформативный и неразрушающий метод анализа молекулярных веществ. Резонансное усиление интенсивности линий КР каротиноидов позволяет детектировать их даже при малых концентрациях в составе многокомпонентных систем и смесей.
В данной работе экспериментально исследованы спектры КР ряда чистых каротиноидов, смеси каротиноидов и содержащего каротиноиды светособирающего комплекса LH2 из пурпурной серной бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila. Образцы каротиноидов были выделены методом высокоэффективной жидкостной хроматографии из пурпурных бактерий и биологически активных добавок. Спектры КР были зарегистрированы при возбуждении излучением с длиной волны 532 или 785 нм на КР-микроскопе Senterra II (Brucker, США) со спектральным разрешением 1,5 см-1.
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-----------« недели.
ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИИ
Для отнесения линий КР к определенным колебаниям и для определения зависимости спектров КР от химического и изомерного состава каротиноидов методом функционала плотности были рассчитаны структуры и спектры КР транс- и моно-цис-изомеров молекул каротиноидов с длиной сопряжения от 3 до 13 С=С связей.
Рис. 1. Рассчитанные спектры КР транс-изомеров молекул спириллоксантина, ликопина, нейроспорина, ^-каротина, фитофлуина и фитоина. В скобках для каждого каротиноида указана длина сопряжения.
Сравнительный анализ рассчитанных спектров КР исследуемых каротиноидов (рис. 1) показал, что увеличение длины сопряжения приводит к сдвигу в низкочастотную область линий, соответствующих валентным колебаниям С—С и С=С связей. Установлено, что чем больше длина сопряжения, тем меньше величина сдвига названных линий, причём зависимость нелинейная. Показано, что с увеличением длины сопряжения возрастает интенсивность линии, соответствующей валентным колебаниям С—С связей. Все эти закономерности были подтверждены при сравнении с экспериментальными спектрами КР каротиноидов.
Возможности спектроскопии КР для определения химического состава каротиноидов продемонстрированы на примере смеси каротиноидов и светособирающего комплекса ЬИ2 (рис. 2). В спектре КР смеси каротиноидов наблюдались не только линии, соответствующие спектру фитоина, как это ожидалось, исходя из условий выделений, но и дополнительные линии, совпадающие в пределах спектрального разрешения с линиями КР ликопина. Таким образом, в данной смеси ликопин содержится в виде примеси.
еоо эоо 1000 ноо 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Частота, см"1
Рис. 2. Экспериментальные спектры КР смеси каротиноидов, фитоина, ликопина, спириллоксантина, комплекса ЬИ2.
Для определения состава каротиноидов в комплексе ЬИ2 в спектрах был проведен анализ контура линий валентных колебаний С-С и С=С связей, а также положений и интенсивностей менее интенсивных линий. В частности, было обнаружено, что в полосу около 1153 см-1 дают вклад две линии. Поскольку в спектре не обнаружено дополнительных линий, соответствующих цис-изомерам каротиноидов, сделан вывод, что эти линии относятся к трансизомерам двух различных каротиноидов. Частоты этих линий соответствуют линиям КР ликопина и спириллоксантина, на основании чего сделан вывод, что комплекс ЬИ2 сдержит именно их. Дополнительным подтверждением этого результата является присутствие в спектре комплекса ЬИ2 линий около 1630 и 1670 см-1, первая из которых наблюдается в спектре ликопина и отсутствует в спектре спириллоксантина, а вторая — наоборот.
Таким образом, в работе показано, что совместный анализ положений и интенсивностей не только основных, но и менее интенсивных линий в спектрах КР каротиноидов с привлечением результатов квантово-химических расчетов позволяет идентифицировать каротиноиды и их изомеры как в чистом виде, так и в смесях и биологических объектах.
Авторы выражают благодарность Межведомственному суперкомпьютерному центру Российской академии наук за предоставленные вычислительные ресурсы.
