CC BY
34в
естник АПК
Экология
№ 1(9), 2013
УДК 542.05:616-003.829.5:631.147
107
Погарская Н. В., Францева Н. Н., Черницова М. А.
Pogarskaya N. V., Frantseva N. N., Ohernitsova M. A.
ПОЛУЧЕНИЕ МЕЛАНИНОВ ИЗ НАСЕКОМЫХ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА ОРГАНИЗМ
OBTAINING MELANIN FROM INSECTS AND POSSIBILITY OF ITS USE TO REDUCE ECOLOGICALLY ADVERSE EFFECTS ON AN ORGANISM
Обсуждается возможность использования меланинов, This article gives information about the possibility of use of полученных из насекомых, при экологически неблагоприят- melanin, obtained from insects in order to reduce ecologically ных воздействиях на организм. Приводятся ИК и ЭПР спек- adverse effects on an organism. It presents infrared and ESR тры, подтверждающие их протекторные свойства. spectrums, confirming their protecting properties.
Ключевые слова: меланин, неспецифическая детокси- Keywords: melanin, nonspecific detoxification.
кация.
Погарская Наталья Владимировна -
кандидат биологических наук,
ассистент кафедры химии и защиты растений
Ставропольский государственный
аграрный университет
Тел.: 8(9652) 35-59-66
E-mail: pogarska30@rambler.ru
Францева Наталья Николаевна -
кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры химии и защиты растений Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8(9652) 35-59-66 E-mail: n.frantseva@mail.ru
Черницова Марина Александровна -
кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры химии и защиты растений Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8(9652) 35-59-66 E-mail: marinastav01@mail.ru
Pogarskaia Natalia Vladimirovna -
Ph. D. in Biology, Assistant of Departament
of Cemistry and Plant Protection
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: 8(9652) 35-59-66
E-mail: pogarska30@rambler.ru
Frantseva Natalia Nicolaevna -
Ph. D. in Biology,
Senior Lecturer of Departament of Cemistry and Plant Protection Stavropol State Agrarian University Tel.: 8(9652) 35-59-66 E-mail: n.frantseva@mail.ru
Сhernitsova Marina Alexandrovna -
Ph. D. in Pedagogy,
Senior Lecturer of Departament of Cemistry and Plant Protection Stavropol State Agrarian University Tel.: 8(9652) 35-59-66 E-mail: marinastav01@mail.ru
Интенсивное воздействие человека на окружающую среду и, как результат, экологические катастрофы привели к тому, что как и окружающая среда, так и организм человека и животных в значительной степени потеряли создаваемые вековой эволюцией защитные барьеры. В настоящее время около 60 % населения России проживают в экологически неблагополучных территориях, а около 15 % в зонах экологического кризиса. По имеющимся данным в организм человека и животных постоянно попадают около ста тысяч чужеродных соединений - ксенобиотиков. Токсиканты непосредственно или опосредованно оказывают на организм губительное воздействие.
При интоксикациях от воздействия ксенобиотиков, кумулятивных ядов, радионуклидов,
особенно в условиях отсутствия антидотов, актуальное значение имеет поиск методов неспецифической детоксикации [1]. Весьма важным и до сих пор малоизученным биологически активным веществом природного происхождения, оказывающим неспецифическое воздействие на организм, является природный пигмент - меланин, обладающий свойствами фотопротектора, радиопротектора, антиоксиданта, генопротектора, гепатопротектора, антимутагена [2].
Ввиду актуальности использовния меланинов в качестве протекторов от неблагоприятных воздействий обсуждаются способы получения и свойства как природных, так синтетических и полусинтетических меланинов. При этом указывается, что полученные синтетическим и полу-синтетическим путём меланины очень дороги и
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
еегник АПК
Ставрополья
малоэффективны [3]. Из природных меланинов достаточно широко представлены в исследованиях меланины, полученные из растительного сырья, так называемые «алломеланины», имеющие в качестве основного мономерного звена пирокахетин [4].
Нами разработан способ получения меланина из подмора пчёл, являющегося сырьём животного происхождения. Данный вид меланинов относится по существующей классификации к «эумеланинам», содержащим в качестве основного мономерного звена индол-5,6-хинон.
Разработанный способ получения меланина из подмора пчёл является заключительной стадией технологии получения хитозан-меланинового комплекса из подмора пчёл, описанной ранее [5]. Меланин осаждали из гидролизатов, оставленных после проведения дезацетилирования хитин-меланинового комплекса, используя 30 %-ную соляную кислоту. При этом выявлено, что дезацетилирование, проводимое при нагревании (78-82 оС), способствует более полному отделению меланина из комплекса, по сравнению с реакцией де-зацетилирования, проводимой при комнатных условиях (20 оС). При использовании указанной технологии также были выделены меланины из тутового шелкопряда в разных стадиях его развития. Количество вещества природного пигмента, полученное из тел насекомых при их влажности 3-4 %, приведено в таблице.
Таблица - Количество меланинов, полученных из насекомых разных сроков развития
Пока- затель Медо- носная пчела Гусеницы тутового шелко- пряда Куколка тутового шелко- пряда Бабочка тутового шелко- пряда
Коли- чество мела- нинов, % 10-12 3 4-5 нет
Необходимо особо подчеркнуть, что при получении меланина из отходов щелочного гидролиза пчелиного подмора нами использовалась реакция нейтрализации гидроксида натрия соляной кислотой, в результате чего конечными продуктами являются соль NaCl и вода. Таким образом, помимо получения одновременно двух биологически активных веществ в результате одного технологического процесса была осуществлена подготовка отходов производства к экологически безвредному сливу.
Анализ снятых ИК-спектров меланинов обнаруживает сходство между меланинами растительного и животного происхождения и позволяет констатировать их групповую принадлежность к меланинам по наличию полос поглощения групп, характерных для этого класса полимеров (рис. 1).
Однако анализ исследований, проводимых по изучению элементарного состава, показал,
что полученные меланины животного происхождения - азотосодержащие соединения, в то время как растительные меланины, или «алломеланины», содержат азот в незначительных количествах. Так, содержание азота в полученных меланинах находится в пределах 5-8 %.
Рисунок 1 - ИК-спектр меланина, полученного из подмора пчёл
Присутствие в структуре меланина неспаренных электронов было показано с помощью спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (рис. 2) [6]. Снятый спектр ЭПР меланина, полученного из подмора пчёл, совпадает со спектрами меланинов другого природного происхождения [7]. Наличие в полученном меланине стабильного парамагнитного поглощения и регистрация сигнала ЭПР с д-фактором, близким к величине д-фактора свободного электрона (2.0023), является идентификационной характеристикой меланиновых пигментов.
Рисунок 2 - Спектр ЭПР меланина, полученного из подмора пчёл
Для определения д-фактора наблюдаемого сигнала в качестве стандарта использовали порошок оксида магния, содержащий примесь ионов марганца (д-факторы сигналов марганца составляют соответственно 2,0328 и 1,9812, расстояние между сигналами составляет 86,76 Гс). Найденный д-фактор сигналов меланина составляет 2,0037.
Для определения числа парамагнитных центров в образце меланина был зарегистрирован спектр ЭПР монокристалла двуводного хлорида меди с известным количеством парамагнитных центров. Рассчитанное количество парамагнит-
в
естник АПК
Ставрополья
№ 1(9), 2013
Экология
109
ных центров составляет 1-10 спин на 1 г сухого вещества меланина.
При снятии спектра ЭПР хитозан-мелани-нового комплекса резонанс не был зафиксирован. Отсюда можно заключить, что при образовании комплекса с хитозаном меланин расходует свои неподелённые электроны на образование комплексной связи. При этом теряются его радиопротекторные свойства.
Эффективность применения меланина в сочетании с хитозан-меланиновым комплексом из подмора пчёл была подтверждена в серии
опытов на козлятах и свиньях. У животных снизилось количество условно-патогенной микрофлоры, а также повысилась общая резистентность организма. Мышечная ткань свиней, получавших комплексный препарат, содержала меньше свинца, кадмия и никеля по сравнению с контрольной группой. Полученные данные позволяют рекомендовать использование препаратов с содержанием меланина в зонах с высокой техногенной и экологически неблагоприятной нагрузкой.
Литература
1. Андрусенко С. Ф., Воробьёва О. В., Филь А. А. и др. Плёнка для «авоськи» // Экология и жизнь. 2009. № 10. С. 30-32.
2. Сысоева М. А., Юмаева Л. Р, Гамаюро-ва В. С. и др. Сравнительная характеристика антиоксидантной активности водных и спиртовых извлечений чаги // Химия растительного сырья. 2009. № 2. С. 121-124.
3. Брыкалов А. В., Романенко Е. С. Синтез и физико-химические исследования препарата на основе полифункциональных олигомеров // Вестник Ставропольского гос. ун-та. 2004. № 37. С. 20-21.
4. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М. : Мир, 1986. 442 с.
5. Погарская Н. В., Селионова М. И., Бинато-ва В. В. Получение хитозан-меланинового комплекса из подмора пчёл и определение его физико-химических характеристик // Ветеринария и кормление. 2008. № 6. С. 28-30.
6. Погарская Н. В. Разработка технологии получения хитозан-меланинового комплекса из подмора пчёл и его применение для молодняка сельскохозяйственных животных : дис. ... канд. биол. наук. Ставрополь, 2010. 250 с.
7. Lano T. G., Rozanowska М., Sarna T. Free Radical // Biology & Medicine. 1999. Vol. 26. № 5/6. Р 518-525.
References
1. Andrusenko S. F, Vorobyeva O. V., Fil A. A. et al. A membrane for a «string-bag» // Ecology & Life. 2009. № 10. P. 30-32.
2. Sysoyeva M. A., Yumayeva L. R., Gamayu-rova V. S. et al. Comparative characteristic of antioxidant activity of water and spirit extraction of polypore // Chemistry of vegetable raw materials. 2009. № 2. P. 121124.
3. Brykalov A.V. Romanenko E.S. Synthesis and physical and chemical researches of a preparation on the basis of multifunctional oligomers // Bulletin of Stavropol State University. 2004. № 37. P. 20-21.
4. Britton G. Biochemistry of Natural Pigments. M. : Mir, 1986. 442 p.
5. Pogarskaya N. V., Selionova M. I., Binato-va V. V. Production of chitosan-melanin complex from dead bees and identification of its physical and chemical characteristics // Veterinary medicine and feeding. 2008. № 6. P. 28-30.
6. Pogarskya N. V. The technology of receipt of hitozan-melanin complex from a subpestilence of bees and its application for young growth of farm animals : Ph. D. thesis in Biology. Stavropol, 2010. 250 p.
7. Lano T. G., Rozanowska M., Sarna T. Free Radical // Biology & Medicine. 1999. Vol. 26. № 5/6. P. 518-525.
