CC BY
8PHARMACOLOGICAL ACTIVITY OF PLANTS OF THE GENUS FERULA
The review provides data on the pharmacological activity of biologically active substances of plants of the genus Ferula. The pharmacologically important part is the gum resin of the ferule. Several drugs have been developed on the basis of the ferule: tefestrol, panoferol. Pronounced estrogenic activity of ferutin, ferutinin and teferin esters was revealed. The sum of coumarins (F. lithophila) exhibits antitumor activity. Sesquiterpene lactones (roots of F. litwinowiana) have an antiherpetic property and can be used for the treatment of herpetic keratitis. Chimganin (F.pallida terpenoid) exhibits estrogenic activity. Terpenoids (F.tenuisecta) they also have estrogenic activity. On their basis, the drug "Penaferol" of estrogenic action was developed. Ferula fruit extract has antitumor activity in vitro.
Keywords: Ferula - gum-resin - estrogenic activity - antitumor activity - antibacterial activity.
Сведение об авторах:
О.А. Попова - ФГБУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Минздрава России, 127051, Москва, Петровский бульвар, 8; Бунятян Н.Д. - Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни, Республика Таджикистан, Душанбе;
Бобизода Г.М.ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), 119991, Россия, г. Москва, ул. Большая Пироговская, дом 2, стр. 4.
About the authors:
O.A. Popova - FSBI "Scientific Center for Examination of Medical Products" of the Ministry of Health of Russia, 127051, Moscow, Petrovsky Boulevard, 8; Bunyatyan N.D. - Tajik State Pedagogical University named after S. Aini, Republic of Tajikistan, Dushanbe;
Bobizoda G.M.- First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), 119991, Russia, Moscow, Bolshaya Pirogovskaya str., house 2, p. 4.
ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ ПЕКТИНОВЫМИ ПОЛИСАХАРИДАМИ
Р.С.Саидова, Д.С.Мухидинов, Д.Х.Халиков., Холикова С.
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
В мономерных звеньях пектиновых веществ (ПВ) имеются различные отличающиеся по своей природе функциональные группы (например, гидроксильные группы, карбоксильные группы, их металлосвязанные и этерефицированные производные), которые проявляют различные электронно-донорные свойства, в результате чего происходит образование множество полимерных комплексов, в составе которых присутствуют низкомолекулярные соединения и ионы [1].
В качестве низкомолекулярных ионов металлов, используемых в качестве сорбатов, широко известны ионы Zn2+, Mn2+, Cu2+, Co2+ и Fe2+, металлокомплексы которых с синтетическими и природными полимерами могут проявлять антивирусные, иммуностимулирующие и противоанемические свойства [2-4]. Кроме того, создание сорбентов, проявляющих высокие сорбирующие свойства для некоторых тяжёлых металлов, как ртуть (Hg2+), свинец (Pb2+), является перспективным для использования в качестве их природных детоксикаторов. Таким образом, исследование закономерностей ионного обмена в системе пектиновых полисахаридов и ионов металлов позволит подобрать на научно обоснованной основе природные носители и создать новые медико-биологические комплексные со- единения специфически направленного действия.
Целью настоящей работы заключалась в выявления взаимосвязи условий выделения пектиновых полисахаридов и их сорбционной способности по отношению к ионам металлов. Объекты исследования были получены в условиях гидролиз-экстракции, проведенных в СР и ДР при рН=1,2 и температуре 85оС. Таким образом, исходными водорастворимыми сорбентами являлись пектиновые вещества (ПВ), выделенные из корзинок подсолнечника
(ПВ-КП), яблока (ПВ-ЯБ), персика (ПВ-ПР) и кожуры апельсина (ПВ-Ц), для получения указанных соединений применялись динамический (ПВ-КПд) и статический (ПВ-КПст) методы. Высокомолекулярными водонабухающими системами в исследовании являлись следующие гидрогели (микрогели): МГ-ПР, МГ-ЯБ, ПВ-Ц, МГ-КПст и МГ-КПд.
Сорбенты характеризовали по их степени набухания ^о) в воде, содержании в них ионов Са2+, кислотного (Кс) и эфирного (Кэ) чисел, количеству остатков галактуроновой кислоты (ГК) и степени её этерификации (Сэ). Сорбирующими веществами были выбраны ионы двухвалентных металлов - кальция (Са2+), меди (Си2), кобальта (Со2), цинка ^п2+) и свинца (РЬ2+). Величины сорбции ионов металлов сорбентами расчитивали по уравнению:
q=V(Co-Ср)/m, где: V - объём в инкубационной ёмкости исследуемого раствора, мл; Со -концентрация сорбата, исходная, мэк/мл; Ср - концентрация сорбата, равновесная, мэк/мл; т - масса образцов пектиновых полисахаридов, г.
Сорбционные центры пектиновых полисахаридов. В таблицах 1 и 2 приводятся основные характеристики исходных объектов исследования, а на рисунке 1 представлены результаты потенциометрического и кондуктометрического титрования ПВ-КП с раствором NaOH.
_Таблица 1 - Основные характеристики исходных пектиновых полисахаридов
Параметры
ПВ-КП
ПВ-ЯБ
ПВ-Ц
ПВ-ПР
ГК, %
69,39
78,74
84,15
65,30
СЭ ГК, %
86,95
76,73
52,1
94,94
НС, %
8,92
6,31
8,439
[п], дл/г
1,72
3,29
3,75
Са, %
Рисунок 1 - Зависимость удельной электропроводности (х) и рН раствора ПВ-КП от объёма добавленного 0,1н раствора №ОН (т(П№)=0,5005 г; V(H2O) =100 мл).
На рисунке 1 (кривая рН^(№ОН)), видно, что реакция между карбоксильными группам и остатками полигалактуроновой кислоты и раствором щелочи идет типично между кислотами и основанием.
Полученные данные в координатах рН-Lg(a/(1-a)) достаточно хорошо укладываются в прямолинейную зависимость рН = -1,433(Lg(a/(1-a)))+4,08, с коэффициентом корреляции R2=0,981 и величиной рК=4,08.
Из рисунка 2, где представлены данные кондуктометрического титрования для пектинов, полученных из различных источников сырья, следует, что в начальной области рН снижение величины удельной электропроводности (х) является общим явлением и этот процесс имеет место до достижения области рН, близкой к рК полимеров.
ЮО -I-1-1-1-.
0,00 0,50 1,00 1.БО 2,00 _У(1МаОН),МЛ_
Рисунок 2 - Зависимость удельной электропроводности (х) растворов ПВ от объема 0,01н раствора №ОН в начальной области титрования (т(ПВ-ЯБ)=0,0146 г; т(ПВ-ПР)=0,00715 г; т(ПВ-Ц)=0,0148 г; V(H2O) для всех образцов по 5 мл).
_Таблица 2 - Основные характеристики исходных пектиновых полисахаридов_
Образец ГК, % Кс, % Кэ, % СЭ, % Са2+, %
ПВ-ПР 65.30 0.72 13.50 94.94 0.25
ПВ-ЯВ 49.80 4.50 11.34 71.59 0.25
ПВ-КПст 62.00 9.00 6.48 41.86 1.25
ПВ-КПд 75.00 7.56 7.56 50.00 0.25
МГ-ПР 72.00 8.64 9.36 52.00 1.00
МГ-ЯБ 60.00 9.00 7.20 44.40 3.00
МГ-КПст 66.60 11.34 3.96 25.88 4.25
МГ-КПд 78.60 7.74 6.84 46.91 2.50
Причины снижения величины х в начальной области рН раствора, скорее всего, связано с малой подвижностью ионов водорода вследствие включения их в водородные связи. Относительно кондуктометрического измерения следует отметить, что как видно из рисунка1 для ПВ-КП наблюдается снижение значения удельной электропроводности (х) до достижения области рН близкой к рК полимеров.
На основании данных таблицы 1 и 2 были рассчитаны концентрации остатков ГК и различных его производных в пектиновых полисахаридах, которые представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Концентрации ГК и различных его производных в пектиновых полисахаридах, рассчитанные по данным таблицы 2._
Образец С(свГК+СаГК), мэк/г С(СаГК), мэк/г С(свГК), мэк/г С(эГК), мэк/г Я(С(ГК), мэк/г
ПВ-ПР 0.189 0.125 0.064 3.298 3.486
ПВ-ЯВ 0.808 0.125 0.683 1.896 2.705
ПВ-КПст 2.060 0.625 1.435 1.380 3.440
ПВ-КПд 2.143 0.125 2.018 1.995 4.138
МГ-ПР 1.975 0.500 1.475 1.991 3.966
МГ-ЯВ 1.906 1.500 0.406 1.417 3.323
МГ-КПст 2.821 2.125 0.696 0.917 3.738
МГ-КПд 2.384 1.250 1.134 1.961 4.346
Таким образом, данные потенциометрического и кондуктометрического титрования пектиновых полисахаридов свидетельствуют о возможном определения количество потенциальных центров адсорбции и регулировании сорбционной способности изученных природных полимеров.
Изотермы сорбции ионов кальция и цинка пектиновыми полисахаридами. Сорбцию ионов кальция и цинка проводили в статических условиях. В навеску пектинового полисахарида добавляли определённый объём раствора рассчитанных концентраций соответствующих солей и оставляли в течение суток для достижения равновесной концентрации, и анализировали содержание соответствующих ионов во внешнем растворе.
По этим данным и содержанию ионов в исходном растворе рассчитывали величины адсорбции (в единицах мэк на 1 г сорбента). Одним из важнейших параметров, наряду с количеством остатков ГК и степенью их этерификации, в пектиновых полисахаридах является содержание ионов кальция, которые в процессе гидролиз-экстракции переходят из 1111 в МГ и ПВ (см. таблицу 2). Считается, что ионы кальция в пектиновых полисахаридах выступают в роли сшивающих агентов. Исходя из этого, для изучения диаграммы сорбции ионов кальция и цинка пектиновыми полисахаридами необходимо полностью освободиться в них от первоначальных ионов Са2+, оставшихся в пектинах после гидролиз-экстракции и затем проводить сорбцию соответствующих ионов при различных концентрациях внешнего раствора или учитывать наличие первоначальных ионов кальция. Освобождение от ионов кальция проводили путём титрования навески МГ-КП раствором трилона Б. Из рисунка 3 видно, что при титровании МГ-КП раствором трилона Б набухаемость гидрогеля увеличивается и находится в зависимости от десорбции ионов кальция из полимера. При этом отмечается следующая зависимость - с уменьшением количества ионов кальция набухаемость гидрогеля увеличивается, достигая максимальных значений при сорбировании гидрогелем ~80% металлоионов. Отмечается, что при этих значениях сорбции набухаемость гидрогеля увеличивается в 23-27 раз по сравнению с первоначальным объёмом исходного сухого соединения.
Рисунок 3 - Набухаемость гидрогеля МГ-КП при последовательном титровании трилоном Б и раствором СаС12.
Сорбция и десорбция гидрогелем ионов кальция с участием трилона Б - это обратимый процесс, который может многократно переходить из одного состояния в другое. На рисунке 3 наглядно показаны результаты исследования набухаемости гидрогеля МГ-КП при последовательном титровании трилоном Б и раствором хлорида кальция. Аналогичным образом проводили сорбцию ионов цинка гидрогелем МГ-КП в статическом режиме эксперимента, предварительно установив условия достижения равновесия. Полученные данные в виде изотермы сорбции приводятся на рисунке 4, где для сравнения включены также результаты сорбции ионов кальция в начальной области равновесной концентрации этих ионов во внешнем растворе. Выбор области равновесной концентрации для этих ионов обусловлен тем, что при увеличении её значений более чем 0,03 мэк/мл величина сорбции резко изменяется и не поддается описанию ни одной из известных закономерностей. До отмеченной области равновесной концентрации изотермы сорбции ионов кальция и цинка являются практически идентичными, однако для ионов цинка данная установленная закономерность сохраняется до тех пор, пока значения предельной концентрации ионов кальция не увеличатся по крайнее менее в два раза.
О.ООО 0,020 0.040 О.О&О
С | Н /. и7 _. С .I7 " мэк/мл
Рисунок 4 - Изотермы сорбции ионов кальция и цинка ПВ-КП.
Аномальное поведение изотермы сорбции ионов кальция МГ-КП в различных областях их концентраций, по-видимому, обусловлено изменением механизма связывания этого иона гидрогелем. При титровании раствором солей кальция при низких концентрациях происходит независимое точечное связывание ионов по карбоксильным группам полимера по механизму Ленгмюровской адсорбции. При последующем увеличении концентрации ионов кальция во внешнем растворе и достижении критической величины адсорбции, по-видимому, происходит изменение механизма сорбции от точечного связывания к кооперативному с образованием структуры известной в литературе модели «яичной коробки» [5].
Таким образом, предварительно обобщая полученные данные по сорбции ионов кальция гидрогелем МГ-КП, следует отметить, что эти ионы действительно выступают в качестве сшивающих агентов при формировании гидрогелей на основе пектиновых полисахаридов. С другой стороны, варьируя содержание ионов кальция в гидрогелях можно получить широкий набор водонабухающих систем, включая суперадсорбенты, имеющие самостоятельное практическое значение, на основе доступного возобновляемого природного сырья - корзинок подсолнечника. При сорбции ионов цинка во всей области исследованных концентраций механизм сорбции остается неизменным и скорее всего является Ленгмюровским.
Изотерма сорбции ионов кобальта пектиновыми полисахаридами. Кобальт
относится к числу важнейших ионов, входит в группу жизненно необходимых
микроэлементов [2]. Кобальт участвует в кроветворении, синтезе нуклеиновых кислот,
мышечных белков, поддерживает дыхание, обладает противогипоксической активностью.
Учитывая практически важные биологические свойства ионов кобальта с одной стороны,
доступность и возобновляемость источника сырья для пектиновых полисахаридов, как
носителя, с другой стороны, представляет интерес синтез и изучение металлокомплексов на
основе ионов кобальта и гидрогеля на основе пектиновых полисахаридов. Реакции
комплексобразования компонентов проводили в статических условиях при контакте
гидрогеля определённой навески (т(МГ-КП), г) и раствора хлорида кобальта заданных
*-» 2~ь 2+
концентраций ((Со(Со , н)), и объемом ((У(Со ) = 10 мл). Реакционную смесь оставляли на
время до одних суток, затем комплекс разделяли центрифугированием при скорости
вращения ротора 7000 об./мин и определяли массу набухшего продукта реакции. В маточном
растворе определяли концентрацию ионов кобальта путём титрования определённого объема
2+
((Уан(р-ра Со )=2,5 мл) реакционной смеси с раствором трилона Б (концентрации 0,05н). Соответствующие результаты приведены в таблице 4, из которых следует, что закономерности адсорбции этого иона аналогичны сорбции ионов цинка.
В то же время из данных изотермы сорбции ионов кобальта (рисунок 5) следует, что сорбционная способность МГ-КП более чем в два раза превышает таковую по отношению к ионам цинка.
Рисунок 5 - Изотерма сорбции ионов кобальта гидрогелем МГ-КП. Таблица 4 - Сорбция ионов кобальта гидрогелем МГ-КП*
т(МГ-КП), г Со(Со2+), н ^ТрБ)), мл Ср(Со2+), н q(Co), мэк/г
0,0109 0,040 1,75 0,035 1,15
0,0104 0,050 2,18 0,044 1,54
0,0106 0,151 6,74 0,135 3,82
0,0108 0,200 9,08 0,182 4,26
0,0111 0,201 9,04 0,181 4,50
0,0106 0,250 11,8 0,236 3,30
0,0104 0,300 13,82 0,276 5,67
0,0103 0,350 16,22 0,324 6,21
Таким образом, несмотря на близость свойств и структур изученных ионов, механизмы их сорбции гидрогелем МГ-КП существенно отличаются.
Если для ионов цинка и кобальта адсорбция полисахаридами осуществляется точечным механизмом, то для ионов кальция при достижении определённой концентрации во внешнем растворе наиболее вероятным является кооперативный процесс.
Изотермы сорбции ионов меди и свинца пектиновыми полисахаридами. Результаты сорбции для обоих указанных ионов металлов имеют сходства, но в зависимости от вида пектинового полисахарида имеют ярко выраженные отличия. Как видно из рисунка 6, пектиновые вещества корзинок подсолнечника (ПВ-КП) сорбируют ионы меди (Си ) почти на порядок больше по сравнению с пектиновыми веществами персика (ПВ-ПР). Отмечается, что максимальные сорбционные ёмкости МГ всех исследованных полисахаридов выше, чем у ПВ при однозначных параметрах процесса. При этом максимальную сорбционную ёмкость быстрее достигают МГ, по сравнению с ПВ [6]. Хотя изотермы сорбции ионов меди (рисунок 6а) и ионов свинца (рисунок 6б) имеют схожий характер, ионы свинца в пектиновых полисахаридах проявляют более сильную сорбционную активность по сравнению с ионами меди, что также отражается на сорбционных свойствах синтезированных полимеров с указанными ионами металлов.
Рисунок 6 - Сорбция ионов меди (а) и ионов свинца (б) пектиновыми полисахаридами, полученными из различных источников растительного сырья.
ан
Таким образом, совокупность экспериментальных данных по оценке центров связывания ионов металлов пектиновыми полисахаридами, изучение закономерностей ионного обмена процесса сорбции и количественные данные по кажущимся константам равновесия и изменению свободной энергии свидетельствуют о возможности управления сорбционными процессами в системе. Путём подбора растительных источников удаётся регулировать максимальные ёмкости разработанных сорбентов и в широких пределах изменять сродство ионов двухвалентных металлов к пектиновым полисахаридам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мирзоева Р.С., Мухидинов Д.С., Авлоев Х.Х., Халиков Д.Х. Сорбция ионов металлов пектиновыми гидрогелями // Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. наук. -2019. -№4(149). -С.68-74.
2. Скальный, А.В. Эколого-физиологическое обоснование эффективности использования макро- и микроэлементов при нарушениях гомеостаза у об- следуемых из различных климатогеографических регионов: дис. ... д-ра мед. наук / А.В. Скальный. -М., 2000. - 352 с.
3. Skalny A.V., Skalnaya M.G., Grabeklis A.R. [et al.] Zinc deficiency as a mediator of toxic effects of alcohol abuse / European Journal of Nutrition. -2018. - №1. -Р.1-10.
4. The plausibility of maternal nutritional status being a contributing factor to the risk for fetal alcohol spectrum disorders: The potential influence of zinc status as an example / C.L. Keen, J.Y. Uriu-Adams, А. Skalny [et al.]// BioFactors. - Oxford, England. -2010. -V.36(2). -P.125-135.
5. Morris, E.R., Powell D.A. Conformations and interactions of pectins. I. Polymorphism be- tween gel and solid states of calcium polygalacturonate /J. Mol. Biol. -1982. -V.155(4). -Р.507-516.
6. Халиков Д.Х., Мирзоева Р.С., Бободжонова Г.Н. [и др.] О сорбционной активности пектиновых полисахаридов по отношению к ионам металлов / Доклады АН Республики Таджикистан. -2017. -Т.60. -№7-8.-С.333-341.
ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ ПЕКТИНОВЫМИ ПОЛИСАХАРИДАМИ
2На основании изучения изотермы сорбции ионов двухвалентных металлов (Са +, Zn +, Co ,Cu ,Pb ) пектиновыми веществами (ПВ), выделенные из корзинок подсолнечника (ПВ-КП), яблока (ПВ-ЯБ), персика (ПВ-ПР) и кожуры апельсина (ПВ-Ц), а также микрогелями (МГ) на их основе (МГ-ПР, МГ-ЯБ, ПВ-Ц, и МГ-КПд), полученные статическим (МГ-КПст) и динамическим (МГ-КПд) способами сделан вывод о сорбционной способности соответствующих сорбентов и ионов металла.
Ключевые слова: микрогель, пектиновые вещества, ионы металлов, сорбция, изотерма сорбции.
THE SORPTION ISOTHERMALS OF BIVALENT METAL IONS BY PECTIN POLYSACCHARIDE
Based on the study of the sorption isotherm of bivalent metal ions (Ca +, Zn +, Co +, Cu +, Pb2+) by p ectin substances (PS) isolated from the baskets of sunflower (PS-SB), apple (PS-AP), peach (PS-P) and orange peel (PS-O), as well as microgels (MG) based on them (MG-PB, MG-AP, PS-P, and MG-SBd), obtained by static (MG-SBst) and dynamic (MG-SBd) methods, a conclusion was made about the sorption capacity of the corresponding sorbents and metal ions. Key words: microgel, pectin substances, metal ions, sorption, sorption isotherm.
Сведение об авторах:
Саидова (Мирзоева) Рухшона Сафаровна -ст.науч.сотр. Института химии НАНТ. E-mail: [email protected] тел: +992888081924.
Мухидинов Диловар Сайфуллоевич - ст.науч.сотр. Института химии НАНТ. Email: [email protected] тел: +992777001347
Халиков Джурабай Халикович -зав.лабораторией ВМС Института химии НАНТ, д.х.н., проф., академик НАНТ E-mail: [email protected] тел: +992935054392 About the authors:
Saidova (Mirzoeva) Rukhshona Safarovna - Senior Researcher of the Institute of Chemistry. E-mail: [email protected] tel: +992888081924.
Mukhidinov Dilovar Sayfulloevich - Senior Researcher of the Institute of Chemistry. Email: [email protected] tel: +992777001347
Khalikov Jurabay Khalikovich - the Head of the Laboratory of the Naval Forces of the Institute of Chemistry of the National Academy of Science, Doctor of Chemical Sciences, Prof., Academician of the National Academy of Science E-mail: [email protected] tel: +992935054392
