stringtranslate.com

Флоротаннин

Химическая структура тетрафукола А, флоротаннина фуколового типа, обнаруженного в бурой водоросли Ascophyllum nodosum
Durvillaea antarctica — бурая водоросль, содержащая флоротаннины.

Флоротанины — это тип танинов, которые содержатся в бурых водорослях , таких как ламинарии и каменные водоросли [1] или саргассовых видах [2] , а также в меньшем количестве в некоторых красных водорослях . [3] В отличие от гидролизуемых или конденсированных танинов, эти соединения являются олигомерами флороглюцина [4] (полифлороглюцинолами). [5] Поскольку их называют танинами, они обладают способностью осаждать белки. Было замечено, что некоторые флоротаннины обладают способностью окисляться и образовывать ковалентные связи с некоторыми белками. Напротив, в аналогичных экспериментальных условиях три типа наземных танинов (процианидины, профисетинидины и галлотаннины), по-видимому, не образовывали ковалентных комплексов с белками. [6]

Эти фенольные соединения являются неотъемлемыми структурными компонентами клеточных стенок бурых водорослей, но они также, по-видимому, играют множество других вторичных экологических ролей, таких как защита от УФ-излучения и защита от выедания.

Биосинтез и локализация

Большая часть биосинтеза флоротаннинов до сих пор неизвестна, но, по-видимому, они образуются из флороглюцинолов по ацетатно-малоновому пути. [7]

Они находятся внутри клетки в небольших пузырьках, называемых физодами, где растворимая полярная фракция секвестрируется, [8] и как часть клеточной стенки , где они нерастворимы и действуют как структурный компонент. [9] [10] Известно, что их концентрация сильно варьируется среди различных таксонов, а также среди географических областей, поскольку они пластично реагируют на различные факторы окружающей среды. [11] Бурые водоросли также выделяют флоротаннины в окружающую морскую воду. [5] [12]

Было высказано предположение, что флоротаннины сначала секвестрируются в физодах в их полярной, реактивной форме, а затем окисляются и комплексуются с альгиновой кислотой клеточной стенки бурых водорослей пероксидазой . [ 13] На сегодняшний день (2012 г.) о синтезе флоротаннинов известно немного. [7] Образование физодов, везикул, содержащих фенольные соединения, изучалось в течение многих лет. Считалось, что эти цитоплазматические компоненты синтезируются в хлоропласте или его мембране, но более поздние исследования показывают, что образование может быть связано с эндоплазматическим ретикулумом и тельцами Гольджи . [14]

Распределение флоротаннинов среди тканей варьируется в зависимости от вида. [15]

Локализацию флоротаннинов можно исследовать с помощью световой микроскопии после окрашивания ванилином–HCl, дающего оранжевый цвет. [16] Ультраструктурную локализацию физодов можно исследовать с помощью просвечивающей электронной микроскопии в образцах, первоначально фиксированных в 2,5% глутаральдегиде и с последующей фиксацией 1% тетроксидом осмия . Для окрашивания можно использовать ацетат уранила и цитрат свинца .

Экстракция и анализы

Во многих исследованиях, где отдельные флоротаннины были выделены, извлеченные флоротаннины ацетилировались уксусным ангидридом - пиридином для защиты их от окисления. Как понижение температуры, так и добавление аскорбиновой кислоты , по-видимому, предотвращают окисление.

Обычные анализы для количественного определения флоротаннинов в образцах — это анализы Фолина-Дениса и берлинской лазури . Более специфичный анализ использует 2,4-диметоксибензальдегид (ДМБА), продукт, который специфически реагирует с 1,3- и 1,3,5-замещенными фенолами (например, флоротаннины) с образованием окрашенного продукта. [17]

Структурное разнообразие

Экол — флоротаннин, обнаруженный в видах рода Ecklonia .

Система номенклатуры морских флоротаннинов была первоначально введена Гломбицей. [18]

Флоротанины классифицируются в соответствии с расположением мономеров флороглюцина. Известно более 150 соединений с молекулярной массой от 126 Да до 650 кДа . [8] [19] Большинство из них находятся в диапазоне от 10 до 100 кДа. [20]

Они распределены по шести основным подгруппам: фуколы, флоретолы, фукофлоретолы, фугалолы и экколы, которые встречаются только в семействе Alariaceae . [7] [21]

По типу связи флоротаннины можно разделить на четыре подкласса, а именно: флоротаннины с эфирной связью (фугалолы и флоретолы, фугалолы построены из флороглюциновых единиц, которые соединены пара- и орто-расположенными эфирными мостиками, содержащими одну дополнительную ОН-группу в каждом третьем кольце), с фенильной связью (фуколы), с эфирной и фенильной связью (фукофлоретолы) и с дибензодиоксиновой связью в эколах и кармалолах (производные флоретолов, содержащие дибензодиоксиновый фрагмент), большинство из которых имеют галогенированные представители в бурых водорослях. [22]

Примерами флоротаннинов являются фукодифлоретол G из морской водоросли Ecklonia cava [23] , экол из видов Ecklonia [24] или флорофукофуроэкол-B из Eisenia arborea [25] .

Структурное разнообразие молекул с более высокой молекулярной массой можно исследовать с помощью метода ЯМР углерода-13 «EDIT» . [26]

Роли

Функции флоротаннинов по-прежнему являются актуальным предметом исследования (2012). Они показывают первичные и вторичные роли , [13] как на клеточном, так и на организменном уровне. [27]

Основные роли

Структурный

Структурная роль флоротаннинов в клеточной стенке бурых водорослей является основной ролью этих полифенольных соединений. [7] [13] Однако эта основная роль может быть не главной ролью флоротаннинов, поскольку исследования показывают, что они более распространены в цитоплазме или в выделяемой форме, чем в клеточной стенке. [28]

Репродуктивный

Цитоплазматические, а также выделяемые флоротаннины, по-видимому, играют роль в размножении водорослей, способствуя формированию клеточной стенки зиготы [ 10] и, возможно, предотвращая множественное оплодотворение путем ингибирования движения сперматозоидов. [7]

Второстепенные роли

Согласно модели баланса питательных веществ углерода , флоротаннины, которые в основном являются молекулами углерода, свободными от азота, производятся с более высоким выходом в светлых условиях. Свет имеет большее значение, чем доступность азота. [29]

Исследования показали, что флоротаннины, по-видимому, действуют как защита для бурых водорослей несколькими способами. Вот несколько примеров.

Защита от травоядных

Стратегия производства флоротаннина может быть конститутивной или индуцируемой . [30] Поскольку исследования показали, что травоядность может индуцировать производство флоротаннина, было высказано предположение, что они могут играть роль в защите водорослей. [11] Однако результаты других исследований показывают, что сдерживающая роль флоротаннинов в отношении травоядности в значительной степени зависит как от водорослей, так и от видов травоядных. [31] У Fucus vesiculosus именно галактолипиды , а не флоротаннины, действуют как сдерживающие факторы травоядных против морского ежа Arbacia punctulata . [32]

Проверка на ультрафиолетовое излучение и тяжелые металлы

Флоротанины в основном расположены на периферии клеток, как компоненты клеточной стенки. Они также способствуют поглощению УФ-B света (между 280 и 320 нм) [33] и показывают максимумы поглощения при 200 и 265 нм, [8] соответствующие длинам волн УФ-C . Исследования также показали, что интенсивность солнечного света связана с выработкой флоротаннинов в природных популяциях Ascophyllum nodosum и Fucus vesiculosus . [34] По этим причинам было высказано предположение, что флоротаннины действуют как фотозащитные вещества. [35] Дальнейшие исследования Lessonia nigrescens [35] и Macrocystis integrifolia [36] продемонстрировали, что как УФ-А, так и УФ-В излучение может индуцировать растворимые флоротаннины и что существует корреляция между индукцией флоротаннинов и снижением ингибирования фотосинтеза и повреждения ДНК, двух основных эффектов УФ-излучения на растительные ткани. Тот факт, что флоротаннины выделяются в окружающую воду, позволяет им снижать воздействие УФ-излучения на мейоспоры ламинарии , фитопланктон и других обитателей лесов ламинарии, где биомасса бурых водорослей высока, а движение воды слабое. [36]

Они также могут участвовать в связывании металлов, таких как ионы двухвалентных металлов Sr 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Be 2+ , Mn 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ и Cu 2+ . [37] Если хелатирующие свойства флоротаннинов были продемонстрированы in vitro , исследования in situ предполагают, что эта характеристика может быть видоспецифичной. [38] [39]

Альгицидный эффект

Исследования показали, что флоротаннины могут действовать как альгицид против некоторых видов динофлагеллятов. [40]

Лечебные свойства

Было показано, что флоротаннины могут обладать антидиабетическими, противораковыми, антиоксидантными, антибактериальными, радиопротекторными и анти-ВИЧ свойствами. [41] [42] Однако исследования in vivo эффектов этих соединений отсутствуют, большинство исследований до сих пор проводились in vitro . [41] Что касается противоаллергических свойств, то существуют исследования in vivo эффектов этих соединений. [43]

Ссылки

  1. ^ Ван Олстин, Кэтрин Л.; Маккарти, Джеймс Дж.; Хастед, Синтия Л.; Кернс, Лора Дж. (1999). «Распределение флоротаннина среди тканей северо-восточных тихоокеанских водорослей и скальных водорослей» (PDF) . Журнал физиологии . 35 (3): 483. Bibcode :1999JPcgy..35..483V. doi :10.1046/j.1529-8817.1999.3530483.x. S2CID  84608425. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-06-19.
  2. ^ Камия, Мицунобу; Нисио, Такеши; Ёкояма, Асами; Яцуя, Косуке; Нисигаки, Томокадзу; Ёсикава, Шинья; Оки, Каори (2010). «Сезонные изменения флоротаннина у видов саргассовых с побережья Японского моря». Психологические исследования . 58:53 . doi :10.1111/j.1440-1835.2009.00558.x. S2CID  83823009.
  3. ^ http://eurekamag.com/research/011/190/presence-lectins-tannins-protease-inhibitors-venezuelan-marine-algae.php
  4. ^ Сибата, Тосиюки; Кавагути, Сигео; Хама, Ёитиро; Инагаки, Масанори; Ямагучи, Кунико; Накамура, Такаши (2004). «Локальное и химическое распределение флоротаннинов в бурых водорослях». Журнал прикладной психологии . 16 (4): 291. Бибкод : 2004JAPco..16..291S. doi :10.1023/B:JAPH.0000047781.24993.0a. S2CID  13479924.
  5. ^ ab Ragan, Mark A.; Jensen, Arne (1978). "Количественные исследования фенолов бурых водорослей. II. Сезонные изменения содержания полифенолов в Ascophyllum nodosum (L.) Le Jol. и Fucus vesiculosus (L.)". Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 34 (3): 245. Bibcode : 1978JEMBE..34..245R. doi : 10.1016/S0022-0981(78)80006-9.
  6. ^ Stern, J. Lewis; Hagerman, Ann E.; Steinberg, Peter D.; Mason, Pamela K. (1996). «Взаимодействие флоротаннина с белком». Journal of Chemical Ecology . 22 (10): 1877–99. Bibcode : 1996JCEco..22.1877S. doi : 10.1007/BF02028510. PMID  24227114. S2CID  11031529.
  7. ^ abcde Риитта Койвикко, 2008, Флоротанины бурых водорослей: совершенствование и применение химических методов Архивировано 03.03.2016 в Wayback Machine , докторская диссертация, Университет Турку, Турку, Финляндия.
  8. ^ abc Раган, Марк А.; Гломбица, К.-В. (1986). «Флоротаннины, полифенолы бурых водорослей». Prog. Phycol. Res . 4 : 129–241.
  9. ^ Schoenwaelder, MEA (2002). «Встреча и клеточное значение физодов в бурых водорослях». Phycologia . 41 (2): 125–139. Bibcode : 2002Phyco..41..125S. doi : 10.2216/i0031-8884-41-2-125.1. S2CID  86505836.
  10. ^ ab Schoenwaelder, MEA; Clayton, MN (1998). «Секреция фенольных веществ в стенку зиготы и клеточную пластинку у эмбрионов Hormosira и Acrocarpis (Fucales, Phaeophyceae)». Journal of Phycology . 34 (6): 969–980. Bibcode : 1998JPcgy..34..969S. doi : 10.1046/j.1529-8817.1998.340969.x. S2CID  85269965.
  11. ^ Аб Йормалайнен, В.; Хонканен, Т.; Койвикко Р.; Эрянен, Дж. (2003). «Индукция производства флоротаннина у бурых водорослей: динамика защиты или ресурсов?» (PDF) . Ойкос . 103 (3): 640–650. Бибкод : 2003Oikos.103..640J. дои : 10.1034/j.1600-0706.2003.12635.x.
  12. ^ Дженнингс, Дж. С.; Стейнберг, П. Д. (1994). « Выделение флоротаннинов in situ сублиторальными водорослями Ecklonia radiata ». Mar. Biol . 121 (2): 349–354. Bibcode : 1994MarBi.121..349J. doi : 10.1007/bf00346744. S2CID  85193166.
  13. ^ abc Арнольд, TM; Таргетт, NM (2003). «Выращивать и защищать: отсутствие компромиссов для флоротаннинов бурых водорослей». Oikos . 100 (2): 406–408. Bibcode :2003Oikos.100..406A. doi : 10.1034/j.1600-0706.2003.11680.x .
  14. ^ Шенвальдер, МЭА; Клейтон, Миннесота (2000). «Формирование физодов у эмбрионов Phyllospora comosa и Hormosira Bankii (Phaeophyceae)». Психология . 39 (1): 1–9. Бибкод : 2000Phyco..39....1S. дои : 10.2216/i0031-8884-39-1-1.1. S2CID  86193685.
  15. ^ Ван Олстин, Кэтрин Л. (1999). «Распределение флоротаннина среди тканей северо-восточных тихоокеанских водорослей и скальных водорослей». Журнал физиологии . 35 (3): 483–492. Bibcode :1999JPcgy..35..483V. doi :10.1046/j.1529-8817.1999.3530483.x. S2CID  84608425.
  16. ^ Пеллегрини, Л. (1980). «Цитологические исследования физодов в вегетативных клетках Cystoseira stricter Sauvagea (Phaeophyta, Fucales)». J. Cell Sci . 41 : 209–231. doi :10.1242/jcs.41.1.209. PMID  7364883.
  17. ^ Stern, J. Lewis (1996). «Новый анализ для количественного определения флоротаннинов бурых водорослей и сравнение с предыдущими методами». Journal of Chemical Ecology . 22 (7): 1273–1293. Bibcode : 1996JCEco..22.1273S. doi : 10.1007/BF02266965. PMID  24226084. S2CID  20164807.
  18. ^ Гломбица, К. В. Химия морских природных продуктов; Фолкнер, Д. Дж.; Феникал, У. Х., ред.; Plenum Press: Нью-Йорк, 1977; стр. 191.
  19. ^ Хей, М. Э.; Феникал, В. (1988). «Взаимодействие морских растений и травоядных: экология химической защиты». Ежегодный обзор экологии и систематики . 19 : 111. doi : 10.1146/annurev.es.19.110188.000551.
  20. ^ Boettcher, AA; Targett, NM (1993). "Роль размера полифенольных молекул в снижении эффективности ассимиляции у Xiphister mucosus ". Экология . 74 (3): 891–903. Bibcode : 1993Ecol...74..891B. doi : 10.2307/1940814. JSTOR  1940814.
  21. ^ Targett, NM; Arnold, TM (1998). «Прогнозирование воздействия флоротаннинов бурых водорослей на морских травоядных в тропических и умеренных океанах». Journal of Phycology . 34 : 195–205. doi :10.1046/j.1529-8817.1998.340195.x. S2CID  84808536.
  22. ^ La Barre, Stéphane; Potin, Philippe; Leblanc, Catherine; Delage, Ludovic (2010). «Галогенированный метаболизм бурых водорослей (Phaeophyta), его биологическое значение и его экологическое значение». Marine Drugs . 8 (4): 988–1010. doi : 10.3390/md8040988 . PMC 2866472 . PMID  20479964. 
  23. ^ Young Min Ham, Jong Seok Baik, Jin Won Hyun и Nam Ho Lee, Bull. 2007. Выделение нового флоротаннина, фукодифлоретола G, из бурой водоросли Ecklonia cava. Архивировано 25 апреля 2012 г. в Wayback Machine . Korean Chem. Soc. 28 (9): 1595.
  24. ^ Moon, Changjong; Kim, Sung-Ho; Kim, Jong-Choon; Won Hyun, Jin; Ho Lee, Nam; Woo Park, Jae; Shin, Taekyun (2008). «Защитный эффект компонентов флоротаннина флороглюцина и экола на вызванное радиацией повреждение кишечника у мышей». Phytotherapy Research . 22 (2): 238–242. doi :10.1002/ptr.2298. PMID  17886227. S2CID  43864248.
  25. ^ Сугиура, Ёсимаса; Мацуда, Кодзи; Ямада, Ясухиро; Нисикава, Масаси; Шойя, Кадзуфуми; Кацузаки, Хиротака; Имаи, Кунио; Амано, Хидеоми (2006). «Выделение нового противоаллергического флоротаннина, хлорофукофуроэкол-Б, из съедобной бурой водоросли Eisenia arborea». Биология. Биотехнология. Биохим . 70 (11): 2807–11. дои : 10.1271/bbb.60417 . PMID  17090915. S2CID  12528644.
  26. ^ Макиннес, АГ (1984). «Высокомолекулярные танины на основе флороглюцина из бурых водорослей: структурные варианты». Hydrobiologia . 116–117: 597–602. doi :10.1007/BF00027755. S2CID  35724927.
  27. ^ Schoenwaelder, Monica EA (2002). «Встреча и клеточное значение физодов в бурых водорослях». Phycologia . 41 (2): 125–139. Bibcode : 2002Phyco..41..125S. doi : 10.2216/i0031-8884-41-2-125.1. S2CID  86505836.
  28. ^ Koivikko, Riitta; Loponen, Jyrki; Honkanen, Tuija; Jormalainen, Veijo (2005). «Содержание растворимых, связанных с клеточной стенкой и выделяемых флоротаннинов в бурой водоросли Fucus vesiculosus и их влияние на экологические функции». Journal of Chemical Ecology . 31 (1): 195–212. CiteSeerX 10.1.1.320.5895 . doi :10.1007/s10886-005-0984-2. PMID  15839490. S2CID  1540749. 
  29. ^ Павия, Хенрик; Тот, Гунилла Б. (2000). «Влияние света и азота на содержание флоротаннинов в бурых морских водорослях Ascophyllum nodosum и Fucus vesiculosus». Гидробиология . 440 (1–3): 299–305. дои : 10.1023/А: 1004152001370. S2CID  15432634.
  30. ^ Хаммерстром, Камилл; Детье, Меган Н.; Даггинс, Дэвид О. (1998). «Быстрая индукция и релаксация флоротаннина в пяти вашингтонских водорослях» (PDF) . Mar. Ecol. Prog. Ser . 165 : 293–305. Bibcode :1998MEPS..165..293H. doi : 10.3354/meps165293 .
  31. ^ Амслер, CD; Фэрхед, VA (2006). «Защитная и сенсорная химическая экология бурых водорослей». Adv. Bot. Res . 43 : 1–91.
  32. ^ Дил, Майкл С. (2003). «Галактолипиды, а не флоротаннины как отпугиватели травоядных в бурых морских водорослях Fucus vesiculosus». Oecologia . 136 (1): 107–114. Bibcode : 2003Oecol.136..107D. doi : 10.1007/s00442-003-1242-3. PMID  12684854. S2CID  5821145.
  33. ^ Павия, Х.; Сервин, Г.; Линдгрен, А.; Аберг, Пер (1997). «Влияние УФ-В-излучения и имитации травоядности на флоротанины бурой водоросли Ascophyllum nodosum». Серия «Прогресс в области морской экологии» . 157 : 139–146. Бибкод : 1997MEPS..157..139P. дои : 10.3354/meps157139 .
  34. ^ Павия, Хенрик; Тот, Гунилла Б. (2000). «Влияние света и азота на содержание флоротаннинов в бурых водорослях Ascophyllum nodosum и Fucus vesiculosus ». Гидробиология . 440 : 299–305. дои : 10.1023/А: 1004152001370. S2CID  15432634.
  35. ^ ab Gómez, Ivan; Huovinen, Pirjo (2010). «Индукция флоротаннинов во время воздействия УФ-излучения смягчает ингибирование фотосинтеза и повреждение ДНК в водорослях Lessonia nigrescens». Фотохимия и фотобиология . 86 (5): 1056–63. doi :10.1111/j.1751-1097.2010.00786.x. hdl : 10533/144818 . PMID  20670358. S2CID  22064207.
  36. ^ ab Swanson, Andrew K; Druehl, Louis D (2002). «Индукция, экссудация и защитная роль флоротаннинов водорослей от УФ-излучения». Aquatic Botany . 73 (3): 241. Bibcode :2002AqBot..73..241S. doi :10.1016/S0304-3770(02)00035-9.
  37. ^ Раган, Марк А.; Смидсрёд, Олав; Ларсен, Бьёрн (1979). «Хелатирование ионов двухвалентных металлов полифенолами бурых водорослей». Морская химия . 7 (3): 265. Bibcode : 1979MarCh...7..265R. doi : 10.1016/0304-4203(79)90043-4.
  38. ^ Хуовинен, Пирьо; ​​Леал, Пабло; Гомес, Иван (2010). «Взаимодействующие эффекты меди, азота и ультрафиолетового излучения на физиологию трех южнотихоокеанских водорослей». Исследования морской и пресной воды . 61 (3): 330. doi :10.1071/MF09054. hdl : 10533/141734 .
  39. ^ Toth, G; Pavia, H (2000). «Отсутствие индукции флоротаннина в бурых морских водорослях Ascophyllum nodosum в ответ на повышенные концентрации меди». Серия «Прогресс морской экологии» . 192 : 119–126. Bibcode : 2000MEPS..192..119T. doi : 10.3354/meps192119 . INIST 1367809. 
  40. ^ Нагаяма, Коки; Сибата, Тосиюки; Фудзимото, Кен; Хондзё, Тунео; Накамура, Такаши (2003). «Альгицидное действие флоротаннинов бурой водоросли Ecklonia kurome на микроводоросли красного прилива». Аквакультура . 218 (1–4): 601. Бибкод : 2003Aquac.218..601N. дои : 10.1016/S0044-8486(02)00255-7.
  41. ^ ab Gupta, Shilpi; Abu-Ghannam, Nissreen (2011). «Биоактивный потенциал и возможные эффекты для здоровья съедобных бурых водорослей». Trends in Food Science & Technology . 22 (6): 315. CiteSeerX 10.1.1.465.6140 . doi :10.1016/j.tifs.2011.03.011. 
  42. ^ Ли, Юн-Синь; Виджесекара, Исуру; Ли, Юн; Ким, Се-Квон (2011). «Флоротаннины как биоактивные агенты из бурых водорослей». Process Biochemistry . 46 (12): 2219. doi :10.1016/j.procbio.2011.09.015.
  43. ^ Сугиура, Ёсимаса; Усуи, Масакацу; Кацудзаки, Хиротака; Имаи, Кунио; Какинума, Макото; Амано, Хидеоми; Мията, Масааки (2018). «Порально вводимые флоротаннины из Eisenia arborea подавляют высвобождение химического медиатора и передачу сигналов циклооксигеназы-2 для облегчения отека ушей мыши». Морские наркотики . 16 (8): 267. дои : 10.3390/md16080267 . ПМК 6117712 . ПМИД  30072652. 

Внешние ссылки