Спектральные параметры и биологическая активность высокомолекулярных соединений гуминовой природы

Цель работы – оценка возможности использования молекулярной спектроскопии (ИК-спектроскопии) как простого и информативного метода, позволяющего получить информацию о молекулярных соотношениях в структуре макромолекул ГК, а также сравнительный анализ их иммунотропной активности по способности влияния на продукцию оксида азота перитонеальными макрофагами мышей in vitro.

Материал и методы. В работе использовали 18 различных ГК, полученных из девяти репрезентативных видов торфа из крупных торфяных месторождений Томской области. Гуминовые кислоты получали двумя способами – щелочной и пирофосфатной экстракцией. Молекулярные параметры структуры исследовали методом ИК-спектроскопии в таблетках с KBr. Биологическую активность ГК оценивали в культуре перитонеальных макрофагов, полученных из интактных мышей. В эксперименте использовали 100 мышей линии С57ВL/6J обоего пола в возрасте 8–12 нед.

Результаты. Приведены кривые светопоглощения 18 различных ГК, установлены особенности и дана количественная оценка содержания различных структурных фрагментов на основании относительных интенсивностей полос поглощения. Исследована NO-стимулирующая активность ГК при культивировании с макрофагами мышей во взаимосвязи с молекулярными параметрами их структуры.

Заключение. Показано, что ГК верховых видов торфа характеризуются более высоким содержанием карбонильных, карбоксильных и сложноэфирных групп, а низинных – ароматического углерода, фенольных и спиртовых гидроксилов, простых эфирных и углеводных фрагментов. При этом ГК верховых видов торфа индуцируют активацию клеток путем усиления продукции NO, которая снижается при экстракции щелочью. Гуминовые кислоты низинных торфов независимо от способа выделения включают примесь липополисахарида (ЛПС). Некоторые ГК, полученные пирофосфатом натрия, обладают более высокой иммунотропной активностью, вызывая специфическую, независимую от примеси эндотоксина стимуляцию антигенпрезентирующих клеток. 

1. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере // Саровский образовательный журнал. 1997; 2: 56–63.

2. Schepetkin I.A.[et al.] Characterization and Biological Activities of Humic Substances from Mumie // Journal of agricultural and food chemistry. 2003; 5: 5245–5254.

3. Senesi N., Miano T.M. Humic Substances in the Global Environment and Implications for Human Health. Amsterdam, the Netherlands: Elsevier, 1994; 927.

4. Валуев Л.И., Валуева Т.А., Валуев И.Л., Платэ Н.А. Полимерные системы для контролируемого выделения биологически активных соединений // Успехи биологической химии. 2003; 43: 307-328.

5. Бузлама А.В., Чернов Ю.Н. Анализ фармакологических свойств, механизмов действия и перспектив применения гуминовых веществ в медицине // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2010; 73(9): 43–48.

6. Chen J.С., LeBoeuf E.J., Choia S., Gua B. Spectroscopic Characterization of Structural and Functional Properties of Natural Organic Matter Fractions // Chemosphere. 2002; 48: 59–68.

7. Mengchang H.E., Yehong SHI, Chunye LIN Characterization of humic acids extracted from the sediments of the various rivers and lakes in China // Journal of Environmental Sciences. 2008; 20: 1294–1299.

8. Stevenson F.J. Humus Chemistry: genesis, composition, reactions. New York: Wiley&Sons, 1994: 496.

9. Караванова И.В. Оптические свойства почв. М.: Наука, 2003: 185.

10. Купцов А.Х., Жижин Г.Н. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М.: Мир, 2001: 656.

11. Орлов Д.С., Осипова Н.Н. Инфракрасные спектры почв и почвенных компонентов. М.: МГУ, 1988: 89.

12. Sharma Y.R. Elementary Organic Spectroscopy / New Delhi: S. Chand&Company Ltd, 1999; 65.

13. Zaccone C., Miano T.M., Shotyk W. Qualitative comparison between raw peat and related humic acids in an ombrotrophic bog profile // Organic Geochemistry. 2007; 38: 151-160. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2006.06.023.

14. Лиштван И.И. [и др.] Спектральные исследования фракций гуминовых кислот // Химия твердого топлива. 2006; 4: 3-11.

15. Лиштван И.И. [и др.] Трансформация систем полисопряжения гуминовых кислот в процессе метаморфизма каустобиолитов // Химия твердого топлива. 2012; 3: 14.

16. Патраков Ю.Ф., Счастливцев Е.Л., Мандаров Г.А. Изучение буроугольных гуминовых и фульвокислот методом ИК-спектроскопии // Химия твердого топлива. 2010; 5: 9–14.

17. Stenberg B. [et al.] Visible and near infrared spectroscopy in soil science // Advances in Agronomy. 2010; 107: 163-215. DOI:org/10.1016/S0065-2113(10)07005-7.

18. Belska N.V. [et al.] Water-soluble polysaccharide obtained from Acorus calamus L. classically activates macrophages and stimulates Th1 response // International Immunopharmacology. 2010; 10 (8): 933–942. DOI:10.1016/j.intimp.2010.05.005.

19. Марыганова В.В., Бамбалов Н.Н., Парамон С.В. Воздействие вида экстрагента на структуру извлекаемых из торфа гуминовых кислот // Химия твердого топлива. 2003; 1: 3–10.

20. Kiprop A.K. [et al.] Synthesis of Humic and Fulvic Acids and their Characterization using Optical Spectroscopy (ATR-FTIR and UV-Visible) // International Journal of Applied Science and Technology. 2013; 3 (8): 28–35.

21. Shin H.S., Monsallier J.M., Choppin G. R. Spectroscopic and chemical characterizations of molecular size fractionated humic acid // Talanta. 1999; 50: 641–647.

22. Наумова Г.Н., Стригуцкий В.П., Жмакова Н.А., Овчинникова Т.Ф. Связь молекулярной структуры гуминовых кислот и их биологической активности // Химия твердого топлива. 2001; 2: 3–3.

23. Ненаходов Д.В. [и др.] Определение состава препаратов гуминовых кислот различной чистоты методами спектроскопии // Сорбционные и хроматографические процессы. 2009; 9(5): 665–670.

24. Новикова Л.Н. [и др.] Состав гуминовых веществ окисленного бурого угля Монголии // Химия твердого топлива. 2010; 2: 14–24.

25. Сивакова Л.Г., Лесникова Н.П., Ким Н.М., Ротова Г.М. Физико-химические свойства гуминовых веществ торфа и бурого угля // Химия твердого топлива. 2011; 1: 3–8.

26. Юдина Н.В. Тихова В.И. Структурные особенности гуминовых кислот торфов, выделенных разными способами // Химия растительного сырья. 2003; 1: 93–96.

27. Ellerbrock R.H, Höhn A., Gerke H.H. Characterization of soil organic matter from a sandy soil in relation to management practice using FT-IR spectroscopy // Plant and Soil. 1999; 213: 55–61.

28. Gondar D. [et al.] Characterization and acid-base properties of fulvic and humic acids isolated from two horizons of on ombrotrophic peat bog // Geoderma. 2005; 126(3–4): 367–374.

29. Klavins M., Sire J. Variations of humic acids properties within peat profiles // Peat and Mires. 2009; 4: 175–197.

30. Li L. [et al.] Characterization of humic acids by ultrafiltration // Organic Geochemistry. 2004; 35: 1025–1037.

31. Fernandes А. [et al.] Elemental and spectral properties of peat and soil samples and their respective humic substances // Journal of Molecular Structure. 2010; 971 (1): 33–38. DOI: 10.1016/j.molstruc.2010.02.069

32. Трофимова Е.С. [и др.] Влияние гуминовых кислот торфа различного генеза на продукцию оксида азота in vitro (скрининговое исследование) // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2016: 5: 629–636.

33. Schepetkin I.A., Quinn M.T Botanical polysaccharides: macrophage immunomodulation and therapeutic potential // International Immunopharmacol. 2006; 6 (3): 317–333.