АНТИРАДИКАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ГИДРОЛИЗУЕМЫХ ТАННИНОВ

АННОТАЦИЯ

Изучена антирадикальная активность (АРА) некоторых гидролизуемых таннинов по отношению к свободному радикалу 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил. Показано, что они проявляют АРА по структурно-зависимым образом. При этом следует отметить, что гидролизуемые таннины в структуре содержащие гексагидроксидифеноильные группы с моно-глюкозильной группой проявлял самые высокое АРА активность.

ABSTRACT

The antiradical activity (ARA) of some hydrolysable tannins with respect to the free radical 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl was studied. They have been shown to exhibit ARA in a structure-dependent manner. It should be noted that hydrolysable tannins in the structure containing hexahydroxydiphenoyl groups with a mono-glucosyl group showed the highest ARA activity.

Ключевые слова: свободные радикалы, ДФПГ, константа реакции, гидролизуемые таннины.

Keywords: free radicals, DPPH, rate constant, hydrolysable tannins.

Развитие свободнорадикальных процессов в клетках тканей человека многими эндогенными и экзогенными путями, вызывают обширное окислительное повреждение, приводящий к различным заболеваниям человека [1]. Поэтому актуальным остаётся поиск и изучение регуляторов свободнорадикальных процессов на основе биологически активных соединений растительного происхождения. В этом плане полифенольные соединения представляют особый интерес, т.к. они уже давно зарекомендовали себя как мощные антиоксиданты [2]. Как известно, полифенольные соединения являются неисчерпаемым источником лекарственных препаратов различного терапевтического действия [3].

Гидролизуемые таннины можно разделить на галлотаннины, которые при гидролизе образуют глюкозу и галловую кислоту [4, 5], и эллагитаннины, которые при гидролизе дают не только глюкозу и галловую кислоту, но и эллаговую кислоту [5]. В последние время их применение в области пищевой промышленности, биофармацевтики, сельскохозяйственного производства и других областях увеличилось [4]. Основная функция полифенолов заключается в результате наличия у них сильных антиоксидантных свойств.

Антиоксидантная активность многих полифенольных соединений основана не только на способности тушения свободных радикалов, но и на свойствах их хелатировать с ионами металлов [6]. К примеру, гидролизуемые таннины способны хелатировать ионы металлов таких как Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺ и Zn²⁺ [7], а также тяжелых (Pb, Cr) и драгоценных металлов (Pd, Pt, Au, Ag) [8].

Полифенольные соединения по отношению к живом организмам в той или иной степени обладают биологической активностью, таких как противовоспалительное [9], противобактериальное [10], противодиабетическое [11], противоканцерогенное [12, 13], мембраностабилизиующий [14, 15, 16, 17] и других свойств. В последнее время тестируют противокандидозные эффекты гидролизуемых таннинов для лечения различных стоматитов [18].

Галловая и эллаговая кислота, полученные в результате гидролиза галло- и эллагитаннина также подвергаются кишечному катаболизму. Метаболиты могут влиять на микробиом, что приводит к укреплению здоровья за счет активации экскреции короткоцепочечных жирных кислот и иммунной функции кишечника. Кишечная микробиота является ключевым фактором, опосредующим физиологические функции полифенолов [19]. В связи с изложенным, поиск полифенолов и изучение их ингибирующего действия на процессы свободнорадикального окисления, неконтролируемой липопероксидации, представляется вполне своевременным и востребованным.

Исходя из этого в рамках данной работы была изучена антирадикальная активность (АРА) некоторых гидролизуемых таннинов по отношению к стабильному свободному радикалу ДФПГ (2,2-дифенил-1-пикрилгидразила).

Методика. Для оценки АРА в данной работе использована методика спектрофотометрического измерения кинетики восстановления молекул стабильного радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДФПГ) антиоксидантами [20]. Для расчета различных кинетических параметров химической реакции использовали две точки: 0,15 и 3,0 минутных показатели.

Результаты. Известно, что в результате перекисного окисления липидов мембран клеток образуется малоновый диальдегид (MДA). Количественное определение данного продукта проводится спектрофотометрическим метом, что является классическим методом изучения АОА биологически активных соединений. Кроме этого АОА таннинов может проявляться в результате их способности хелатировать различные ионы металлов [6], непосредственно взаимодействовать с активными формами кислорода или азота: О₂^•, OH-радикалами и синглетным кислородом [21]. Также, в литературе показано, что двукратно депротонированная форма галловой кислоты образует координационное соединение с ионами Fe(II) в мольном соотношении 1:1 [22]. Однако, вышеуказанные методы не позволяют непосредственно оценить общую антиоксидантную активность биологически активных соединений.

В связи с этим более информативным методом считает использование соединений, несущие свободную валентность, каковым являются стабильные органические радикалы, в частности стабильный радикал ДФПГ [23], так как о АОА гидролизуемых таннинов, исследуемым по восстановлению ими данного стабильного радикала. При добавлении гидролизуемых таннинов в спиртовой раствор ДФПГ происходит переход свободно-радикальных молекул в нерадикальную форму, при этом интенсивно фиолетовый раствор ДФПГ обесцвечивается. На рис. 1 представлена кинетика изменения оптической плотности раствора ДФПГ при добавлении исследуемых полифенолов.

Для сравнения АРА исследуемых гидролизуемых таннинов выбрали концентрацию для каждого соединения 10 мкМ, кроме гераниина (рис. 1). Для анализа антирадикальной активности гераниина использовали самую высокую ингибирующую концентрацию – 7,5 мкМ. Анализируя полученные результаты, можно заключить, что при добавлении в спиртовый раствор ДФПГ обладали наибольшей АРА активностью 3 полифенола: 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза, 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза и гераниин. Из этих 3-х полифенолов самая большая АРА активность проявлял гераниин. А при добавлении гексагидроксидифеноил-l-(о-β-d-глюкопиранозид)-1-(о-β-d-ксилопиранозид)-диэфир наблюдается наименьшее снижение оптической плотности раствора ДФПГ. Таким образом, на основании кинетических кривых наибольшей способностью восстанавливать молекулы свободного радикала обладает гераниин по сравнению с другими исследованными полифенолами.

Рисунок 1. Изменение оптической плотности спиртового раствора ДФПГ по отношению к контролю при добавлении исследуемых гидролизуемых таннинов в зависимости от времени

Сплошная линия построена на основании нелинейной регрессии. Концентрация ДФПГ 0.1 мМ. Измерения проводились при 20^оС сразу после добавления исследуемых полифенолов. Исследуемые полифенолы: 1 – 2-о-бис-дигаллоил-4,6-валонил-β-d-глюкоза, 2 – гексагидроксидифеноил-l-(о-β-d-глюкопиранозид)-1-(о-β-d-ксилопиранозид)-диэфир, 3 – гексагидроксидифеноил-l-(о-β-d-глюкопиранозид)-2-(о-4-d-галлоил-β-d-глюкопиранозид)-диэфир, 4 – 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза, 5 – 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза, 6 – 2,3-ди-о-галлоил-β-d-глюкоза, 7 – гераниин.

Для анализа полученных результатов исследовали химическую реакцию ДФПГ с полифенолами, как показатели скорости реакции (V), константы скорости реакции первого порядка (k) и время полупревращения реакции (t₅₀). С начала определяли константу скорости химической реакции первого порядка (k) часто приблизительно рассчитывают, используя формулы [24]

,                                                                                (1)

где  k – константа скорости реакции, t – время в моменты реакции, С₀ – исходная молярная концентрация ДФПГ, С – молярная концентрация в момент времени t. Для расчета константы скорости химической реакции можно использовать любые физические величины, пропорциональные молярным концентрациям (оптической плотность, угол вращения плоскости поляризации света и т.д.).

Следующим показателем определяли скорость реакции (V) по формуле [25]

,                                                                                (2)

где  C₁ и C₂ – молярные концентрации веществ в моменты времени t₁ и t₂ соответственно. Как следует из данных таблицы 1, скорость реакций ДФПГ с изученными полифенолами различна.

Для количественной оценки анализа антирадикальной активности использовали параметр t₅₀ – время необходимое для снижения исходной концентрации стабильных радикалов при реакции с изучаемыми полифенолами на 50%. t₅₀ можно рассчитать по следующими уравнению [20]:

 или ; .                           (3)

Таблица 1.

Значения V, k_эфф, IC₅₀ и t₅₀ при реакции ДФПГ с исследуемыми гидролизуемыми таннинами

В реакции ДФПГ с полифенолами t₅₀ составляет для 2-о-бис-дигаллоил-4,6-валонил-β-d-глюкозы – 99 с, гексагидроксидифеноил-l-(о-β-d-глюкопиранозид)-1-(о-β-d-ксилопиранозид)-диэфира – 138 с, гексагидроксидифеноил-l-(о-β-d-глюкопиранозид)-2-(о-4-d-галлоил-β-d-глюкопиранозид)-диэфира – 65 с, 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкозы – 36 с, 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкозы – 41 с, 2,3-ди-о-галлоил-β-d-глюкозы – 568 с, а для гераниина – 103 с. Данный показатель для каждого гидролизуемого таннина рассчитан при концентрации 10 мкМ исследуемых соединений, кроме гераниина. Для расчета гераниина мы использовали 7,5 мкМ концентрации.

Анализ кинетических кривых показывает, что большая часть молекул ДФПГ восстанавливается в первые 3 минуты реакции, в дальнейшем реакция восстановления проходит более медленно. Известно, что полифенолы, в отличие от низкомолекулярных соединений (a-токоферол, аскорбиновая кислота, низкомолекулярные фенолы и др.) обладают как быстро, так и медленнодействующей АРА.

Следовательно, среди различных исследованных гидролизуемых таннинов, по реакционной способности 3-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза и 1-о-галлоил-4,6-гексагидроксидифеноил-β-d-глюкоза превосходит остальные образцы в 2 и более раз. Также были рассчитаны параметры IC₅₀ и константа реакции между полифенолом и ДФПГ (табл. 1).

Антирадикальная активность полифенольных соединений, в частности гидролизуемых таннинов, зависит от молекулярной массы, а также галлоильных групп и орто-гидроксильной структуры, которые повышают их величину и активность гидролизуемых таннинов [26]. Наличие галлоильных и орто-гидроксильных групп в структуре полифенолов усиливают различные биологические и физиологические свойства.

Список литературы:

1. Kiokias S., Proestos C., Oreopoulou V. Effect of natural food antioxidants against LDL and DNA oxidative changes // Antioxidants (Basel). – 2018. – Vol. 7(10). – ID. 133. doi: 10.3390/antiox7100133.
2. Silva R.F.M, Pogačnik L. Polyphenols from food and natural products: neuroprotection and safety // Antioxidants (Basel). – 2020. – Vol. 9(1). – ID. 61. doi: 10.3390/antiox9010061.
3. Kumar N., Goel N. Phenolic acids: Natural versatile molecules with promising therapeutic applications // Biotechnol Report (Amsterdam, Netherlands). – 2019. – Vol. 24. – ID. e00370. doi: 10.1016/j.btre.2019.e00370.
4. He HF. Recognition of gallotannins and the physiological activities: from chemical view // Front Nutrition. – 2022. – Vol. 9. – ID. 888892. doi: 10.3389/fnut.2022.888892.
5. Smeriglio A., Barreca D., Bellocco E., Trombetta D. Proanthocyanidins and hydrolysable tannins: occurrence, dietary intake and pharmacological effects // British Journal of Pharmacology. – 2017. – Vol. 174(11). – P. 1244-1262. doi: 10.1111/bph.13630.
6. Lakey-Beitia J., Burillo A.M., La Penna G., Hegde M.L., Rao K.S. Polyphenols as potential metal chelation compounds against alzheimer's disease // Journal of Alzheimer's Disease. – 2021. – Vol. 82(s1). – Pp. 335-357. doi: 10.3233/JAD-200185.
7. Karamać M. Chelation of Cu(II), Zn(II), and Fe(II) by tannin constituents of selected edible nuts // International Journal of Molecular Sciences. – 2009. – Vol. 10(12). – P. 5485-5497. doi: 10.3390/ijms10125485.
8. Nobahar A., Carlier J.D., Miguel M.G., Costa M.C. A review of plant metabolites with metal interaction capacity: a green approach for industrial applications // Biometals. – 2021. – Vol. 34(4). – P. 761-793. doi: 10.1007/s10534-021-00315-y.
9. Kiss A.K., Piwowarski J.P. Ellagitannins, gallotannins and their metabolites- the contribution to the anti-inflammatory effect of food products and medicinal plants // Current Medicinal Chemistry. – 2018. – Vol. 25(37). – P. 4946-4967. doi: 10.2174/0929867323666160919111559.
10. Olchowik-Grabarek E., Sekowski S., Bitiucki M., Dobrzynska I., Shlyonsky V., Ionov M., Burzynski P., Roszkowska A., Swiecicka I., Abdulladjanova N., Zamaraeva M. Inhibition of interaction between Staphylococcus aureus α-hemolysin and erythrocytes membrane by hydrolysable tannins: structure-related activity study // Scientific Reports. – 2020. – V. 10(1). – ID. 11168. doi: 10.1038/s41598-020-68030-1.
11. Patel S.S., Goyal R.K. Cardioprotective effects of gallic acid in diabetes-induced myocardial dysfunction in rats // Pharmacognosy Research. – 2011. – Vol. 3(4). – Pp. 239-245. doi: 10.4103/0974-8490.89743.
12. Banerjee N., Kim H., Krenek K., Talcott S.T., Mertens-Talcott S.U. Mango polyphenolics suppressed tumor growth in breast cancer xenografts in mice: role of the PI3K/AKT pathway and associated microRNAs // Nutrition Research. – 2015. – Vol. 35(8). – Pp. 744-751. doi: 10.1016/j.nutres.2015.06.002.
13. Nemec M.J., Kim H, Marciante A.B., Barnes R.C., Hendrick E.D., Bisson W.H., Talcott S.T., Mertens-Talcott S.U. Polyphenolics from mango (Mangifera indica L.) suppress breast cancer ductal carcinoma in situ proliferation through activation of AMPK pathway and suppression of mTOR in athymic nude mice // Journal of Nutritional Biochemistry. – 2017. – Vol. 41. – Pp. 12-19. doi: 10.1016/j.jnutbio.2016.11.005.
14. Сайфиева Х.Дж., Эргашев Н.А., Комилов Э.Ж., Махмудов Р.Р., Асраров М.И. Регуляция митохондриальной мегапоры печени крыс некоторыми полифенольными соединениями // Узб.биол.журн. – 2021. – № 2. – С. 3-6.
15. Сайфиева Х.Дж., Эргашев Н.А., Йулдошев Б.Г., Комилов Э.Ж., Махмудов Р.Р., Асраров М.И. Влияние некоторых таннинов на митохондриальную мегапору печени крыс // Universum: химия и биология. – 2021. – №5 (83). – С. 1-4. doi: 10.32743/UniChem.2021.83.5.11665
16. Исамухамедова Д.Р., Эргашев Н.А., Рахимов Р.Н. Влияние некоторых полифенолов, выделенных из Euphorbia franchetii, на Са²⁺-зависимую митохондриальную мегапору // Журн.теор.клин.мед. (Ташкент) – 2022. – № 6. – С. 32-36.
17. Gayibov U.G., Komilov E.J., Rakhimov R.N., Ergashev N.A., Abdullajanova N.G., Asrarov M.I., Aripov T.F. Influence of new polyphenol compound from Euphorbia plant on mitochondrial function // JMBFS. – 2019. – Vol. 8(4). – P. 1021-1025. doi: 10.15414/jmbfs.2019.8.4.1021-1025.
18. Garcia C.R., Ueda T.Y., da Silva R.A., Cano I.P., Saldanha L.L., Dokkedal A.L., Porto V.C., Urban V.M., Neppelenbroek K.H. Effect of denture liners surface modification with Equisetum giganteum and Punica granatum on Candida albicans biofilm inhibition // Therapeutic Delivery. – 2022. – Vol. 13(3). – Pp. 157-166. doi: 10.4155/tde-2021-0074.
19. Kawabata K., Yoshioka Y., Terao J. Role of intestinal microbiota in the bioavailability and physiological functions of dietary polyphenols // Molecules. – 2019. – Vol. 24(2). – ID. 370. doi: 10.3390/molecules24020370.
20. Починок Т.В., Тараховский М.Л., Портнягина В.А., Денисова М.Ф., Вонсяцкий В.А., Александрова А.Н., Мельничук В.А. Экспресс-метод определения антирадикальной активности лекарственных веществ // Хим. Фарм. журн. – 1985. – №. 5. – С. 565-567.
21. Wei T., Sun H., Zhao X., Hou J., Hou A., Zhao Q., Xin W. Scavenging of reactive oxygen species and prevention of oxidative neuronal cell damage by a novel gallotannin, pistafolia A // Life Sciences. – 2002. – V. 70(16). – Pp. 1889-1899. doi: 10.1016/s0024-3205(02)01494-7.
22. Frešer F., Hostnik G., Tošović J., Bren U. Dependence of the Fe(II)-gallic acid coordination compound formation constant on the pH // Foods. – 2021. – Vol. 10(11). – ID. 2689. doi: 10.3390/foods10112689.
23. Салахутдинов Б.А., Гайибов У.Г., Максимов В.В. Сонькина С.Н., Тукфатуллина И.И., Узбеков В.В., Салихов Ш.И. Влияние энантиомеров госсипола на модельные и биологические мембраны / Международный симпозиум по фенольным соединениям. Москва, 2009. – С. 242-243.
24. Березин И.В., Кселов А.А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. – М.: Изд-во Московского ун-та, 1976. – 320 с.
25. Скорость химических реакций. Химической равновесие: метод. указания для проведения лабораторных занятий по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей всех форм обучения // НГТУ; сост.: Ю.В.Батталова, Г.Н.Борисова и др. – Н.Новгород, 2009. – 37 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/org_structura/library/resurvsy/pervok ursnik/its/him/met_ukaz/5.pdf) (дата обращения: 20.05.23).
26. Yokozawa T., Chen C.P., Dong E., Tanaka T., Nonaka G.I., Nishioka I. Study on the inhibitory effect of tannins and flavonoids against the 1,1-diphenyl-2 picrylhydrazyl radical // Biochemical Pharmacology . – 1998. – Vol. 56(2). – Pp. 213-222. doi: 10.1016/s0006-2952(98)00128-2.