CC BY
84
Химия растительного сырья. 2012. №4. С. 181-186.
УДК 575.854
РАСТИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ХИНОЛИЗИДИНОВЫХ АЛКАЛОИДОВ НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН. I. АЛКАЛОИДЫ THERMOPSIS SCHISCHKINIIИ THERMOPSIS LANCEOLATA SSP.
SIBIRICA (FABACEAE) В УСЛОВИЯХ ИНТРОДУКЦИИ
© И.П. Цыпышева1, Е.Г. Галкин1, А.С. Ерастов1, О.А. Каримова2, И.П. Байкова1, Р.Г. Рахимов3,
А.В. Ковальская1, И.У. Халилова3, Л.М. Абрамова2, М.С. Юнусов1
1 Институт органической химии Уфимского научного центра РАН, пр. Октября, 71, Уфа, 450054 (Россия), e-mail: [email protected] 2Ботанический сад-институт Уфимского научного центра РАН, ул. Менделеева, 195, корп. 3, Уфа, 450080 (Россия)
3Башкирский государственный университет, ул. Заки Валиди, Уфа, 4500000, (Россия)
Методом хромато-масс-спектрометрии проведен сравнительный анализ состава мажорных компонентов суммы алкалоидов наземной части двух видов термопсиса Th. schischkinii и Th. lanceolata ssp. sibirica, интродуцированных на территории Ботанического сада-института Уфимского научного центра РАН, и Th. schischkinii, произрастающего в Стерлибашевском районе Республики Башкортостан,
Ключевые слова: интродукция, Thermopsis lanceolata, Th. schischkinii, Th. lanceolata ssp. sibirica, хинолизидино-вые алкалоиды, хромато-масс-спектрометрия,
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для ведущих научных школ №НШ-7014.2012.3 и Министерства образования и науки (гос. контракт №14.740.11.0367 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры России на 2011-2013 гг.).
Введение
Неослабевающий интерес химиков к хинолизидиновым алкалоидам связан с их высокой биологической активностью [1, 2]. Так, выявленная недавно высокая нейрофизиологическая активность (-)-цитизина, обусловленная его сродством к никотиновому ацетилхолиновому рецептору (nAChR), стимулировала рост работ по созданию на его основе средств для лечения нейродегенеративных заболеваний [3-6].
Одним из условий успешного создания лекарственных препаратов на основе веществ природного
происхождения является наличие сырьевой базы. В связи с этим поиск доступных источников растительных метаболитов, изучение их химического состава, сезонной динамики, определение оптимальных сроков сбора сырья для выделения целевых компонентов представляют собой важный, а в некоторых случаях определяющий этап разработки.
Основным источником хинолизидиновых алкалоидов традиционно являются растения семейства бобовых (Fabaceae) [7, 8]. К ресурсозначимым ви-
* Автор, которым следует вести переписку,
Цыпышева Инна Петровна - заведующая лабораторией биоорганической химии, старший научный сотрудник, кандидатхимическихнаук, тел,: (3472) 35-55-60, e-mail: [email protected]
Галкин Евгений Григорьевич - старший научный сотрудник, кандидат химических наук, тел.: (3472) 35-55-60, e-mail: [email protected] Ерастов Алексей Сергеевич - аспирант, тел.: (3472) 35-55-60, e-mail: [email protected]
Продолжение на с. 182
дам этого семейства относятся хорошо изученные виды рода Thermopsis - Th. lanceolata, Th. alterniflora и Th. dolichocarpa [9-13], среди которых термопсис ланцетный - Thermopsis lanceolata R. Br. входит в фармакопею нашей страны [14].
На территории бывшего СССР произрастает 9 видов растений рода Thermopsis [15], из которых б отнесены к лекарственным [1б]. Таксономия рода до сих пор окончательно не разработана. Наиболее широко распространен официнальный вид Thermopsis lanceolata, который флористы понимают в разном объ -еме. Так во «Флоре СССР» [17] он понимается как один вид. Во «Флоре Сибири» [1S] Thermopsis lanceolata разделен на 3 подвида: собственно Thermopsis lanceolata и ssp. sibirica и glabra, а З.В. Чефрановой выделено уже 7 видов, один из которых - Th. schischkinii - во «Флоре Восточной Европы» [19] приведен для Южного Урала и Казахстана. Поскольку Республика Башкортостан (РБ) расположена на территории Восточной Европы, мы принимаем точку зрения последней флористической сводки.
Следовательно, на территории РБ встречается Th. schischkinii, который в широком понимании можно считать одним из подвидов Thermopsis lanceolata. На Южном Урале вид находится на западной границе ареала, встречается редко, особенно редок в Предуралье и внесен в «Красную книгу Республики Башкортостан» [20]. Растет термопсис по низменным солонцеватым или песчаным местам, пологим склонам, в степях и предгорьях, по остепненным лугам в долинах рек.
В то же время есть данные о том, что термопсис хорошо поддается интродукции [21]. В Ботаническом саду-институте УНЦ РАН (Уфа) в культуре выращивается местный вид Th. schischkinii, привезенный корневищами из Абзелиловского района РБ, и Thermopsis lanceolata ssp. sibirica, происхождение образца которого - Восточная Сибирь, оз. Байкал.
Необходимо отметить, что алкалоидный состав растений рода Thermopsis, произрастающих на территории Республики Башкортостан (РБ), до настоящего времени не изучался. Таким образом, с целью поиска ресурсных источников хинолизидиновых алкалоидов среди растений семейства Fabaceae, произрастающих на территории РБ, нами проведен сравнительный анализ алкалоидного состава двух видов -Th. schischkinii (интродуцированный и дикорастущий виды) и Th. lanceolata ssp. sibirica в фенофазе начала цветения.
Экспериментальная часть
Сбор и подготовка растительного материала. Объектами исследования послужили образцы двух видов - Th. schischkinii и Th. lanceolata ssp. sibirica, интродуцированных на территории Уфимского ботанического сада-института УНЦ РАН, и Th. schischkinii, произрастающего возле деревни Мустафино в Стре-либашевском районе РБ.
Сбор сырья проводили в мае-июне 2011 г. в фазе начала цветения. Растения срезали на высоте 710 см от основания, сразу измельчали, нарезая на части (3-5 см), и сушили в тени при температуре 2025 °С. Затем помещали в бумажные пакеты и хранили при температуре 1S-20 °С в сухом проветриваемом помещении.
Каримова Ольга Александровна - научный сотрудник,
кандидат биологических наук,
тел.: (3472) 28-13-55, e-mail: [email protected]
Байкова Ирина Петровна - научный сотрудник,
кандидат химических наук, тел.: (3472) 35-55-60,
e-mail: [email protected]
Ковальская Алена Витальевна - аспирант,
тел.: (3472) 35-55-60, e-mail: [email protected]
Халилова Ильгиза Ураловна - магистрант,
e-mail: [email protected]
Абрамова Лариса Михайловна - заведующая
лабораторией дикорастущей флоры и интродукции
травянистых растений, профессор, доктор
биологических наук, e-mail: [email protected]
Юнусов Марат Сабирович - директор, заведующий
лаболаторией биоорганической химии, академик РАН,
тел.: (3472) 35-55-60, e-mail: [email protected]
Условия произрастания. Район полевых исследований относится к умеренно теплому агроклиматическому поясу, к Чермасано-Ашкадарскому равнинному агропочвенному округу степной зоны Предуралья РБ. Основные климатические показатели района следующие: среднегодовое количество осадков 400-450 мм, количество осадков за вегетационный период 200-225 мм, среднегодовая температура воздуха 2,6 °С, сумма активных температур 2100-2300 °С, длина безморозного периода 120-130 дней.
В природной популяции термопсис Шишкина произрастает в пойме реки Ашкадар, на остепнен-ных лугах и в понижениях с засолением почв. Обследованная популяция - единственная известная в Предуралье РБ, все остальные расположены в За-
уралье. Она состоит из нескольких небольших изолированных пятен, характеризующихся нарушенностью растительности из-за выпаса скота.
Район интродукции находится в зоне умеренно теплого полузасушливого климата и относится к Камско-Бельской равнине лесостепного Предуралья. Среднегодовая температура воздуха равна +2,32,5 “С, сумма активных темеператур 2000-2200 “С. Среднегодовое количество осадков равно 5S0 мм, среднемесячное количество осадков в летние месяцы колеблется в пределах от 54 до б9 мм. Безморозный период продолжается 100-130 дней.
Выделение суммы алкалоидов. Экстракцию воздушно-сухого сырья проводили водно-ацетоновой смесью (1 : 9) методом настаивания до получения отрицательной пробы с кремниевовольфрамовой кислотой (КВК). Сумму алкалоидов извлекали классическим методом в виде свободных оснований [22].
Хромато-масс-спектрометрические исследования. Хромато-масс-спектрограммы регистрировались на приборе Thermo Finnigan MAT95XP, метод ионизации электронный удар 70 eV, температура инжектора 250 “С, колонка HP-5MS, 30 м х 0,25 мм х 0,25 мкм толщина фазы; режим: начальная температура 120 “С 3 мин, изотерма 250 “С 10 мин).
Компоненты исследуемых смесей идентифицировали по полным масс-спектрам и библиотеке хро-мато-масс-спектрометрических данных при использовании систем обработки данных AMDIS (The Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System [23]) и дополнительно подтверждали методом «свидетелей», в качестве которых использовали алкалоиды (-)-цитизин, метилцитизин, термопсин и пахи-карпин, предоставленные Институтом химии растительных веществ АН РУз (Ташкент). Образцы термо-псамина и анагирина выделяли из суммы алкалоидов методом препаративной тонкослойной хроматогра-фии (ПТХС) на стеклянных пластинах 20*20 см, покрытых силикагелем (MACHEREY-NAGEL, Германия), элюент CHCl3 : MeOH = 9 : 1. Соединения детектировали в камере парами I2, сорбент в зонах индивидуальных компонентов счищали с пластины и экстрагировали смесью CHCl3 : МеОН = 9 : 1. Экстракты фильтровали, концентрировали, получали образцы алкалоидов, которые идентифицировали методом ЯМР спектроскопии и сравнением физико-химических констант с литературными [24]. Выделенные соединения использовали в качестве «свидетелей» в следующих повторностях хромато-масс-спектрометрического анализа.
Количественный анализ выполняли методом внутренней нормировки по площадям хроматографических пиков без использования корректирующих коэффициентов. За 100% принимали сумму площадей пиков компонентов. Результаты хромато-масс-спектрометрических исследований приведены в таблице 1.
Обсуждениерезультатов
Проведен сравнительный анализ алкалоидного состава двух видов растений - Th. shcischkinii и Th. lanceolata ssp. sibirica, интродуцированных на территории Уфимского ботанического сада-института УНЦ РАН и Th. shcischkinii, произрастающего в Стерлибашевском районе РБ.
Установлено, что в фазе цветения наиболее богат алкалоидами Th. lanceolata ssp. sibirica, интродуци-рованный на территории Уфимского ботанического сада-института УНЦ РАН, сумма алкалоидов составляет 3,S% от массы сухого растительного сырья. Сумма алкалоидов дикорастущего Thermopsis schischkinii превышает сумму алкалоидов интродуцированного и составляет 2,б против 1,б% (табл.).
Как показало исследование, термопсис Шишкина и термопсис ланцетный (сибирский подвид) близки по составу мажорных компонентов. Во всех трех образцах содержатся пахикарпин, термопсин, метилцитизин, (-)-цитизин, термопсамин и анагирин.
Различие между видами сказывается на содержании отдельных компонентов суммы алкалоидов. Так, если в образцах Th. schischkinii содержание пахикарпина 1,03 и 0,52%, то в Th. lanceolata ssp. sibirica его меньше - всего 0,47%. Существенно различаются эти растения и по содержанию метилцитизина. В Th. lanceolata ssp. sibirica это основной мажорный компонент, а в Th. schischkinii его 0,1б и 0,4%. Кроме того, термопсамин в Th. lanceolata ssp. sibirica зарегистрирован в следовых количествах, а в Th. schischkinii его содержание составляет 0,0б и 0,15% соответственно.
Мажорные компоненты суммы алкалоидов наземной части Ткегторягя schischkinii и ТИ. 1апсвоШа ssp. sibirica в фазе начала цветения, %*
Происхождение растительного сырья Th. schischkinii Th. schischkinii Th. lanceolata ssp. sibirica
Деревня Мустафино Стерли-башевского района РБ Ботанический сад-институт УНЦ РАН, Уфа Ботанический сад-институт УНЦ РАН, Уфа
Сумма алкалоидов, %* 2,6 1,6 3,8
Содержание мажорных компонентов, %
Пахикарпин 1,03 0,52 0,47
Термопсин 0,33 0,07 0,37
Метилцитизин 0,16 0,40 1,92
Термопсамин 0,06 0,15 +
(-)-Цитизин + 0,03 0,16
Анагирин 0,18 0,02 0,15
От массы воздушно-сухого сырья
Влияние условий интродукции можно проследить, сравнивая содержание индивидуальных компонентов суммы алкалоидов интродуцированного и дикорастущего Th. schischkinii. Так, пахикарпин является мажорным компонентом суммы алкалоидов и интродуцированного, и дикорастущего термопсиса Шишкина (1,03 и 0,52%). Содержание термопсина в дикорастущем термопсисе Шишкина почти существенно превышает его содержание в интродуцированном, но интродуцированный вид обогащен метилцитизином (0,4%) и термопсамином (0,15%) соответственно. Если в дикорастущем Th. schischkinii обнаружены только следы (-)-цитизина, то в интродуцированном его процентное содержание составляет 0,03%. Диастреомер термопсина - анагирин в больших количествах содержится в дикорастущем виде - 0,18 против 0,02% (табл.).
Таким образом, несмотря на то, что условия интродукции приводят к снижению общего процентного содержания алкалоидов в наземной части Th. schischkinii, доля пахикарпина остается достаточно высокой и составляет 0,52%. Из двух интродуцированных видов - Th. schischkinii и Th. lanceolata ssp. sibirica наиболее богат алкалоидами сибирский вид; основным мажорным компонентом суммы алкалоидов этого растения является метилцитизин (1,92%).
Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о возможности использова-ния интродуцированных видов Th. schischkinii и Th. lanceolata ssp. sibirica в качестве источников пахикарпина и метилцитизина.
Список литературы
1, Michael J.P. Indolizidine and quinolizidine alkaloids // Nat, Prod, Rep, 2004, Vol. 21, Pp. 625-649,
2, Roberts M.R., Wink M, Alkaloids, Biochemistry, ecology and medical applications, Plenum, New York, 1998, 486 p.
3, Romanelli N., Gratteri P., Guandalini L., Martini E., Bonnacini C., Gualtieri F, Central Nicotinic Receptors: Structure, Function, Ligands, and Therapeutic Potential // ChemMedChem. 2007, Vol. 2, Pp. 746-767,
4, Tasso B., Canu Boido C., Teranova E., Gotti C., Riganti L., Clementi F., Artali R., Meneghetti G., Sparatore F, Synthesis, Binding, and Modeling Studies of New Cytisine Derivatives, as Ligands for Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptor Subtypes // J, Med, Chem, 2009, Vol. 52, Pp. 4345-4357,
5, Canu Boido C., Sparatore F, Synthesis and preliminary pharmacological evaluation of some cytisine derivatives // IL Far-maco, 1999, Vol. 54, Pp. 438-451,
6, Nicolotti O., Canu Boido C., Sparatore F, Cytisine derivatives as high affinity nAChR ligands: synthesis and comparative molecular field analysis // IL Farmaco. 2002, Vol. 57, Pp. 469-478,
7, Юнусов С.Ю. Алкалоиды. Ташкент, 1981, 418 с.
8, Асланов X, А,, Садыков А, С., Кушмурадов Ю. К, Алкалоиды хинолизидинового ряда, М., 1975, 304 с.
9, Шаймарданов Р. А,, Искандаров С., Юнусов С.Ю, Изучение алкалоидов Thermopsis alterniflora // Химия природных соединений. 1971, №2, С. 169-174,
10, Мельникова Т.М., Лыкова Р.В., Баранова Ю.В., Орисченко Н.Д, Макеев Ж.М. Изучение содержания цитизина в наземной части Thermopsis alterniflora в условиях культивирования // Химико-фармацевтический журнал, 1979, Т. 13, С. 57-60,
11, Шакиров Т.Т., Сабиров К.А, Получение цитизина из семян Thermopsis lanceolata //Химия природных соединений, 1970, Т. 6, С. 723-724,
12, Виноградова В.И,, Искандаров С., Юнусов С.Ю, Исследование алкалоидов Thermopsis lanceolata // Химия природных соединений, 1971, Т. 4, С. 463-466,
13, Шакиров Т.Т., Сабиров K.A., Шамсутдинов Р.И, Семена Thermopsis dolichocarpa: новый источник цитизина // Химия природных соединений, 1968, Т. 4, С. 61,
14, Государственная фармакопея СССР, 1990, Вып. 2, С. 335,
15, Черепанов С.К, Сосудистые растения Россини сопредельныхгосударств (в пределах бывшего СССР), СПб., 1995, С. 493-494,
16, Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их состав, использование, Род Thermopsis R, Br. Л,, 1987, С. 179-181,
17, Штейнберг Е.И. Род Thermopsis R.Br. // Флора СССР, М.;Л., 1945, Т. 11, С. 37-44,
18, Курбатский В.И, Род Thermopsis R, Br, // Флора Сибири, Новосибирск, 1994, Т. 9, С. 205-208,
19, Чефранова З.В. Род Thermopsis R, Br, // Флора Восточной Европы. Л,, 1987, Т. 6, С. 212,
20, Абрамова Л.М. Термопсис Шишкина // Красная книга Республики Башкортостан, Т. 1, Растения и грибы, Уфа, 2011, С. 167,
21, Мельникова Т.М. Интродукция Thermopsis lanceolata в Подмосковье // Химико-фармацевтический журнал, 1977, Т. 11, С. 60-66,
22, Орехов А.П. Химия алкалоидов, М., 1955, 859 с.
23, National Institute of Standards and Thecnology (http://www.nist.gov/)
24, Buckingham J., Baggaley K.H., Roberts A.D., Szlabo L.F. Dictionary of Alkaloids, second edition, CRC Press, 2010, 2289 p.
Поступило в редакцию 23 марта 2012 г. Поле переработки 1 ноября 2012 г.
Tsypysheva I.P.1 , Galkin E.G.1, Erastov A.S.1, Karimova O.A.2, Baikova I.P.1, Rakhimov R.G.3, Kovalskaya A.V.1, KhalilovaI.U.1, AbramovaL.M.2, YunusovM.S.1 THE SEARCH OF QUINOLIZIDINE ALKALOIDS PLANT SOURCES ON THE TERRITORY OF REPUBLIC BASHKORTOSTAN. I. ALKALOIDS OF THERMOPSIS SCHISCHKINII AND THERMOPSIS LANCEOLATA SSP. SIBIRICA SPECIES (FABACEAE) UNDER CONDITIONS OF CULTIVATION
institute of Organic Chemistry, Ufa Scientific Center, Russian Academy of Sciences, st. Oktiabria, 71, Ufa, 450054 (Russia), e-mail: [email protected]
2Botanical Garden-Institute, Ufa Scientific Center, Russian Academy of Sciences, st. Mendeleeva, 195, korp. 3, Ufa, 450080 (Russia)
3Bashkir State University, st. Zaki Validi, Ufa, 4500000 (Russia)
The comparative analysis of major components of combained alkaloids of epigeal part of two species of Thermopsis -Th. schischkinii and Th. lanceolata ssp. sibirica growing in terrain of Botanic garden-institute of the Ufa Scientific Center of
the Russian Academy of Sciences and Th. schischkinii growing in Sterlibashevsky district of Republic Bashkortostan was carried out by chromato-mass spectrometric method.
Keywords: cultivation, Thermopsis lanceolata, Th. schischkinii, Th. lanceolata ssp. sibirica, quinolizidine alkaloids, chromato-mass spectrometry.
References
1. Michael J.P. Nat. Prod. Rep., 2004, vol. 21, pp. 625-649.
2. Roberts M.R., Wink M. Alkaloids. Biochemistry, ecology and medical applications. Plenum, New York, 1998. 486 p.
3. Romanelli N., Gratteri P., Guandalini L., Martini E., Bonnacini C., Gualtieri F. ChemMedChem, 2007, vol. 2, pp. 746-767.
4. Tasso B., Canu Boido C., Teranova E., Gotti C., Riganti L., Clementi F., Artali R., Meneghetti G., Sparatore F. Med.
Chem, 2009, vol. 52, pPp. 4345-4357.
5. Canu Boido C., Sparatore F. IL Farmaco, 1999, vol. 54, pp. 438-451.
6. Nicolotti O., Canu Boido C., Sparatore F. IL Farmaco, 2002, vol. 57, pp. 469-478.
7. Iunusov S.Iu. Alkaloidy. [Alkaloids]. Tashkent, 1981,. 418 p. (in Russ.).
8. Aslanov Kh.A., Sadykov A.S., Kushmuradov Iu.K. Alkaloidy khinolizidinovogo riada. [Alkaloids quinolizidine series]. Moscow, 1975, 304 p. (in Russ.).
9. Shaimardanov R. A., Iskandarov S., Iunusov S.Iu. Khimiiaprirodnykh soedinenii, 1971, no. 2, pp. 169-174 (in Russ.).
* Corresponding author,
10. Mel'nikova T.M., Lykova R.V., Baranova Iu.V., Orischenko N.D, Makeev Zh.M. Khimiko-farmatsevticheskii zhurnal, 1979, vol. 13, pp. 57-60 (in Russ.).
11. Shakirov T.T., Sabirov K.A. Khimiiaprirodnykh soedinenii, 1970, vol. 6, pp. 723-724 (in Russ.).
12. Vinogradova V.I., Iskandarov S., Iunusov S.Iu. Khimiia prirodnykh soedinenii, 1971, vol. 4, pp. 463-466 (in Russ.).
13. Shakirov T.T., Sabirov K.A., Shamsutdinov R.I. Khimiia prirodnykh soedinenii, 1968, vol. 4, pp. 61 (in Russ.).
14. Gosudarstvennaia farmakopeia SSSR. [State Pharmacopoeia of the USSR]. 1990, no. 2, p. 335 (in Russ.).
15. Cherepanov S.K. Sosudistye rasteniia Rossii i sopredel'nykh gosudarstv (vpredelakh byvshego SSSR). [Vascular plants of Russia and adjacent states (the former USSR)]. St. Petersburg, 1995, pp. 493-494 (in Russ.).
16. Rastitel'nye resursy SSSR: Tsvetkovye rasteniia, ikh sostav, ispol'zovanie. Rod Thermopsis R. Br. [Plant Resources of the USSR: Flowering plants, their composition, use. Rhode Thermopsis R. Br.]. Leningrad, 1987, pp. 179-181 (in Russ.).
17. Shteinberg E.I. Flora SSSR. [Flora of the USSR]. Moscow-Leningrad, 1945, vol. 11, pp. C. 37-44 (in Russ.).
18. Kurbatskii V.I. Flora Sibiri. [Flora of Siberia]. Novosibirsk, 1994, vol. 9, pp. 205-208 (in Russ.).
19. Chefranova Z.V. Flora VostochnoiEvropy. [Flora of Eastern Europe]. Leningrad, 1987, vol. 6, pp. 212 (in Russ.).
20. Abramova L.M. Krasnaia kniga Respubliki Bashkortostan. T. 1. Rasteniia i griby. [The Red Book of the Republic of Bashkortostan. Vol. 1. Plants and fungi.]. Ufa, 2011, pp. 167 (in Russ.).
21. Mel'nikova T.M. Khimiko-farmatsevticheskii zhurnal, 1977, vol. 11, pp. 60-66 (in Russ.).
22. Orekhov A.P. Khimiia alkaloidov. [Chemistry of alkaloids]. Moscow, 1955, 859 p. (in Russ.).
23. National Institute of Standards and Thecnology (http://www.nist.gov/)
24. Buckingham J., Baggaley K.H., Roberts A.D., Szlabo L.F. Dictionary of Alkaloids, second edition, CRC Press, 2010. 2289 p.
Received March 23, 2012
Revised November 1, 2012
