CC BY
15
Д • 7universum.com
Д UNIVERSUM:
№ 7(109) /YY\ химия И БИОЛОГИЯ июль, 2023 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ
БИОФИЗИКА
DOI: 10.32743/UNICHEM.2023.109.7.15719 АНТИРАДИКАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ГИДРОЛИЗУЕМЫХ ТАННИНОВ
Эргашев Нурали Аъзамович
канд. биол. наук, зав. лаб., Институт биофизики и биохимии при НУУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Исамухамедова Дилдора Рахматилаевна
базовый докторант, Институт биофизики и биохимии при НУУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Сайфиева Хамида Джураевна
младший научный сотрудник, Институт биофизики и биохимии при НУУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: xamida. [email protected]
Гайибов Улугбек Гаппаржанович
старший научный сотрудник, Институт биоорганической химии АНРУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gayibov. [email protected]
Рахимов Рахматилла Нуриллаевич
старший научный сотрудник, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Махмудов Рустам Расулжонович
старший научный сотрудник, Институт биоорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Асраров Музаффар Исламович
д-р биол. наук, проф., зам. дир., Институт биофизики и биохимии при НУУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Библиографическое описание: АНТИРАДИКАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ГИДРОЛИЗУЕМЫХ ТАННИНОВ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Эргашев Н.А. [и др.]. 2023. 7(109). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/15719
ANTI-RADICAL ACTIVITY OF SOME HYDROLYZABLE TANNINS
Nurali Ergashev
Candidate of sciences, head of lab., Institute of Biophysics and Biochemistry under NUUz, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Dildora Isamukhamedova
Basic doctoral student, Institute of Biophysics and Biochemistry under NUUz, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Khamida Sayfieva
Junior researcher, Institute of Biophysics and Biochemistry under NUUz, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Ulugbek Gayibov
Senior researcher, Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences, Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Rakhmatilla Rakhimov
Senior researcher, Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences, Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Rustam Makhmudov
Senior researcher, Institute of Bioorganic chemistry AS RUz, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Muzaffar Asrarov
Head of molecular biophysics laboratory, professor, DcS, Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Изучена антирадикальная активность (АРА) некоторых гидролизуемых таннинов по отношению к свободному радикалу 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил. Показано, что они проявляют АРА по структурно -зависимым образом. При этом следует отметить, что гидролизуемые таннины в структуре содержащие гексагидроксиди-феноильные группы с моно-глюкозильной группой проявлял самые высокое АРА активность.
ABSTRACT
The antiradical activity (ARA) of some hydrolysable tannins with respect to the free radical 2,2-diphenyl-1-picrylhy-drazyl was studied. They have been shown to exhibit ARA in a structure-dependent manner. It should be noted that hydrolysable tannins in the structure containing hexahydroxydiphenoyl groups with a mono-glucosyl group showed the highest ARA activity.
Ключевые слова: свободные радикалы, ДФПГ, константа реакции, гидролизуемые таннины. Keywords: free radicals, DPPH, rate constant, hydrolysable tannins.
Развитие свободнорадикальных процессов в клетках тканей человека многими эндогенными и экзогенными путями, вызывают обширное окислительное повреждение, приводящий к различным заболеваниям человека [1]. Поэтому актуальным остаётся поиск и изучение регуляторов свободнорадикальных процессов на основе биологически активных соединений растительного происхождения.
В этом плане полифенольные соединения представляют особый интерес, т.к. они уже давно зарекомендовали себя как мощные антиоксиданты [2]. Как известно, полифенольные соединения являются неисчерпаемым источником лекарственных препаратов различного терапевтического действия [3].
Гидролизуемые таннины можно разделить на галлотаннины, которые при гидролизе образуют глюкозу и галловую кислоту [4, 5], и эллагитаннины,
которые при гидролизе дают не только глюкозу и галловую кислоту, но и эллаговую кислоту [5]. В последние время их применение в области пищевой промышленности, биофармацевтики, сельскохозяйственного производства и других областях увеличилось [4]. Основная функция полифенолов заключается в результате наличия у них сильных антиоксидант-ных свойств.
Антиоксидантная активность многих полифе-нольных соединений основана не только на способности тушения свободных радикалов, но и на свойствах их хелатировать с ионами металлов [6]. К примеру, гидролизуемые таннины способны хелати-ровать ионы металлов таких как Fe2+, Fe3+, Cu2+ и Zn2+ [7], а также тяжелых (Pb, Cr) и драгоценных металлов (Pd, Pt, Au, Ag) [8].
Полифенольные соединения по отношению к живом организмам в той или иной степени обладают биологической активностью, таких как противовоспалительное [9], противобактериальное [10], проти-водиабетическое [11], противоканцерогенное [12, 13], мембраностабилизиующий [14, 15, 16, 17] и других свойств. В последнее время тестируют противокан-дидозные эффекты гидролизуемых таннинов для лечения различных стоматитов [18].
Галловая и эллаговая кислота, полученные в результате гидролиза галло- и эллагитаннина также подвергаются кишечному катаболизму. Метаболиты могут влиять на микробиом, что приводит к укреплению здоровья за счет активации экскреции короткоцепочечных жирных кислот и иммунной функции кишечника. Кишечная микробиота является ключевым фактором, опосредующим физиологические функции полифенолов [19]. В связи с изложенным, поиск полифенолов и изучение их ин-гибирующего действия на процессы свободноради-кального окисления, неконтролируемой липоперо-ксидации, представляется вполне своевременным и востребованным.
Исходя из этого в рамках данной работы была изучена антирадикальная активность (АРА) некоторых гидролизуемых таннинов по отношению к стабильному свободному радикалу ДФПГ (2,2-дифенил-1 -пикрилгидразила).
Методика. Для оценки АРА в данной работе использована методика спектрофотометрического измерения кинетики восстановления молекул стабильного радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидра-зила (ДФПГ) антиоксидантами [20]. Для расчета различных кинетических параметров химической реакции использовали две точки: 0,15 и 3,0 минутных показатели.
Результаты. Известно, что в результате пере-кисного окисления липидов мембран клеток образуется малоновый диальдегид (МДА). Количественное определение данного продукта проводится спектро-фотометрическим метом, что является классическим методом изучения АОА биологически активных соединений. Кроме этого АОА таннинов может проявляться в результате их способности хе-латировать различные ионы металлов [6], непосредственно взаимодействовать с активными формами кислорода или азота: О2*, OH-радикалами и синглет-ным кислородом [21]. Также, в литературе показано, что двукратно депротонированная форма галловой кислоты образует координационное соединение с ионами Fe(II) в мольном соотношении 1:1 [22]. Однако, вышеуказанные методы не позволяют непосредственно оценить общую антиоксидантную активность биологически активных соединений.
В связи с этим более информативным методом считает использование соединений, несущие свободную валентность, каковым являются стабильные органические радикалы, в частности стабильный радикал ДФПГ [23], так как о АОА гидролизуемых таннинов, исследуемым по восстановлению ими данного стабильного радикала. При добавлении гидролизуемых таннинов в спиртовой раствор ДФПГ происходит переход свободно-радикальных молекул в нерадикальную форму, при этом интенсивно фиолетовый раствор ДФПГ обесцвечивается. На рис. 1 представлена кинетика изменения оптической плотности раствора ДФПГ при добавлении исследуемых полифенолов.
Для сравнения АРА исследуемых гидролизуе-мых таннинов выбрали концентрацию для каждого соединения 10 мкМ, кроме гераниина (рис. 1). Для анализа антирадикальной активности гераниина использовали самую высокую ингибирующую концентрацию - 7,5 мкМ. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что при добавлении в спиртовый раствор ДФПГ обладали наибольшей АРА активностью 3 полифенола: 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-p-d-глюкоза, 1 -о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-р^-глюкоза и гера-ниин. Из этих 3-х полифенолов самая большая АРА активность проявлял гераниин. А при добавлении гексагидроксидифеноил-Цо-р^-глюкопиранозид)-1 -(о-р^-ксилопиранозид)-диэфир наблюдается наименьшее снижение оптической плотности раствора ДФПГ. Таким образом, на основании кинетических кривых наибольшей способностью восстанавливать молекулы свободного радикала обладает гераниин по сравнению с другими исследованными полифенолами.
1,0
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
— и— 1 —•— 2 А 3 —4
—♦— 5 —М— 6 ► 7
к
С
41-
-Л-
-Л *
0
5
10 15
Время, мин
20
25
Рисунок 1. Изменение оптической плотности спиртового раствора ДФПГ по отношению к контролю при добавлении исследуемых гидролизуемых таннинов в зависимости от времени
Сплошная линия построена на основании нелинейной регрессии. Концентрация ДФПГ 0.1 мМ. Измерения проводились при 20оС сразу после добавления исследуемых полифенолов. Исследуемые полифенолы: 1 - 2-о-бис-дигаллоил-4,6-вало-нил-М-глюкоза, 2 - гексагидроксидифеноил-/-(о-ув-d-глюкопиранозид)-1 -(о-уМ-ксилопиранозид)-ди-эфир, 3 - гексагидроксидифеноил-/-(о-уМ-глюкопи-ранозид)-2-(о-4^-галлоил-ув^-глюкопиранозид)-диэфир, 4 - 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифе-ноил-р^-глюкоза, 5 - 1-о-галлоил-4,6-гексагидрок-сидифеноил-уМ-глюкоза, 6 - 2,3-ди-о-галлоил-уМ-глюкоза, 7 - гераниин.
Для анализа полученных результатов исследовали химическую реакцию ДФПГ с полифенолами, как показатели скорости реакции (V), константы скорости реакции первого порядка (к) и время полупревращения реакции (5). С начала определяли константу скорости химической реакции первого порядка (к) часто приблизительно рассчитывают, используя формулы [24]
к = 2-^1одс-0, (1)
где к - константа скорости реакции, t - время в моменты реакции, Со - исходная молярная концентрация ДФПГ, С - молярная концентрация в момент времени I. Для расчета константы скорости химической реакции можно использовать любые физические величины, пропорциональные молярным концентрациям (оптической плотность, угол вращения плоскости поляризации света и т.д.).
Следующим показателем определяли скорость реакции (V) по формуле [25]
V = - ^ (2)
где С1 и С2 - молярные концентрации веществ в моменты времени 11 и t2 соответственно. Как следует из данных таблицы 1, скорость реакций ДФПГ с изученными полифенолами различна.
Для количественной оценки анализа антирадикальной активности использовали параметр t5o -время необходимое для снижения исходной концентрации стабильных радикалов при реакции с изучаемыми полифенолами на 50%. можно рассчитать по следующими уравнению [20]:
= ^эфф Х ¿50 или ^ = ^эфф Х ¿50; *-50 =7 . (3)
[ДФПГ]0 фф 50 фф 50 50 ^эфф
Таблица 1.
Значения V, кэфф, IC50 и tso при реакции ДФПГ с исследуемыми гидролизуемыми таннинами
Гидролизуемые таннины V, мкМ/млХмин при 10 мкМ вещества Kфф (скорость константе 1-го порядка), мин-1 IC50, в мкМ t50, с, при 10 мкМ вещества
2-о-бис-дигаллоил-4,6-валонил-р^-глю-коза 0,06 0,642 8,54±0,18 99
гексагидроксидифеноил-Цо-р^-глюко-пиранозид)-1 -(о-р^-ксилопиранозид)-диэфир 0,06 0,461 6,99±0,06 138
гексагидроксидифеноил-Цо-р^-глюко-пиранозид)-2-(о-4^-галлоил-р^-глюко-пиранозид)-диэфир 0,05 0,982 6,01±0,35 65
3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-p-d-глюкоза 0,026 2,64 3,07±0,02 36
1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-p-d-глюкоза 0,078 1,77 3,44±0,19 41
2,3 -ди-о-галлоил-p-d-глюкоза 0,1 0,127 6,65±0,02 568
гераниин (при 7,5 мкМ) 0,13 0,874 3,15±0,04 103
В реакции ДФПГ с полифенолами t50 составляет для 2-о-бис-дигаллоил-4,6-валонил-р^-глюкозы - 99 с, гексагидроксидифеноил-Цо-р^-глюкопиранозид)-1-(о-р^-ксилопиранозид)-диэфира - 138 с, гексагид-роксидифеноил-Цо-р^-глюкопиранозид)-2-(о-4^-галлоил-р^-глюкопиранозид)-диэфира - 65 с, 3-о-гал-лоил-4,6-гексагидроксидифеноил-р^-глюкозы - 36 с, 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-p-d-глюкозы - 41 с, 2,3-ди-о-галлоил-р^-глюкозы - 568 с, а для ге-раниина - 103 с. Данный показатель для каждого гид-ролизуемого таннина рассчитан при концентрации 10 мкМ исследуемых соединений, кроме гераниина. Для расчета гераниина мы использовали 7,5 мкМ концентрации.
Анализ кинетических кривых показывает, что большая часть молекул ДФПГ восстанавливается в первые 3 минуты реакции, в дальнейшем реакция восстановления проходит более медленно. Известно, что полифенолы, в отличие от низкомолекулярных соеди-
нений (а-токоферол, аскорбиновая кислота, низкомолекулярные фенолы и др.) обладают как быстро, так и медленнодействующей АРА.
Следовательно, среди различных исследованных гидролизуемых таннинов, по реакционной способности 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-р^-глю-коза и 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-р^-глюкоза превосходит остальные образцы в 2 и более раз. Также были рассчитаны параметры IC50 и константа реакции между полифенолом и ДФПГ (табл. 1).
Антирадикальная активность полифенольных соединений, в частности гидролизуемых таннинов, зависит от молекулярной массы, а также галлоильных групп и орто-гидроксильной структуры, которые повышают их величину и активность гидролизуемых таннинов [26]. Наличие галлоильных и орто-гидрок-сильных групп в структуре полифенолов усиливают различные биологические и физиологические свойства.
Список литературы:
1. Kiokias S., Proestos C., Oreopoulou V. Effect of natural food antioxidants against LDL and DNA oxidative changes // Antioxidants (Basel). - 2018. - Vol. 7(10). - ID. 133. doi: 10.3390/antiox7100133.
2. Silva R.F.M, Pogacnik L. Polyphenols from food and natural products: neuroprotection and safety // Antioxidants (Basel). - 2020. - Vol. 9(1). - ID. 61. doi: 10.3390/antiox9010061.
3. Kumar N., Goel N. Phenolic acids: Natural versatile molecules with promising therapeutic applications // Biotechnol Report (Amsterdam, Netherlands). - 2019. - Vol. 24. - ID. e00370. doi: 10.1016/j.btre.2019.e00370.
4. He HF. Recognition of gallotannins and the physiological activities: from chemical view // Front Nutrition. - 2022. -Vol. 9. - ID. 888892. doi: 10.3389/fnut.2022.888892.
5. Smeriglio A., Barreca D., Bellocco E., Trombetta D. Proanthocyanidins and hydrolysable tannins: occurrence, dietary intake and pharmacological effects // British Journal of Pharmacology. - 2017. - Vol. 174(11). - P. 1244-1262. doi: 10.1111/bph.13630.
6. Lakey-Beitia J., Burillo A.M., La Penna G., Hegde M.L., Rao K.S. Polyphenols as potential metal chelation compounds against alzheimer's disease // Journal of Alzheimer's Disease. - 2021. - Vol. 82(s1). - Pp. 335-357. doi: 10.3233/JAD-200185.
7. Karamac M. Chelation of Cu(II), Zn(II), and Fe(II) by tannin constituents of selected edible nuts // International Journal of Molecular Sciences. - 2009. - Vol. 10(12). - P. 5485-5497. doi: 10.3390/ijms10125485.
8. Nobahar A., Carlier J.D., Miguel M.G., Costa M.C. A review of plant metabolites with metal interaction capacity: a green approach for industrial applications // Biometals. - 2021. - Vol. 34(4). - P. 761-793. doi: 10.1007/s10534-021-00315-y.
9. Kiss A.K., Piwowarski J.P. Ellagitannins, gallotannins and their metabolites- the contribution to the antiinflammatory effect of food products and medicinal plants // Current Medicinal Chemistry. - 2018. - Vol. 25(37). -P. 4946-4967. doi: 10.2174/0929867323666160919111559.
10. Olchowik-Grabarek E., Sekowski S., Bitiucki M., Dobrzynska I., Shlyonsky V., Ionov M., Burzynski P., Roszkowska A., Swiecicka I., Abdulladjanova N., Zamaraeva M. Inhibition of interaction between Staphylococcus aureus a -hemolysin and erythrocytes membrane by hydrolysable tannins: structure-related activity study // Scientific Reports. -2020. - V. 10(1). - ID. 11168. doi: 10.1038/s41598-020-68030-1.
11. Patel S.S., Goyal R.K. Cardioprotective effects of gallic acid in diabetes-induced myocardial dysfunction in rats // Pharmacognosy Research. - 2011. - Vol. 3(4). - Pp. 239-245. doi: 10.4103/0974-8490.89743.
12. Banerjee N., Kim H., Krenek K., Talcott S.T., Mertens-Talcott S.U. Mango polyphenolics suppressed tumor growth in breast cancer xenografts in mice: role of the PI3K/AKT pathway and associated microRNAs // Nutrition Research. -2015. - Vol. 35(8). - Pp. 744-751. doi: 10.1016/j.nutres.2015.06.002.
13. Nemec M.J., Kim H, Marciante A.B., Barnes R.C., Hendrick E.D., Bisson W.H., Talcott S.T., Mertens-Talcott S.U. Polyphenolics from mango (Mangifera indica L.) suppress breast cancer ductal carcinoma in situ proliferation through activation of AMPK pathway and suppression of mTOR in athymic nude mice // Journal of Nutritional Biochemistry. - 2017. - Vol. 41. - Pp. 12-19. doi: 10.1016/j.jnutbio.2016.11.005.
14. Сайфиева Х.Дж., Эргашев Н.А., Комилов Э.Ж., Махмудов Р.Р., Асраров М.И. Регуляция митохондриальной мегапоры печени крыс некоторыми полифенольными соединениями // Узб.биол.журн. - 2021. - № 2. - С. 3-6.
15. Сайфиева Х.Дж., Эргашев Н.А., Йулдошев Б.Г., Комилов Э.Ж., Махмудов Р.Р., Асраров М.И. Влияние некоторых таннинов на митохондриальную мегапору печени крыс // Universum: химия и биология. - 2021. -№5 (83). - С. 1-4. doi: 10.32743/UniChem.2021.83.5.11665
16. Исамухамедова Д.Р., Эргашев Н.А., Рахимов Р.Н. Влияние некоторых полифенолов, выделенных из Euphorbia franchetii, на Са2+-зависимую митохондриальную мегапору // Журн.теор.клин.мед. (Ташкент) - 2022. - № 6. - С. 32-36.
17. Gayibov U.G., Komilov E.J., Rakhimov R.N., Ergashev N.A., Abdullajanova N.G., Asrarov M.I., Aripov T.F. Influence of new polyphenol compound from Euphorbia plant on mitochondrial function // JMBFS. - 2019. -Vol. 8(4). - P. 1021-1025. doi: 10.15414/jmbfs.2019.8.4.1021-1025.
18. Garcia C.R., Ueda T.Y., da Silva R.A., Cano I.P., Saldanha L.L., Dokkedal A.L., Porto V.C., Urban V.M., Neppe-lenbroek K.H. Effect of denture liners surface modification with Equisetum giganteum and Punica granatum on Candida albicans biofilm inhibition // Therapeutic Delivery. - 2022. - Vol. 13(3). - Pp. 157-166. doi: 10.4155/tde-2021-0074.
19. Kawabata K., Yoshioka Y., Terao J. Role of intestinal microbiota in the bioavailability and physiological functions of dietary polyphenols // Molecules. - 2019. - Vol. 24(2). - ID. 370. doi: 10.3390/molecules24020370.
20. Починок Т.В., Тараховский М.Л., Портнягина В.А., Денисова М.Ф., Вонсяцкий В.А., Александрова А.Н., Мельничук В.А. Экспресс-метод определения антирадикальной активности лекарственных веществ // Хим. Фарм. журн. - 1985. - №. 5. - С. 565-567.
21. Wei T., Sun H., Zhao X., Hou J., Hou A., Zhao Q., Xin W. Scavenging of reactive oxygen species and prevention of oxidative neuronal cell damage by a novel gallotannin, pistafolia A // Life Sciences. - 2002. - V. 70(16). -Pp. 1889-1899. doi: 10.1016/s0024-3205(02)01494-7.
22. Freser F., Hostnik G., Tosovic J., Bren U. Dependence of the Fe(II)-gallic acid coordination compound formation constant on the pH // Foods. - 2021. - Vol. 10(11). - ID. 2689. doi: 10.3390/foods10112689.
23. Салахутдинов Б.А., Гайибов У.Г., Максимов В.В. Сонькина С.Н., Тукфатуллина И.И., Узбеков В.В., Сали-хов Ш.И. Влияние энантиомеров госсипола на модельные и биологические мембраны / Международный симпозиум по фенольным соединениям. Москва, 2009. - С. 242-243.
24. Березин И.В., Кселов А.А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. - М.: Изд-во Московского ун-та, 1976. - 320 с.
25. Скорость химических реакций. Химической равновесие: метод. указания для проведения лабораторных занятий по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей всех форм обучения // НГТУ; сост.: Ю.В.Батталова, Г.Н.Борисова и др. - Н.Новгород, 2009. - 37 с. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: (https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/org_structura/library/resurvsy/pervok ursnik/its/him/met_ukaz/5.pdf) (дата обращения: 20.05.23).
26. Yokozawa T., Chen C.P., Dong E., Tanaka T., Nonaka G.I., Nishioka I. Study on the inhibitory effect of tannins and flavonoids against the 1,1-diphenyl-2 picrylhydrazyl radical // Biochemical Pharmacology . - 1998. - Vol. 56(2). -Pp. 213-222. doi: 10.1016/s0006-2952(98)00128-2.
