Сравнительная характеристика структуры меланинов различного происхождения Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х

5. Кривошеева, С.Н. Электрохимическое метоксилирование / С.Н. Кривошеева, Е.Ш. Каган, И.Ю. Жукова // Журн. прикл. химии. - 2002. - Т. 75, вып. 9. - С. 1566-1568.

6. Каган, Е.Ш. Электрохимические превращения триацетонамина / Е.Ш. Каган, И.Ю. Жукова // Электрохимия. - 2000. - Т. 36, № 2. - С. 224-232.

7. Кривошеева, С.Н. Электрохимическое галогенирование триацетонамина в растворе метилата натрия Химия в технологии и медицине: материалы Всерос. науч.- практ конф. / С.Н. Кривошеева [и др.] // г. Махачкала, сент. 2002 г. / Дагестан. гос. ун-т. - Махачкала: ИПЦ ДГУ, 2002. - С. 54-55.

8. Кривошеева, С.Н. Электрохимический синтез 3-карбметокси-2,2,5,5- тетраметилпирро-лидина Электрохимия органических соединений ЭХОС 2002 / С.Н. Кривошеева, Л.Н. Максимова, И.Ю. Жукова // тез. докл. Всерос. науч.- практ. конф., 3-7 сент. 2002г., г. Астрахань. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 25.

9. Гарбузняк, Д.С. Электрохимическое восстановление производных ряда 2,2,5,5-тетраметилпирролина до соответствующих пирролидинов / Д.С. Гарбузняк, И.С. Кашпаров, И.Ю. Жукова // Вестник ДГТУ.- 2012, № 7, С.78-80.

10.Розанцев, Э.Г. Органическая химия свободных радикалов / Э.Г. Розанцев, В.Д. Шолле. - М.: Химия, 1979.343 с.

11.Жданов, Р.И. Парамагнитные модели биологически активных соединений / Р.И. Жданов. - М.: Наука, 1981.- 280 с.

12. Розанцев, Э.Г. Свободные иминоксильные радикалы / Э.Г. Розанцев. - М: Химия, 1970. - 220 с.

13.Криницкая, Л.А. 3-Моногалоидпроизводные триацетонамина, 1-окси-2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидина и 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксила / Л.А. Криницкая, Л.Б. Володарский // Изв АН СССР. Сер. хим. 1982, N 2. С. 443-446.

© Жукова И.Ю., Кучеренко С.В., Черная М.А., 2016

УДК 547:631.17

Прутенская Екатерина Анатольевна

к.б.н., доцент ТвГТУ,г. Тверь, РФ E-mail: [email protected] Васильев Артем Сергеевич магистрант 1 года обучения ТвГТУ,г. Тверь, РФ Лебедева Екатерина Юрьевна магистрант 1 года обучения ТвГТУ,г. Тверь, РФ Ущаповский Игорь Валентинович к.б.н., зам. директора ФГБНУ ВНИИМЛ ,г.Тверь, РФ Сильченко Виктория Александровна аспирант ТвГТУ,г. Тверь, РФ

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРЫ МЕЛАНИНОВ РАЗЛИЧНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Аннотация

Изучены структуры меланинов чаги, лузги подсолнечника и меланина, синтезированного с помощью Bacillus subtilis, с помощью современных физико-химических методов анализа (ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии, РФЭС). Установлено, что меланин микробного происхождения имеет более сложную структуру, чем меланин лузги подсолнечника.

Ключевые слова

Меланин, лузга подсолнечника, чага, Bacillus subtilis, физико-химические свойства.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

Важнейшим направлением современной биотехнологии и биохимии является разработка технологии получения биологически активных веществ, в частности, меланинов, которые находят широкое применение в медицине, фармакологии, пищевой и других отраслях промышленности. Меланины получают химическим и микробиологическим синтезом, а также экстракцией из животного и растительного материала [1].

Трудности выделения и очистки меланинов из биологических материалов и изучения их структуры связаны с тем, что все меланиновые пигменты являются аморфными веществами. Вследствие этого, а также из-за большого разнообразия путей их биосинтеза, точная структура и функции многих меланинов до сих пор не выяснены и приведенные в литературе данные об их физико-химических свойствах, в основном, относятся к водонерастворимым диоксифенилаланин-меланинам [2].

Все виды меланиновых пигментов являются длинноцепочечными полимерами с большим молекулярным весом и сложной кристаллической структурой. Они обладают высокой биологической активностью в частности антиоксидантной, а также антимутагенными свойствами, существенно подавляют развитие опухолевых клеток и метостаз, характеризуются радиопротекторными свойствами [3].

В природе распространены меланины растительного, животного и микробиологического происхождения, отличающиеся широким разнообразием по химическому составу, физиологическим свойствам. Черные пигменты животных обычно называют эумеланинами, желто-коричневые разновидности известны под названием феомеланинов. Имеющие некоторое сходство с ними, не содержащие азота, черные пигменты растений часто называют алломеланинами [4]. В растениях самым распространенным предшественником меланинов является катехин, и, как следствие, ферментативная система, участвующая в синтезе, названа катехин-оксидазной. Большинство растений в своих биосинтезах используют различные кислоты катехина (кофеиновую, хлорогеновую, протокатейхоевую или галловую кислоты)[2].

Согласно данным исследования [2] грибного меланогенеза, предшественниками грибного меланина являются гидроксилированные производные нафталена. Данный подтип меланина называют DHN-меланин (дигидроксинафталенмеланин).

Целью работы являлось выделение и изучение физико-химических свойств меланинов различного происхождения.

Объектами исследования были меланин лузги подсолнечника, чаги и меланиновые вещества, полученные микробиологическим синтезом с помощью Bacillus subtilis.

Для выделения меланинов сначала измельченное сырье обрабатывали раствором щелочи, затем биомассу отфильтровывали, а меланины осаждали соляной кислотой. Меланин, синтезированный культурой вида Bacillus subtilis, выделяли из культуральной среды после 3-х дневного инкубирования [1].

Для анализа структуры использовали ИК-спектроскопию, рентгенофотоэлектронную спектроскопию, спектроскопию ядерного магнитного резонанса.

Результаты, полученные при помощи ЯМР-спектров, свидетельствуют о том, что в меланинах растительного и грибного происхождения присутствуют бензольные и фенольные структуры, различные заместители в ароматических ядрах и фрагменты углеводородного скелета. У меланина лузги подсолнечника обнаружено большое количество C6H5OR и CeH4(OR)2 фрагментов, являющихся основными структурными единицами алломеланинов. В спектре ароматической части микробного меланина наблюдаются также интенсивные сигналы в области Аг-С=СН- групп (5,27 ррт), СбН5-С=С- групп (7,18-7,44 ррт) и C6H5N фрагментов (8,11-8,19 ррт).

Метод ИК-спектрометрии позволил идентифицировать в полученных меланинах ряд функциональных группировок. При анализе спектра меланина лузги подсолнечника и чаги было обнаружено, что в состав соединений входят -СН2- фрагменты (800-990 см1), С-O-, C-N- функциональные группировки (1000-1400 см1), в том числе и гидроксильные (спиртовые) и фенольные группы (1050-1250 см-1), аминные и амидные группы (1400-1470 см-1), конденсированные бензольные кольца (1500 см-1), фенольные структуры и карбонильные группы (1600-1700 см-1), связи -С=С- (2300 см-1), алифатические углеродные фрагменты (2900 см-1).

На ИК-спектре микробного меланина также видна значительная интенсивность сигнала в области 1400-1470 см-1, что соответствует аминным и амидным группам. Однако, на спектрах меланина лузги

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

подсолнечника и чаги эта область выражена менее интенсивно, что позволяет говорить о повышенном содержании азота в микробном меланине. Эти данные подтверждают и спектры РФЭС. В микробном меланине 2,2% азота, в лузге подсолнечника -1,084%. Во всех структурах меланинов обнаружены конденсированные бензольные кольца (1500 см1), наиболее интенсивно выражены пики на спектрах микробного меланина. На основании полученных результатов можно предположить, что меланин, полученный микробиологическим синтезом, имеет более сложную структуру.

Средний размер частиц для меланина лузги подсолнечника составил 136,1 нм, а для меланина чаги -206,8 нм, для микробного меланина - 228,8 нм.

Таким образом, сложность структуры, в данном случае, напрямую связана с размерами частиц, так наибольший размер частиц имеет обладатель самой сложной структуры - микробный меланин, а наименьший - меланин лузги подсолнечника. Список использованной литературы:

1. Прутенская Е.А., Сульман Э.М. Перспективные методы получения меланинов различного происхождения/Е.А. Прутенская, Э.М.Сульман // Биотехнология: реальность и перспективы: Материалы международной научно-практической конференции (Саратов)- 2014 - С. 68-70.

2. Solano, F. Melanins: Skin Pigments and Much More-Types, Structural Models, Biological Functions, and Formation Routes / F. Solano // Department of Biochemistry and Molecular Biology B & Immunology.- 2014.

3. Лях С П., Булгак М.Л., Исаев А.Г. Астромеланин. М, 2007 - С. 7-9.

4. Барабой, В.А. Структура, биосинтез меланинов, их биологическая роль и перспективы применения / В. А. Барабой // Успехи совр. биол. - 2001. - Т.12 - С. 1-12.

© Прутенская Е. А., Васильев А.С., Лебедева Е. Ю., Ущаповский И.В., Сильченко В.А., 2016