Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Вестник новых медицинских технологий, 2014, Том 21. №3

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ

РЕДАКЦИОННЫЙ ПОРТФЕЛЬ

УДК: 612.015 DOI: 10.12737/5935

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ САПРОПЕЛЯ оз. ГЛУБОКОЕ (Татарстан)

В.А. ПЛАТОНОВ, А.А. ХАДАРЦЕВ, К.Я. ФРИДЗОН, С.Н. ЧУНОСОВ

Медицинский институт, Тульский государственный университет, ул. Болдина, 128, Тула, Россия, 300026

Аннотация. Методами ИК-Фурье, УФ/ВИС, НЯМР-спектроскопии, хромато-масс-сиектрометрии, препаративной тонкослойной хроматографии со свидетелями, элементного и функционального анализов получены подробные сведения о качественном и количественном составе отдельных групповых составляющих сапропеля оз. Глубокое (Татарстан), а также биологической активности различных сапропелевых препаратов. Разработана схема последовательной экстракции, кислотно-щелочного гидролиза, препаративной ТСХ исходного сапропеля и отдельных составляющих органического вещества. Идентифицированы аминокислоты, сахара, карбоновые кислоты, спирты, кетоны, флавоноды, н-, изо- и циклоалканы, витамины, производные фенола, нафтолов, хлорофилла, каротиноиды, хиноны, антоцианины, металлопорфирины, большинство из которых имеют тесную генетическую связь с исходным биоматериалом, участвовавшим в сапропелеобразовании, проявляющих высокую биологическую активность. Выполнено биологическое тестирование различных сапропелевых препаратов с использованием бактерий St. Aureus, Е. Coli, С. Diphythriac gravis, дрожжеиодобных грибов рода Candida. Установлен значительный бактерицидный эффект сапропелевых препаратов, сравнимый с таковым для синтетических антибиотиков типа гидрокар тизона, преднизолона.

Ключевые слова: сапропель, фитопланктон, гуминовые вещества, хроматография, спектроскопия, хромато-масс- спектрометрия.

CHEMICAL COMPOSITION AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF SAPROPEL FROM THE LAKE GLUBOKOE (TATARSTAN)

V.A. PLATONOV, A.A. KHADARTSEV, K.YA. FRIDZON, S.N. TCHUNOSOV

Abstract. Detailed information about qualitative and quantitative composition of individual components of the group sapropel from the lake Glubokoe (Tatarstan), as well as on the biological activity of different sapropel preparations were obtained by means of the methods Fourier spectroscopy, UV/Vis, NMR spectroscopy, gas chromatography-mass spectrometry, preparative Thin-layer chromatography (TLC) with witnesses, elemental and functional analysis. Sequential scheme of extraction, acid-alkaline hydrolysis, preparative TLC source of sapropel and individual components of organic matter was developed. Amino acids, sugars, carboxylic acids, alcohols, ketones, flavonida, n-, ISO - and cycloalkanes, vitamins, derivatives of phenol, naftalan, chlorophyll, carotenoids, quinones, antho- cyanins, metalloporphyrins were identified. Most of them have close genetic relationship with the source material, which is involved in sapropel formation, having a high biological activity. Biological testing of different sapropel preparations using bacteria St. Aureus, E. Coli, C. Diphythriac gravis, the fungi of the Candida albicans type were made. Significant bactericidal effect of sapropel preparations was established and it is comparable to those for synthetic antibiotics type hydrocortisone, prednisolone.

Key words: sapropel, phytoplankton, humic substances, chromatography, spectroscopy, gas chromatography-mass spectrometry.

Сапропель объединяет группу морских и пресноводных отложений, содержащих определенное количество органического вещества (ОВ). В сапропелевых отложениях озер и торфяников фрагменты исходного биологического материала сохранились лучше, чем в других горючих ископаемых. Исходным материалом сапропеля преимущественно является планктон, богатый жирами, восками и белками [1]. Богатое питание эвтрофпых озер определяет многочисленные виды водорослевых и зоогенных частей [2]. Важной задачей является установление природы сапропе- леобразователей и их вклада в процесс образования сапропеля. Учеными-альгологами подробно изучен фитопланктон водоемов, представленный одноклеточными водорослями, некоторые из которых объединяются в колонии и нити, цианобактериями [3-6].

Фитопланктон озер Татарстана включает представителей отдела CYANOPHYTA: Aphanothece stagnina (Spreng.) В-

Peters. Et Geitl, Gomphosphaeria compacta (Lemrs.) Storm, G., Micri- cystis holsatica Lemm., Anabaena flos-aguac (Lyngb.) Breb. и другие виды (преобладают в хорошо прогреваемой части озера);

CRYSOPHYTA: Mallomonas denticulate Motu., Uroglena gracilis (Korsch) Bourr. и др.;

BACILLARIOPHYTA: Cyclotella atomus Must, Stephanodis- cus triporus var. volgensis Genkal, Fragilaria capucina Desm. Var. capucina, Entomoneis ornate (Bailey) Reimei и др. (в боле холодной части озера);

EUGLENOPHYTA: Euglena texta (Duj.) Htibner, Tracelo- monas ornate (swir.) Srv.;

CHLOROPHYTA: Chlamydomonas ahgulosa Dill, Eudorina elegans Her., Gonium peatorele O.F. Muller, Closterium acerosum (Schrank) Her. Var acerosum f. acerosum, наибольшее разнообразие видов рода Chloroco ecales - Coelastrum microporum Naeg. Var. microporum, Coenocystis planctonica Korsch., Tetrachorella alternans (G.M. Smithy, Korsch и др.) [7-9].

Основными компонентами фитопланктона являются белки и водорастворимые безазотистые вещества при невысоком вкладе жиров. Б микрорастениях наряду с белками содержаться углеводы. Одним из исходных материалов при формировании ОБ сапропелей считаются липиды водорослей, содержащие алифатические кислоты нормального строения C14-C18.

Белки, полисахариды, жиры и нукленовые кислоты при отмирании фитопланктона быстро разрушаются на ранних стадиях превращения, в результате химического гидролиза и деятельности бактерий. Продукты распада - сахара, аминокислоты, основания пуринов и пиримидинов, жирные кислоты и фенолы могут взаимодействовать друг с другом с образованием гуминоподобных веществ.

Растительность озер представлена не только водорослями, но и высшими водными растениями, заселяющими придонные и прибрежные участки водоемов. В сапропелевых отложениях (осоке, камыша, тростников, мхов, коры лиственных и хвойных пород) в большом количестве концентрируются остатки пыльцы и спор высших растений. Макрорастепия служат главным источником углеводного комплекса сапропелей, в том числе целлюлозной природы.

Отмечена закономерность: если преобладающим исходным материалом являются белки и липиды фито- и зоопланктона и бентоса, то гуминовые кислоты (ГК) сапропеля содержат больше алифатических структур. С увеличением вклада высшей растительности в образование ГК в органическом веществе сапропеля увеличивается содержание ароматических структур. В зоорганизмах преобладающими компонентами являются белки (56-61%) и водорастворимые вещества (ВРВ) - до 26%. Содержание жиров, восков и смол в планктоне и бентосе занимает лишь третье место.

В формировании биологической компоненты сапропеля наибольшую роль играют микроорганизмы, представленные различными бактериями, актиномицетами и в меньшей степени грибами. Отличительными особенностями сапропелеобразователей являются значительные количества азота, особенно, в зоологических организмах, что обусловило самый высокий уровень этого элемента в са- пропелях по сравнению с другими органогенными отложениями. Согласно Е. Казакову [10] микрорастения, зоологические организмы планктона и бентоса богаты белками, содержащими много азота, а макрорастения - углеводами. Поэтому, если в образовании сапропелевый залежи доминирующую роль играли фито- и зоопланктон и бентос, то ОБ сапропеля обогащено азотом, а если - макрорастения, высшая водная растительность или частично также «гумус», внесенный в водоем внешним водами, то ОБ сапропеля содержит много углеводов [11,12].

В настоящее время большинство исследователей придерживается мнения, что основная роль в сапропелеобра- зовании принадлежит водорослям, высшим растениям, животным и микроорганизмам. Химизм конкретных превращений исходного биологического материала в сапропелевой залежи до конца не изучен. Отсутствуют детальные исследования сапропелей различных месторождений по единой методике, что затрудняет проведение сравнительного анализа полученных данных, а также решение вопросов классификации и генезиса сапропелей, биологической активности препаратов на их основе.

Цель исследования - подробное комплексное изучение особенностей химического состава ОБ сапропеля оз. Глубокое (Татарстан) с привлечением современных физикохимических методов анализа; получение отдельных сапропелевых препаратов и их биологическое тестирование.

Объекты и методы исследования - сапропель оз. Глубокое (р. Татарстан).

Для установления вещественного состава сапропеля были использованы: элементный, количественный функциональный, дифференциально-термический и дифференциально-термогравиметрический, рентгенофлуоресцентный и рентгенофазовый, эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный анализы, криоскопия, ИК-Фурье и УФ/ВИС-спектроскопия, НЯМР-спектроскопия, колоночная жидкостная и препаративная тонкослойная хроматография, экстракция растворителями различной полярности, гидролиз-щелочпой и кислотный.

Результаты и их обсуждение. 1. Технический анализ сапропеля. Сапропель имеет вид уплотненной желеобразной массы, содержание воды - 86%, зольность (Ad) - 77,1 (% масс, на воздушно-сухой образец), содержание ОБ -

  • 22,9 (масс. % daf); элементный состав (масс. % daf): С 51.2; Н
  • 2.0, N 2.3, O+S 44.5.

Состав минеральной части согласно данным количественного рентгено-флуоресцентного анализа следующий (масс. % от зольной части): MgO - 3.10, АЬОз - 7.12, SiCh - 36.12, СаО - 28.77, МпО - 0.19, ТЮг - 0.85, Fe (общ.) - 3.81, КгО-1.21, P2O5-4.2I.

Соотношение основных системоопределяющих компонентов: SiCb/ СаО = 1.26; SiCb/ РегОз= 9.49; СаО/ РегОз=7.55.

Современная компонентно-генетическая классификация, согласно полученным данным, позволяет отнести изучаемый сапропель к группе «высокозольные», типу «смешанные», классу «С».

Детализация сведений о составе минеральной части была выполнена с использованием полуколичественного эмиссионного спектрального и атомно-абсорбционного анализов: основа - Са, Al, Si, Mg, Fe, в большом количестве - Ва, Na, К, Си; в небольшом - Cr, Со, V, Ti, Мп, в следовых - Sn, Sr, Jn, Се, Y, Be, Ni, Sc, Pb, W, Pd, Pt.

Химический групповой анализ сапропеля. Выход продуктов экстракции и кислотно-щелочного гидролиза сапропеля составил (масс. % от ОБ): водорастворимые вещества (ВРВ) - 0.5; битумы - 3.4; легкогидролизуемые вещества (геми- целюлозы) (/1ГВ) - 3.4; уроновые кислоты (УК) - 1.8; гуминовые кислоты (ГК) - 9.5, фульвокислоты (ФК) - 0.3, целлюлоза (Ц) - 1.3, негидролизуемый остаток (НГО)+потери - 2.7.

Для установления качественного и количественного состава гидролизов: ВРВ, /1ГВ, УК и ФК была привлечена препаративная тонкослойная хроматография (ТСХ) с использованием стандар тных соединений.

Среди аминокислот обнаружены: L-a-аланин, лейцин, фенилаланин, валин, глицин, аспарагин, аргинин, лизин, гистидин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, тирозин, цистеин, триптофан, глутамин, серин, изолейцин, треонин.

Максимальное содержание аминокислот характерно (мг/кг сапропеля): для ЛГВ - 6903.0; минимальное для ФК -

251.0.

Основу ВРВ составляют лейцин (615,3), аспаргиновая (152,2) и глутаминовая (104,5) кислоты, треонин (75,3), (мг/кг сапропеля), как наиболее стабильные при диагенезе. Среди ЛГВ доминируют лейцин (1435,2), аспаргин (1215,3), гистидин (2135,3), фенилаланин (501,8), валин (475,3) и глутаминовая кислота (357,2). Доля аминокислот достаточно велика и для УК - 1486,0 (мг/кг, сапропеля) и их гамма ограничена валином (213,5), гистидином (33,5), глутамином (833,4) и глутаминовой кислотой (40,2) (мг/кг сапропеля).

Характеристика экстрактов

Экстракт

Выход экстракта, Масс. % от ОВС

Молекулярная масса (М), а.е.м.; элементный (масс. % daf); функциональный состав (мг-экв/г), Н/Сс.щ; СО. Гипотетическая молекулярная формула

1

Гексановый

0,5

М 637.8; С 85.8; Н 10.6; N 0.1; O+S 3.5 ФГ 4.52; КрГ 0.07; ИЧ 0.74. Ci5.6oH«.6oN(i.o5; OiSn ,бз; 11/Ci.iii-1.48; СО= - 1.42

2

Толуол ьный

0,8

М 333.1; С 83.8; Н 13.0; N 0.2; O+S 3.0 ФГ 13.65; КрГ 9.30; КГ 9.8; ХГ 0.73; ИЧ 0.85.

C23.27H0.3N0.05O1S0.63; 11/С(л)=1.86; СО= - 1.81

3

X л рофо р м н ы й

0,3

М 484.0; С 72.1; Н 11.4; N 6.8; O+S 9.7 ФГ 17.05; КрГ 12.32; КГ 8.25; ХГ 2.61; ИЧ 1.19.

C29.09H5513N2 35O1S2.94; H/Qaii=1.90; СО= - 1.70

4

Ацетоновый

0,5

М 583.0; С 76.8; Н 11.2; N 2.0; O+S 10.0 ФГ 9.64; КрГ 9.56; КГ 14.48; ХГ 2.39

Сз7.ззНб5 33N0.S3O1S3.M; H/Qai)=1.75; СО= - 1.55

5

Этанольный

1,3

М 815.0; С 73.4; Н 9.3; N 3.1; CHS 14.2 ФГ 22.59; КрГ 13.23; КГ 3.95; ХГ 4.39; ИЧ 1.20.

C49.86H-5-4N1soO1S7.24; H/Qaii=1.52; СО= - 1.23

Примечание: ФГ- фенольные, КрГ- карбоксильные, КГ - кетонные, ХГ - хиноидные группы, ИЧ - йодное число, СО - степень окисленности, Н/С(а>)-атомное отношение водорода к угдероду

Среди сахаров идентифицированы: арабиноза, Д- галактоза, Д-глюкоза, L-рамноза, лактоза, мальтоза, раффиноза.

Максимальным содержанием сахаров отличаются УК

(1624.5) , минимальным ВРВ (13,1), (мг/кг сапропеля). Сахара ВРВ представлены, в основном, галактозой, Д-глюкозой, рамнозой, УК-галактозой (галактуроновые кислоты) (837,1), Д-глюкозой (444,2), L-рамнозой (177,3) и арабинозой (99,2), (мг/кг сапропеля); ФК - Д-галактоза (100,5), Д-глюкоза (57,5) и L-рамноза (22,0).

Водорастворимые карбоновые кислоты (ВРК) представлены: щавелевой, янтарной, адипиновой, пимелиповой, винной, яблочной, салициловой, о-фталевой, галловой, феруловой ванилиновой, сиреневой, терефталевой, бензойной, малоновой, метиляпарной кислотами.

Максимальным содержанием ВРК отличаются УК (1103,8), минимальным ВРВ - 5,8 (мг/кг сапропеля). ВРК водного экстракта в основном представлены: щавелевой (1,3), янтарной (0,8), салициловой (1,0), бензойной (0,6) и малоповой (0,5) кислотами. В УК доминируют щавелевая

(510.5) , янтарная (393,2), салициловая (80,3) и метиляптар- ная кислоты (64,3), (мг/кг сапропеля). Некоторые количества аминокислот, сахаров, ВРК соизвлекается при щелочном гидролизе сапропеля в ходе выделения гуминовых веществ (ГВ), определяя состав их водорастворимой части - ФК. Вероятно, при щелочном гидролизе расщепляются сложноэфирные и амидные связи, посредством которых с макромолекулой ГК связаны аминокислоты и ВРК. Обнаружение моносахаридов (Д-глюкоза, L-арабиноза) может быть следствием гидролиза сложных полисахаридов, фрагментарно включенных в макромолекулу ГК.

Последовательной экстракцией сапропеля в аппарате Сокслета н-гексаном, толуолом, хлороформом, ацетоном и этанолом был получен ряд экстрактов, выход, элементный и количественный функциональный состав, значение средней молекулярной массы, Н/С(ат); степень окисленности (СО), гипотетическая молекулярная формула которых представлены в табл.

Таблица

Для экстрактов были сняты ИК-Фурье, УФ/ВИС и НЯНР-спекгры, выполнена хромато-масс-спектрометрия (ХМС), сравнительный анализ данных которых позволил выявить особенности состава каждого экстракта и ОВ сапропеля в целом.

ИК-Фурье спектрометрия гексанового экстракта позволила идентифицировать в его составе полосы поглощения (п.п.) следующих структурных фрагментов (v, см1):

  • - алканов с примесью циклоалкановых структур (2975, 2940, 2880, 2860,1470,1460,1380,1260, 970, 725);
  • - кратных связей (1680, 1645, 680); циклических спиртов (3500-3300, 1090-1070); ароматические соединения отсутствуют. УФ/ВИС-спектроскопия указала на присутствие в экстракте (нм): ненасыщенных карбоновых кислот и их производных (210, 265); производных фенолов (212, 270); ненасыщенных амидов, лактамов, а, (3-кетонов (210); хино- нов (260); витамина К (260); ацетофенона (280); абиетиновой кислоты (240-250); стероидных производных типа холеста- диена и эргостена, гахистерина; кумаринов (220, 276, 311), порфириновых структур (405-410), флавоноидных гликози- дов (265-370).

НЯМР-спектроскопия показала присутствие альдегидов со среднестатистической структурой СНз(СНг)9СНО, а также ундецилового спирта: СГГфСНг^СНгОН, окисление которого ведет к ундециловому альдегиду, а в дальнейшем к ундециловой кислоте, которая присутствует в сапропеле в виде эфира (триплет при 4.02 м.д.).

ИК-Фурье спектрометрия толуольного экстракта указала на наличие в его состава п.п. (v, см-1):

  • - алкановых и циклоалкановых фрагментов (2960, 2925, 2875, 1480, 1445, 1380, 1270, 1260, 970); ароматических циклов (3100-3020; дублет 1600/1500, 1280-1170, 1070-1000, 770-735, 750), которые, в основном, бензольные и нафталиновые;
  • - сложных эфиров (1190, 1165, 1050), кетонов и карбоновых кислот (1745, 1715, 1710, 1705, 1100), а- и у-пироновых кислот (1740-1720, 1650-1320, 1680-1650,1590-1540);
  • - пиррольных циклов, вероятно, производных хлорофилла (3490, 3150, 3050, 1525, 1040, 750-690); спиртов, углеводов, кратных двойных связей (1650, 1600, 99, 960, 680).

УФ/ВИС-спектрография позволила обнаружить в то- луольном экстракте (нм): гиперицины (670, 610-620, 500); пиррольные пигменты (410-540); каротиноиды, флавонои- ды, производные фепилкетонов, ненасыщенных кетонов, хинонов, витамина К (260, 280); стероидные дикетоны (260- 340); дикетоны дигерпенового ряда (318, 319); (3-ионон (300, 340), метоксикумарины (240, 260, 340); производные витамина А; соединения нафталинового ряда (270-285), эргосте- рин (280, 340, 350). Спектр Н-ЯМР позволяет среднестатистическим алкильным радикалам приписать структуры СНз(СН2)7- и СНз(СНг)б-; присутствуют большие количества большие количества циклогексановых или циклогексеновых фрагментов.

ИК-Фурье спектроскопия хлороформного экстракта указала на присутствие в нем п.п. (v, см-1):

- интенсивных п.п. алканов и циклоалканов с высоким вкладом кратных связей (2960, 2925, 2875, 3030-3025, 1680, 1480-1445, 1380, 1270, 1260, 970, 680); циклических спиртов (3400, 1810, 1030-1080); серусодержащих соединений (1950). Присутсвуют тетрапиррольные пигменты (3490, 3125-3100, 1600-1500).

УФ/ВИС-спектроскопия позволила идентифицировать (н.м.): производные флавонолов (246, 251); ненасыщенные лактоны и сложные эфиры (200, 222, 240); эргостерин (260, 270, 282), гоксистерин (248), супрастерин (250), метоксикумарины (240, 260, 340); производные фенилкетонов, ненасыщенные кетоны, хиноны, витамин К (260, 280), дитерпены

- производные абиетиновой кислоты, стероидные дикетоны (260, 340), хлорофилл «А», «В», «С» (640, 655, 660, 665, 670), производные фенола (265), порфириновые структуры (390- 415), моноциклические производные бензола (225, 265).

Среднестатистические алкильные радикалы имеют формулу СНз(СНг)я-; содержатся значительные количества карбонильных соединений (сложные эфиры), меньше - производных спиртов (НЯМР-спектроскопия).

ХМС позволила идентифицировать в составе хлороформного экстракта: н-октан, 1-этил-2-метил-циклопентан, н-пропилциклопетан, винилциклогексиловый эфир, этилбензол, о-, n-ксилолы, бензойную кислоту, 1-ундецен-З-уне, 3- тридоцен (Z), н-нонан, 1-метил-З-изопропилциклопентан, 7- гексадецен (Z), 1-гексадеканол, циклододекан, гексадекан, 3, 7, 11-триметил-1-доде канол, тетрадекаповую кислоту, 10- генэйкозен; 9-нонадецен, окгакозан, 1-октадецен, 3- октадецен, 6, 10, 14-триметил-2-пентадеканон, 9-

гептадеканон, бутилундецилфталевый эфир, 1-нонадецен, 10- генэйкозен (с, t), 18-норабиеган, 1-октадецин, олеиновую кислоту, 14-метил-8-гексадеканаль (Z), октадекановую кислоту; 9-тетрадеканаль (Z); 9-трикозен (Z); гептадекан; 1,3- диметилбутилциклогексан, Z-метилоктакозан, 4, 8, 12, 16- тетраметилгептадекан; эйкозановую кислоту, 9-трикозен (Z), триаконтан, пентадеканаль, дегидроабиетиновую кислоту, 2- мегилтетракозан, декозановую кислоту, генэйкозан, у- токоферол, бетулин, холеста-4.6-диен-3-ол, 2-гексакозан, витамин Е, эргост-5-ен-З-ол, стигмастерол, |3-ситостерол.

ИК-Фурье спектроскопия показала (v, см1), что ацетоновый экстракт характеризуется присутствием ароматических структур, а именно производных бензола и нафталина (3100- 3020, дублет 1600/1500,1070-1000,1280-1170, 770-735, 750).

Значителен вклад сложноэфирпых (1190, 1165, 1050) и карбоксильных групп (1745, 1715, 1710, 1705, 1100); кетонов, а- и у-пиронов (1740-1720, 1680-1650, 1650-1620, 1650-1600, 1590-1540). Идентифицированы пиррольные циклы, вероятно, производных хлорофилла (3490, 3525, 3050, 1040 750- 690); спирты, возможно, и углеводы (1300-1150, 1150-950, 970, 930, 915, 895, 840, 770); существенен вклад кратных двойных связей (1650, 1600, 990, 960, 680). УФ/ВИС-спектроскопией (н.м) обнаружены порфирины (459, 500-547, 402, 500, 531, 560, 624), возможно, Ni, V-порфирины; индолы, витамин К (270); сопряженные пиррольные циклы типа хлорофиллов, порфиринов (459, 508, 547); хлорофилл «А» (370, 531, 590, 402, 624, 655, 700); хлорофилл «В» (453, 547, 655, 682, 590); хлорофилл «С» (590, 624, 655, 402, 453), каротиноиды, производные витамина А (459, 480-494, 500-547, 560); хлорины (683, 695, 655, 590, 531, 503, 402); тг-комплексы металлов с фенольными и хиноидными группировками (459); пигменты пурпурных бактерий (480, 531), антоцианы (487, 509, 531).

Согласно данным НЯМГ-спектроскопии в ацетоновом экстракте присутствуют соединения с различными алкильными фрагментами. Отношение интенсивностей метальных и метиленовых протонов позволяют приписать средне- стастическому алкильному радикалу структуру СНз(СНг)8-; присутствуют эфирные фрагменты; преобладают -СНгО- группы.

ИК-Фурье спектроскопия этанолъного экстракта позволила установить (v, см-1), что он характеризуется высоким содержанием СН, СНг, СНз-групп алканов и в меньшей степени циклоалкапов (2980, 2925, 2860, 2740, 1465, 1480, 1450, 1380, 1310, 1260, 980, 730). Отмечены слабые п.п. ароматических фрагментов (3090, 3070, 3015, дублет 1600/1500. серия п.п. в областях 1200-900, 900-650). Средней интенсивности п.п. карбонильных и карбоксильных групп (3100-2500, 2740-2680, 1720-1700, 1315-1280, 960-875); кратных двойных связей (1650, 1605, 970, 960, 680). УФ/ВИС-спектроскопия указала на наличие (н.м): гиперицина (670), пиррольных пигментов (410-540), каротиноидов, флавоноидов, ненасыщенных карбоновых кислот и их производных (200, 220); бензольных циклов (200, 260), полициклических ароматических соединений, в основном, нафталинового ряда (220, 275, 240, 310, 215), енолов (220, 325), предельных и ненасыщенных кетонов (275-250, 300, 380-385, 365-368). А-дикетонов, стероидных производных (320), ненасыщенных лактонов и сложных эфиров (205, 220, 240), индолов, витамина К (270), фео- фитина (500, 515, 660), хромонов (630), производных флаво- нолов (245, 250, 370); хлорофилла «В» (450, 548, 645); гокси- стерина (245), супрастерина (250), люминистирина (270-275), тахистерина (268, 280, 295), эргостерина (260, 270, 280, 295). Относительные интенсивности сигналов протонов СНг- и СНз-групп позволяют приписать среднестатистичсекому алкильному радикалу структуры СНз(СНг)8- и СНз(СНг)7-. В области слабых полей в интервале 8,8-7,6 м.д. наблюдается очень широкий сигнал ароматических протонов, характеризующий многообразие индивидуальных соединений (НЯМР-спектроскопия).

2. Химический состав гуминовых кислот (ГК). Выход ГК - 16.6 (масс. % ОМС); средняя молекулярная масса - 1035.8 а.е.м., Ad - 15.6 (масс. %); элементный (масс. % daf): С 47.4, Н 4.5, N3.4, O+S 44.7; функциональный состав (мг-экв/г): ФГ 12.94, КрГ 9.41, КГ 1.51, ХГ 4.07, ИЧ 1.58. в составе минеральной части обнаружены: Mg, Al, Si, Са, Mn, Ti, Fe, Ва, Си, Ge, Со, V, Cr, Sn, Се, Ni, Se, РЗМ.

В ИК-Фурье спектра ГК идентифицированы п.п. (v, см~ ') следующих структурных фрагментов:

  • - ароматических ядер (3100-3000, дублет 1600/1500, серия п.п. в областях 1200-900, 900-650), которые невысокой степени конденсации (1200-950, 900-656), а именно бензольные и нафталиновые, что также подтверждается отсутствием ярко выраженного максимума (3030), обусловленного валентными колебаниями групп -СН в конденсированных ароматических системах. Однако, отсутствие п.п. (3030) не является однозначным аргументом в пользу чисто алифатической природы ГК, а указывает на высокую степень замещения атомов водорода в шесгичленных циклах, что подтверждается серией п.п. (3070-3040, 1500-1460, 1590-1475, 920-650), обусловленных присутствием алкильных заместителей различной длины: ди- и тризамещенные с ненасыщенными двойными связями (3040, 2975, 3080, 1665, 1600, 1415, 1405, 990, 960, 940, 884, 810, 680, 660-810), возможно присутствие терпенов;
  • - СН-, СНг-, СНз-групп алкановых и циклоалкановых структур (2975, 2921, 2875, 2854, 2740, 1455, 1450, 1390, 1315, 1260, 980, 745, 720). С учетом весьма слабой интенсивности п.п. (720) длина алкильный цепей незначительная (2925, 2875, 2854, 1460, 990, 720), а именно (СНг)п, где п>4;
  • - карбонильных и карбоксильных групп (2750, 2675, широкие п.п. 3100-2500 и 960-865, 1315-1260), кетонных групп (1740, 1719, 1700, 1685, 1110), в г.ч.: ненасыщенные (1685) и а-гидроксикетоны (1740-1719, 1665-1617, 1565-1545), карбоновых кислот (3000-2500, 1740, 1719, 1435, 1300-1200), метиловых эфиров жирных кислот с длинной цепью (триплет п.п. 1250, 1213, 1175), эфиров ненасыщенных кислот (1260-1163) и а-, (3-ненасыщенных кислот (1300-1160), сложных эфиров и лактонов (1750, 1740, 1740-1719, 1450-1435, 1345-1360, 1190, 1150, 1050, 790-755), формиатов (1200-1170), ацетатов (1260-1220), алкоксильных групп (2900, 1225-1200, 1070-1020, 810);
  • - ОН-групп фенолов и спиртов (3650-3595) - несвязанная группа -ОН, межмолекулярные (3550-3200) и вну тримолекулярные (3570-3450) водородные связи для соединений с одном мостиком; полимеров (3400-3200); деформационные колебания групп -ОН и валентные С-О фенолов (1405-1315, 1200); первичных (1260-1345, 1050), вторичных (1360-1260, 1100) и третичных спиртов (1405-1315, 1150), стеролов (3040, 1665, 940, 840, 810), в частности, п.п. (3450-3405,1075, 970, 840, 810) - (3-ситостерин; углеводов (920, 895, 940-920, 840, 770), полисахаридов (1075-1050, 755, 745, 477);
  • - простых эфиров (1150-1060); ароматических и других простых эфиров с группой = С-О- (1260-1220); хинонов (1685-1665) - две группы СО в одном кольце; (1665-1637) - две группы СО в двух кольцах;
  • - сопряженных пиррольных колец порфиринов, хлорофиллов (3535, 3520, 3490, 3040, 3150, 1520, 1042, 755-680), пиридиновых, хинолиновых, пиперидиновых (3450, 3480- 3450, 3370-3300, 1490, 1360-1260, 745) и тиофеновых гетероциклов (3125-3040, 1520, 1050, 865, 840, 755-680), аминокислот (3130-3030, 1665-1617, 1545-1485, 1600-1565); первичных (3500, 3405, 3350, 3180) и вторичных аминов (3450-3405, 3440-3425, 3325-3270, 3180-3140, 1685, 1650), первичных и вторичных амидов (полоса амид - II) (1665-1617, 1565-1520), сульфидов (660-605, 705-565) и дисульфидов (465-415): алифатических (1740-1719) и ароматических альдегидов (2965-2830, 2720, 1410-1685, 1665, 1390).

УФ/ВИС-спектр ГК характерен для присутствия в их составе (н.м.): ненасыщенных карбоновых кислот и их производных (200, 220), нафталиновых колец (212, 220, 240, 270, 310); тт-комплексов металлов с фенольными и хиноидными группировками (445-450); каротиноидов, производных витамина А, дикетонов, ненасыщенных кетонов (450-455, 480- 495, 415), сопряженных пиррольных циклов, типа порфиринов, хлорофиллов (450, 510, 545), порфиринов (408, 525, 720, 760), бензольных колец (200, 260), хлорофилла «а» (340, 420, 450-455, 495, 645, 685, 700, 710-720), хлорофилла «Ь» (450- 455, 580, 645), хлорофилла «с» (450-455, 645, 685), бактерио- хлорофилла «а» (475), Л-дикетонов (стероидные и их произ- водные)(340-350, 280), ненасыщенных лактонов и сложных эфиров (200, 220-230, 240).

В ЯМР-Н спектре ГК установлено присутствие парамагнитных частиц, вероятнее всего ионов Fe (II) и Со (III). Широкая п.п. ароматических прогонов (от 8,5 до 6,3 м.д.) свидетельствует о присутствии в составе ГК бензольных и нафталиновых колец, несущих в качестве заместителей группы COOR, OR, А1к.отношение интегральных интенсивностей полос поглощения: (0.83 м.д. - протоны концевых СНз-групп и 1.24 м.д. - протоны СНг-групп) позволяет приписать среднестатистическому алькильному радикалу структуру СНз(СН2)б-. Отношение числа ароматических и алифатических прогонов -13:16.

Таким образом, химический состав ГК достаточно сложный, полифункциопальный, включает, преимущественно, неконденсированные ароматические, фурановые и пиррольные гетероциклы, с высоким вкладом алифатических заместителей, циклоалкаповых фрагментов, кратные двойные связи.

3. Биологическая активность препаратов на основе сапропеля оз. Глубокое (Татарстан). 3.1. Биологическая активность ГК. Биологическая активность ГК изучалась на музейных штаммах кишечных микроорганизмов: Escherchia coli, Shigella sonnie, C. Freundii, грамположительных кокков - Staphylococcus aureus и грибах рода Candida, а также на высо- котребовательном к питательным веществам культур штамм Corynebacterium diphtherial gravis, растущий на средах с добавлением нативного белка крови. Биологическое действие солей ГК изучалось с применением нескольких методик исследования.

Методом «стандартных дисков», рекомендованным Министерством здравоохранения РФ для исследования биологической активности изучались щелочные растворы ГК исходного сапропеля с концентрациями 3.09, 1.54, 0.77,

  • 0.38 и 0.19 г/л и дебитуминизированного с концентрациями
  • 3.02, 1.52, 0.76, 0.38 и 0.19 r/л. При этом отмечено незначительное увеличение роста микроорганизмов вблизи дисков при концентрациях ГК 3.09 и 3.02 r/л на культуре Staphylococcus aureus.

Было изучено также биологическое действие «водных растворов» солей ГК исходного и дебитуминизированного сапропеля, с концентрацией 0.4% (0.4% раствор гумата калия в 0.05% растворе КОН). На 10 мл питательного агара добавлялись 1 и 3 мл исследуемого раствора. В качестве контроля использовались параллельные посевы идентичных микроорганизмов на питательном агаре. Посев микроорганизмов осуществляли количественно - методом серийных разведений, с высевом по 1000, 100 и 10 микробных клеток. Учет биологической активности проводился визуально по количеству выросших колоний и их морфологии.

Для солей ГК наблюдали усиление роста микроорганизмов, что выражалось в характере колоний. Колонии энтеробактерий, стафилококка и грибов рода Candida были крупными (2-3 мм), по сравнению с контролем (1.0-1.5 мм), с характерными свойствами для каждого вида.

Рост высокотребовательного микроорганизма С. diph- theriae (токсичный вариант) отмечался только при добавлении в среду гумата калия. В контроле рост отсутствовал.

При исследовании ГК (исходная проба 1), дебитуми- низированный сапропель (проба 2) и декальцинированный (проба 30 па штаммах Escherichia coli, Staphylococcus aureus и грибах рода Candida были получены следующие результаты:

  • 1. Опыт с ?. coli контроль - 425 колоний, пробы 1, 2, 3 - сливный рост - больше 1000 колоний;
  • 2. Опыт с St. aureus - контроль 428 колоний, пробы 1, 2, 3 - сливный рост - больше 1000 колоний;
  • 3. Опыт с грибами рода Candida: на всех чашках примерно одинаковое число колоний - 420.

Полученные результаты позволили сделать вывод, что соли ГК обладают стимулирующим действием по отношению к ?. Coli и St. Aurenus. Это можно объяснить присутствием в составе ГК биологически активных веществ, фенольных, хиноидных и карбоксильных групп, стимулирующих рост микроорганизмов в т.ч. и высокотребовательных к питательным веществам.

  • 3.2. Биологическое тестирование ВРВ. При исследовании ВРВ исходного (проба 1) и дебитуминизированного сапропеля (проба 2) с использованием штаммов ?. coli, St. aureus и грибах рода Candida получили следующие результаты:
  • 1. Опыт с ?. coli контроль - 340 колоний, пробы 1 - 72, проба 2-102 колоний;
  • 2. Опыт с St. aureus - контроль - 425, проба 1 - 109, проба 2 - 210 колоний;
  • 3. Опыт с грибами рода Candida: на всех чашках примерно одинаковое число колоний - 420.

Таким образом, можно констатировать, что ВРВ сапропеля обладают ингибирующим действием на бактерии ?. coli и St. aureus, обусловленного, по-видимому присутствием терефталевой, бензойной и салициловых кислот.

3.3. Биологическое тестирование ФК. Исследовали параллельно расгворы ФК исходного, дебитуминизированного и декальцинированного сапропеля и их солей. Учет биологической активности осуществляли визуально по количеству выросших колоний и их морфологии.

В опытах с ФК отмечалось подавление роста Е. coli и St. aureus в 10 раз и более, причем ФК дебитуминизированного сапропеля обладали более выраженными антибактериальными свойствами. В опытах с калиевыми солями ФК наблюдался сливной рост микроорганизмов.

Соли ФК исходного (проба 1), дебитуминизированно- го (проба 2) и деклыдинированного (проба 3) сапропеля исследовались с использованием штаммов Е. coli и St. aureus:

  • 1. Опыт с ?. coli контроль - 368 колоний, пробы 1, 2, 3 - сливный рост - больше 1000 колоний;
  • 2. Опыт с St. aureus - контроль 540 колоний; пробы 1, 2, 3 - сливный рост - больше 1000 колоний.

Получено подтверждение о необходимости присутствия ионов К' в растворе для стимуляции роста микроорганизмов, а также утетающее влияние ионов Н+. Высокая биологическая активность солей ФК обусловлена наличием в их составе большого количества галловой, феруловой, янтарной и метилярной кислот, являющихся субстрактом для дыхания различных растительных организмов и микробов.

Выводы:

  • 1. Впервые получена детальная информация о вещественном составе сапропеля оз. Глубокое (Татарстан).
  • 2. Разработана схема последовательной экстракции, кислотно-щелочного гидролиза, препаративной ТСХ исходного сапропеля и отдельных составляющих органического вещества.
  • 3. Методами ИК-Фурье, УФ/ВИС, НЯМР- спектросконии, ХМС в составе сапропеля идентифицированы аминокислоты, сахара, карбоновые кислоты, спирты, кетоны, флавоноды, н-, изо- и циклоалканы, витамины, производные фенола, нафтолов, хлорофилла, каротиноиды, хиноны, антоциапипы, металлопорфирины, большинство из которых имеют тесную генетическую связь с исходным биоматериалом, участвовавшим в сапропелеобразова- нии, проявляющих высокую биологическую активность.
  • 4. Выполнено биологическое тестирование различных сапропелевых препаратов с использованием бактерий St. Aureus, Е. Coli, С. Diphythriac gravis, дрожжеподобпых грибов рода Candida. Установлен значительный бактерицидный эффект сапропелевых препаратов, сравнимый с таковым для синтетических антибиотиков типа гидрокартизона, преднизолона.

Литература

  • 1. Потонье Г. Сапропелита. М: Изд-во жури. нефт. и слапц. хоз., 1920. 45 с.
  • 2. Potonie R. Uber die Heilschlamm (Gyttja) - Lagerstatte des Schollener Sees Bei Rathenow // Jahrb. D. Preuss. Geolog. Landesanst. Zu Berlin. 1938. Bd. 58
  • 3. Винберг Г.Г. Первичная продукция водоемов. Минск: Из-во Академии наук БССР, 329 с.
  • 4. Жадин В.И., Герд С.В. Реки, озера и водохранилища СССР, их флора и фауна. М., 1961. С. 273-280.
  • 5. Казаков Е.И., Пронина М.В. Химический состав различных форм планктона и бентоса // Тр. лаборатории генезиса сапропеля. 1941. № 2. С. 49-57.
  • 6. Ларгин И.Ф., Шадрина Н.И. Геология сапропелевых отложений: (Основы сапропелеведения): Учеб. Пособие: Калинин, политехи, ин-т, 1989. 71 с.
  • 7. Балонов И.М. Виды рода Synura Lemm.
  • (Chrysophyta) Волги и ее бассейна (Волга-2) // Биология внутренних вод. 1976а. № 29. С. 16-19.
  • 8. Генкал С.И. Атлас диатомовых водорослей планктона р. Волги. СПб: Гидрометеоиздат, 1992.127 с.
  • 9. Каталог растений и животных водоемов бассейна Волги / Отв. ред. В.Н. Яковлев; Ин-т биологии внугренних вод им. И.Д. Папанина. Ярославль: Изд-во ЯГТУ; 2000.309 с.
  • 10. Казаков Е.И. Генезис и химическая природа пресноводных санропелей // Тр. ин-та горюч., ископаемых. 1950. Т. 2. С. 253-266.
  • 11. Платонов В.В., Хадарцев А.А., Фридзон К.Я. Химический состав и биологическая активность сапропеля оренбургской области (п. Соль-Илецк), генетическая связь с составом сапропелеобразователей // Вестник новых медицинских технологий (электронный журнал).- 2014. URL: http://medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2014-l/4873.pdf
  • 12. Платонов В.В., Хадарцев А.А., Фридзон К.Я. Генетическая связь биологической активности сапропеля астраханской области с исходным растительным и животным материалом // Вестник новых медицинских технологий (электронный журнал).- 2014. URL: http://medtsu.tula.ru /VNMT/Bulletin/E2014-l/4872.pdf

References

  • 1. Poton'e G. Sapropelita. Moscow: Izd-vo zhurn. neft. i slants, khoz.; 1920. Russian.
  • 2. Potonie R. Uber die Heilschlamm (Gyttja) - Lagerstatte des Schollener Sees Bei Rathenow. Jahrb. D. Preuss. Geolog. Landesanst. Zu Berlin; 1938.
  • 3. Vinberg GG. Pervichnaya produktsiya vodoemov. Minsk: Iz-vo Akademii nauk BSSR; 329 s. Russian.
  • 4. Zhadin VI, Gerd SV. Reki, ozera i vodokhranilishcha SSSR, ikh flora i fauna. Moscow; 1961. Russian.
  • 5. Kazakov El, Pronina MV. Khimicheskiy sostav raz- lichnykh form planktona i bentosa. Tr. laboratorii genezisa sapropelya. 1941;2:49-57. Russian.
  • 6. Largin IF, Shadrina N1. Geologiya sapropelevykh ot- lozheniy: (Osnovy sapropelevedeniya): Ucheb. Posobie: Kalinin. politekhn. in-t; 1989. Russian.
  • 7. Balonov IM. Vidy roda Synura Lemm. (Chrysophyta) Volgi i ее basseyna (Volga-2). Biologiya vnutrennikh vod. 1976a;29:16-9. Russian.
  • 8. Genkal SI. Atlas diatomovykh vodorosley planktona r. Volgi. SPb: Gidrometeoizdat; 1992. Russian.
  • 9. Katalog rasteniy i zhivotnykh vodoemov basseyna Volgi / Otv. red. V.N. Yakovlev; In-t biologii vnutrennikh vod im. I.D. Papanina. Yaroslavl': Izd-vo YaGTU; 2000. Russian.
  • 10. Kazakov El. Genezis i khimicheskaya priroda pres- novodnykh sapropeley. Tr. in-ta goryuch., iskopaemykh. 1950;2:253-66.
  • 11. Platonov VV, Khadartsev AA, Fridzon KYa. Khimicheskiy sostav i biologicheskaya aktivnost' sapropelya oren- burgskoy oblasti (p. Sol'-Iletsk), geneticheskaya svyaz's sosta- vom sapropeleobrazovateley [Chemical composition and biological activity of sapropel in the Orenburg region (v. sol-iletsk), genetic link with the composition of the sapropel formers]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy (elektronnyy zhur- nal) [Internet]. 2014 [cited 2014 Jul 3];l:[about 8 p.]. Russian. Available from: http://medtsu.tula.ru/VNMT/ Bulletin/E2014- 1/4873-pdf
  • 12. Platonov VV, Khadartsev AA, Fridzon KYa. Geneticheskaya svyaz' biologicheskoy aktivnosti sapropelya astrak- hanskoy oblasti s iskhodnym rastitel’nym i zhivotnym materia- Iom [chemical composition and biological activity of sapropel in the Orenburg region (v. Sol-Iletsk), genetic link with the composition of the sapropel formers]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy (elektronnyy zhurnal) [Internet], 2014 [cited 2014 Jul 3];l:[about 6 p.]. Russian. Available from:

http://medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2014-l/4872.pdf

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ