Флоротаннин - Phlorotannin

Химическая структура тетрафукола А, флортанина фукольного типа, обнаруженного в бурых водорослях Аскофиллум узловатый.
Durvillaea antarctica, бурые водоросли, содержащие флоротанины.

Флоротанины являются разновидностью дубильные вещества нашел в бурые водоросли Такие как водоросли и водоросли[1] или же саргасский разновидность,[2] и в меньшем количестве также в некоторых красные водоросли.[3] В отличие от гидролизуемых или конденсированных танинов, эти соединения являются олигомеры из флороглюцин[4] (полифлороглюцинолы).[5] Так как они называются танинами, они обладают способностью осаждать белки. Было замечено, что некоторые флоротанины обладают способностью окисляться и образовывать ковалентные связи с некоторыми белками. Напротив, в аналогичных экспериментальных условиях три типа земных таннинов (процианидины, профисетинидины и галлотаннины), по-видимому, не образовывали ковалентных комплексов с белками.[6]

Эти фенольный соединения являются неотъемлемыми структурными компонентами клеточных стенок бурых водорослей, но, похоже, они также играют роль многих других вторичный экологические роли, такие как защита от УФ-излучения и защита от выпаса скота.

Биосинтез и локализация

Биосинтез большей части флоротаннинов все еще неизвестен, но похоже, что они образуются из флороглюцинолов по ацетатно-малонатному пути.[7]

Они обнаруживаются внутри клетки в небольших пузырьках, называемых физодесами, где растворимая полярная фракция изолирована,[8] и как часть клеточная стенка, где они нерастворимы и действуют как структурный компонент.[9][10] Известно, что их концентрация сильно варьируется среди разных таксонов, а также среди географических регионов, поскольку они пластично реагируют на множество факторов окружающей среды.[11] Бурые водоросли также выделяют флоротанины в окружающей морской воде.[5][12]

Было высказано предположение, что флоротаннины сначала секвестрируются в физодес в их полярной реакционной форме, а затем окисляются и образуются комплексы. альгиновая кислота клеточной стенки бурых водорослей пероксидаза.[13] На сегодняшний день (2012 г.) о синтезе флоротанинов известно немного.[7] Образование физод, везикул, содержащих фенольные соединения, изучается в течение многих лет. Считалось, что эти цитоплазматические компоненты синтезируются в хлоропласте или его мембране, но более поздние исследования предполагают, что образование может быть связано с эндоплазматический ретикулум и Тела Гольджи.[14]

Распределение флоротанинов между тканями варьируется в зависимости от вида.[15]

Локализацию флортанинов можно исследовать с помощью световой микроскопии после окрашивание ванилином – HCl дающий оранжевый цвет.[16] Ультраструктурную локализацию физод можно исследовать с помощью просвечивающая электронная микроскопия в выборках фиксируется преимущественно в 2,5% глутаральдегид и с постфиксацией с 1% четырехокись осмия. Для окрашивания, уранилацетат и цитрат свинца может быть использован.

Экстракция и анализы

Во многих исследованиях, в которых изолированы отдельные флоротанины, извлеченный флоротанины ацетилируются уксусный ангидрид -пиридин чтобы защитить их от окисления. Как снижение температуры, так и добавление аскорбиновая кислота похоже, предотвращает окисление.

Обычные методы количественного определения флортаннинов в образцах: Фолин-Денис и Проба берлинской синей. Более конкретный анализ использует 2,4-диметоксибензальдегид (DMBA), продукт, который специфически реагирует с 1,3- и 1,3,5-замещенными фенолами (например, флортаннинами) с образованием окрашенного продукта.[17]

Структурное разнообразие

Эккол, флоротаннин, обнаруженный в видах род Эклония.

Система номенклатуры морских флоротанинов была первоначально введена Glombitza.[18]

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

Они делятся на шесть основных подгрупп: фуколы, флорэтолы, фукофлоретолы, фухалолы и экколы, которые встречаются только в Алярийные.[7][21]

По типу связи флоротанины можно разделить на четыре подкласса, т.е. флоротанины с эфир связь (фухалолы и флорэтолы, фухалолы состоят из звеньев флороглюцина, которые связаны пара- и орто-расположенными эфирными мостиками, содержащими одну дополнительную OH-группу в каждом третьем кольце), с фенил связь (фуколы), с простой эфирной и фенильной связью (фукофлорэтолы) и с дибензодиоксин связь в экколах и кармалолах (производных флорэтолов, содержащих дибензодиоксиновый фрагмент), большинство из которых имеют галогенированные представители в бурых водорослях.[22]

Примеры флортанинов: фукодифлорэтол G из водорослей Эклония кава,[23] эккол из Эклония разновидность[24] или же флорофукофуроэкол-B из Eisenia arborea.[25]

Структурное разнообразие молекул с более высокой молекулярной массой можно проверить с помощью «EDIT». Углерод-13 ЯМР техника.[26]

Роли

Функции флоротанинов по-прежнему являются актуальным предметом исследований (2012). Они показывают первичные и второстепенные роли,[13] как в клеточном, так и в организменном масштабе.[27]

Основные роли

Структурные

Структурная роль флоротанинов в коричневом клеточная стенка водорослей основная роль этих полифенольных соединений.[7][13] Однако эта основная роль может не быть основной ролью флортанинов, поскольку исследования показывают, что их больше в цитоплазме или в экссудированной форме, чем в клеточной стенке.[28]

Репродуктивный

Цитоплазматические, а также выделяемые флоротаннины, по-видимому, играют роль в размножении водорослей, внося свой вклад в формирование зигота клеточная стенка[10] и, возможно, избежание множественного оплодотворения за счет подавления движения сперматозоидов.[7]

Второстепенные роли

Согласно Модель баланса питательных веществ углерода, флортанины, которые в основном представляют собой молекулы углерода, не содержащие азота, производятся с более высокими выходами в световой среде. Свет имеет большее значение, чем доступность азота.[29]

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

Защита от травоядных

Стратегия производства флоротанина может быть учредительный или же индуцируемый.[30] Поскольку исследования показали, что травоядные животные могут вызывать выработку флоротаннина, было высказано предположение, что они могут играть роль в защите водорослей.[11] Тем не менее, результаты других исследований показывают, что сдерживающая роль флоротанинов в отношении травоядных в значительной степени зависит как от видов водорослей, так и от видов травоядных.[31] В Fucus vesiculosus, это галактолипиды, а не флортанины, которые действуют как отпугивающие травоядных животных от морского ежа Arbacia punctulata.[32]

Скрининг УФ и тяжелых металлов

Флоротанины в основном расположены на периферии клеток как компоненты клеточной стенки. Они также способствуют поглощению света УФ-В (от 280 до 320 нм).[33] и показать поглощение максимумы на 200 и 265 нм,[8] соответствующий УФ-С длины волн. Исследования также показали, что интенсивность солнечного света связана с производством флоротаннинов в Аскофиллум узловатый и Fucus vesiculosus естественные популяции.[34] По этим причинам было высказано предположение, что флоротаннины действуют как фотозащитные вещества.[35] Дальнейшие исследования с Lessonia nigrescens[35] и Макроцистис Integrifolia[36] продемонстрировали, что как УФ-А, так и УФ-В излучение могут индуцировать растворимые флоротаннины и что существует корреляция между индукцией флортанинов и снижением ингибирования фотосинтеза и повреждением ДНК, двумя основными эффектами УФ-излучения на растительные ткани. Тот факт, что флоротаннины выделяются в окружающую воду, позволяет им уменьшить УФ-облучение ламинарии. мейоспоры, фитопланктон и другие обитатели ламинарии, где бурые водоросли биомасса высокий, а движение воды слабое.[36]

Они также могут быть вовлечены в секвестрация металла такие как ионы двухвалентных металлов Sr2+, Mg2+, Ca2+, Быть2+, Mn2+, CD2+, Co2+, Zn2+, Ni2+, Pb2+ и Cu2+.[37] Если хелатирующие свойства флоротанинов были продемонстрированы in vitro, на месте исследования показывают, что эта характеристика может быть видоспецифичной.[38][39]

Альгицидный эффект

Исследования показали, что флоротанины могут действовать как альгицид против некоторых видов динофлагеллят.[40]

Лечебные свойства

Было продемонстрировано, что флоротанины могут обладать антидиабетическими, противораковыми, антиоксидантными, антибактериальными, радиозащитными и анти-ВИЧ свойствами.[41][42] Тем не мение, in vivo исследования эффектов этих соединений отсутствуют, большая часть исследований на данный момент выполнена. in vitro.[41] Что касается противоаллергических свойств, есть in vivo изучение действия этих соединений.[43]

Рекомендации

  1. ^ Van Alstyne, Kathryn L .; Маккарти, Джеймс Дж .; Хастед, Синтия Л .; Кирнс, Лаура Дж. (1999). «Распределение флоротанина в тканях водорослей и морских водорослей северо-востока Тихого океана» (PDF). Журнал психологии. 35 (3): 483. Дои:10.1046 / j.1529-8817.1999.3530483.x. Архивировано из оригинал (PDF) 19 июня 2010 г.
  2. ^ Камия, Мицунобу; Нишио, Такеши; Ёкояма, Асами; Яцуя, Коуске; Нишигаки, Томокадзу; Ёсикава, Шинья; Оки, Каори (2010). «Сезонные колебания флоротаннина у видов саргасовых с побережья Японского моря». Психологические исследования. 58: 53. Дои:10.1111 / j.1440-1835.2009.00558.x.
  3. ^ http://eurekamag.com/research/011/190/presence-lectins-tannins-protease-inhibitors-venezuelan-marine-algae.php
  4. ^ Шибата, Тошиюки; Кавагути, Шигео; Хама, Ёитиро; Инагаки, Масанори; Ямагути, Кунико; Накамура, Такаши (2004). «Локальное и химическое распределение флоротанинов в бурых водорослях». Журнал прикладной психологии. 16 (4): 291. Дои:10.1023 / B: JAPH.0000047781.24993.0a. S2CID  13479924.
  5. ^ а б Раган, Марк А .; Дженсен, Арне (1978). «Количественные исследования фенолов бурых водорослей. II. Сезонные колебания содержания полифенолов в Ascophyllum nodosum (L.) Le Jol. И Fucus vesiculosus (L.)». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии. 34 (3): 245. Дои:10.1016 / S0022-0981 (78) 80006-9.
  6. ^ Стерн, Дж. Льюис; Hagerman, Ann E .; Steinberg, Peter D .; Мейсон, Памела К. (1996). «Флоротаннин-белковые взаимодействия». Журнал химической экологии. 22 (10): 1877–99. Дои:10.1007 / BF02028510. PMID  24227114. S2CID  11031529.
  7. ^ а б c d е Риитта Койвикко, 2008 г., Флоротаннины бурых водорослей: улучшение и применение химических методов В архиве 2016-03-03 в Wayback Machine Докторская диссертация, Университет Турку, Турку, Финляндия.
  8. ^ а б c Раган, Марк А .; Glombitza, K.-W. (1986). «Флоротанины, полифенолы бурых водорослей». Прог. Phycol. Res. 4: 129–241.
  9. ^ Шенвалдер, М. Э. А. (2002). «Возникновение и клеточное значение Physodes в бурых водорослях». Phycologia. 41 (2): 125–139. Дои:10.2216 / i0031-8884-41-2-125.1. S2CID  86505836.
  10. ^ а б Schoenwaelder, M.E.A .; Клейтон, М. Н. (1998). «Секреция фенольных веществ в стенку зиготы и клеточную пластинку у эмбрионов Хормосира и Акрокарпис (Fucales, Phaeophyceae) ". Журнал психологии. 34 (6): 969–980. Дои:10.1046 / j.1529-8817.1998.340969.x.
  11. ^ а б Jormalainen, V .; Honkanen, T .; Койвикко, Р .; Eränen, J. (2003). «Индукция производства флоротанина в бурых водорослях: защита или динамика ресурсов?» (PDF). Ойкос. 103 (3): 640–650. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2003.12635.x.
  12. ^ Jennings, J.S .; Стейнберг, П. (1994). "На месте экссудация флоротанинов сублиторальными водорослями Ecklonia radiata". Mar. Biol. 121 (2): 349–354. Дои:10.1007 / bf00346744. S2CID  85193166.
  13. ^ а б c Арнольд, Т. М .; Таргетт, Н. М. (2003). «Выращивать и защищать: отсутствие компромиссов для флортанинов бурых водорослей». Ойкос. 100 (2): 406–408. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2003.11680.x.
  14. ^ Schoenwaelder, M.E.A .; Клейтон, М. (2000). "Физодообразование у эмбрионов Phyllospora comosa и Hormosira banksii (Phaeophyceae) ". Phycologia. 39: 1–9. Дои:10.2216 / i0031-8884-39-1-1.1. S2CID  86193685.
  15. ^ Ван Алстайн, Кэтрин Л. (1999). "Распределение флоротанина среди тканей северо-восточных водорослей Тихого океана и морских водорослей". Журнал психологии. 35 (3): 483–492. Дои:10.1046 / j.1529-8817.1999.3530483.x.
  16. ^ Пеллегрини, Л. (1980). «Цитологические исследования Physodes в вегетативных клетках Cystoseira stricter Sauvagea (Phaeophyta, Fucales)». J. Cell Sci. 41: 209–231. PMID  7364883.
  17. ^ Стерн, Дж. Льюис (1996). «Новый тест для количественного определения флортанинов бурых водорослей и сравнение с предыдущими методами». Журнал химической экологии. 22 (7): 1273–1293. Дои:10.1007 / BF02266965. PMID  24226084. S2CID  20164807.
  18. ^ Гломбица, К. В. В химии морских природных продуктов; Фолкнер, Д. Дж .; Fenical, W.H., Eds .; Пленум Пресс: Нью-Йорк, 1977; 191 с.
  19. ^ Hay, M E; Феникал, W. (1988). «Взаимодействие морских растений и травоядных: экология химической защиты». Ежегодный обзор экологии и систематики. 19: 111. Дои:10.1146 / annurev.es.19.110188.000551.
  20. ^ Boettcher, A.A .; Targett, N.M. (1993). «Роль полифенольных молекулярных размеров в снижении эффективности ассимиляции в Слизистая оболочка ксифистера". Экология. 74 (3): 891–903. Дои:10.2307/1940814. JSTOR  1940814.
  21. ^ Targett, N.M .; Арнольд, Т. М. (1998). «Прогнозирование воздействия флортанинов бурых водорослей на морских травоядных животных в тропических и умеренных широтах». Журнал психологии. 34: 195–205. Дои:10.1046 / j.1529-8817.1998.340195.x.
  22. ^ Ла Барре, Стефан; Потин, Филипп; Леблан, Катрин; Делаж, Людовик (2010). «Галогенизированный метаболизм бурых водорослей (Phaeophyta), его биологическое значение и значение для окружающей среды». Морские препараты. 8 (4): 988–1010. Дои:10.3390 / md8040988. ЧВК  2866472. PMID  20479964.
  23. ^ Ён Мин Хам, Чон Сок Байк, Джин Вон Хён и Нам Хо Ли, Bull. 2007 г. Выделение нового флоротаннина, фукодифлорэтола G, из бурой водоросли Эклония кава В архиве 2012-04-25 в Wayback Machine. Korean Chem. Soc. 28(9): 1595.
  24. ^ Луна, Чанджонг; Ким, Сон Хо; Ким, Чон-Чун; Вон Хён, Джин; Хо Ли, Нам; Ву Пак, Джэ; Шин, Таэкюн (2008). «Защитное действие компонентов флоротанина флороглюцина и экола на радиационное поражение кишечника у мышей». Фитотерапевтические исследования. 22 (2): 238–242. Дои:10.1002 / ptr.2298. PMID  17886227.
  25. ^ Сагиура, Йошимаса; Мацуда, Коджи; Ямада, Ясухиро; Нисикава, Масаси; Шойя, Кадзуфуми; Кацудзаки, Хиротака; Имаи, Кунио; Амано, Хидеоми (2006). «Выделение нового антиаллергического флоротанина, флорофукофуроеккола-B, из съедобной бурой водоросли, Eisenia arborea". Biosci. Biotechnol. Биохим. 70 (11): 2807–11. Дои:10.1271 / bbb.60417. PMID  17090915. S2CID  12528644.
  26. ^ Макиннес А.Г. (1984). «Высокомолекулярные танины из бурых водорослей на основе флороглюцина: структурные варианты». Гидробиология. 116–117: 597–602. Дои:10.1007 / BF00027755. S2CID  35724927.
  27. ^ Schoenwaelder, Моника Э. А. (2002). «Возникновение и клеточное значение Physodes в бурых водорослях». Phycologia. 41 (2): 125–139. Дои:10.2216 / i0031-8884-41-2-125.1. S2CID  86505836.
  28. ^ Койвикко, Риитта; Лопонен, Юрки; Хонканен, Туйя; Йормалайнен, Вейо (2005). «Содержание растворимых, связанных с клеточными стенками и выделяемых флоротаннинов в бурой водоросли Fucus vesiculosus, с последствиями для их экологических функций». Журнал химической экологии. 31 (1): 195–212. CiteSeerX  10.1.1.320.5895. Дои:10.1007 / s10886-005-0984-2. PMID  15839490. S2CID  1540749.
  29. ^ Павия, Хенрик; Тот, Гунилла Б. (2000). «Влияние света и азота на содержание флоротанина в бурых водорослях Ascophyllum nodosum и Fucus vesiculosus». Гидробиология. 440 (1–3): 299–305. Дои:10.1023 / А: 1004152001370. S2CID  15432634.
  30. ^ Хаммерстром, Камилл; Dethier, Megan N .; Даггинс, Дэвид О. (1998). «Быстрая индукция и расслабление флоротанина в пяти вашингтонских водорослях» (PDF). Mar. Ecol. Прог. Сер. 165: 293–305. Дои:10,3354 / meps165293.
  31. ^ Amsler, C.D .; Fairhead, В.А. (2006). «Защитная и сенсорная химическая экология бурых водорослей». Adv. Бот. Res. 43: 1–91.
  32. ^ Дело, Майкл С. (2003). «Галактолипиды, а не флоротаннины в качестве сдерживающих факторов для травоядных у бурых водорослей Fucus vesiculosus». Oecologia. 136 (1): 107–114. Дои:10.1007 / s00442-003-1242-3. PMID  12684854. S2CID  5821145.
  33. ^ Павия, H .; Cervin, G .; Lindgren, A .; Аберг, Пер (1997). «Воздействие УФ-В излучения и имитации травоядных на флоротанины бурой водоросли Ascophyllum nodosum». Серия "Прогресс морской экологии". 157: 139–146. Дои:10,3354 / meps157139.
  34. ^ Павия, Хенрик; Тот, Гунилла Б. (2000). «Влияние света и азота на содержание флоротанина в бурых водорослях. Аскофиллум узловатый и Fucus vesiculosus ». Гидробиология. 440: 299–305. Дои:10.1023 / А: 1004152001370. S2CID  15432634.
  35. ^ а б Гомес, Иван; Хуовинен, Пирджо (2010). «Индукция флортанинов во время воздействия ультрафиолета снижает ингибирование фотосинтеза и повреждение ДНК в водорослях Lessonia nigrescens». Фотохимия и фотобиология. 86 (5): 1056–63. Дои:10.1111 / j.1751-1097.2010.00786.x. PMID  20670358.
  36. ^ а б Свонсон, Эндрю К; Дрюль, Луи Д. (2002). «Индукция, экссудация и УФ-защитная роль флортанинов ламинарии». Водная ботаника. 73 (3): 241. Дои:10.1016 / S0304-3770 (02) 00035-9.
  37. ^ Раган, Марк А; Смидсред, Олав; Ларсен, Бьёрн (1979). «Хелатирование ионов двухвалентных металлов полифенолами бурых водорослей». Морская химия. 7 (3): 265. Дои:10.1016/0304-4203(79)90043-4.
  38. ^ Хуовинен, Пирджо; Леал, Пабло; Гомес, Иван (2010). «Взаимодействующие эффекты меди, азота и ультрафиолетового излучения на физиологию трех водорослей южной части Тихого океана». Морские и пресноводные исследования. 61 (3): 330. Дои:10.1071 / MF09054. HDL:10533/141734.
  39. ^ Тот, G; Павия, H (2000). «Отсутствие индукции флоротаннина в бурых морских водорослях Ascophyllum nodosum в ответ на повышенные концентрации меди». Серия "Прогресс морской экологии". 192: 119–126. Дои:10,3354 / meps192119. ИНИСТ:1367809.
  40. ^ Нагаяма, Коки; Шибата, Тошиюки; Фудзимото, Кен; Хондзё, Тунео; Накамура, Такаши (2003). «Альгицидный эффект флоротанинов бурой водоросли Ecklonia kurome на микроводоросли красного прилива». Аквакультура. 218 (1–4): 601. Дои:10.1016 / S0044-8486 (02) 00255-7.
  41. ^ а б Гупта, Шилпи; Абу-Ганнам, Ниссрин (2011). «Биоактивный потенциал и возможные последствия для здоровья съедобных бурых водорослей». Тенденции в пищевой науке и технологиях. 22 (6): 315. CiteSeerX  10.1.1.465.6140. Дои:10.1016 / j.tifs.2011.03.011.
  42. ^ Ли, Юн-Синь; Виджесекара, Исуру; Ли, Юн; Ким, Се-Квон (2011). «Флоротанины как биоактивные вещества из бурых водорослей». Биохимия процесса. 46 (12): 2219. Дои:10.1016 / j.procbio.2011.09.015.
  43. ^ Сагиура, Йошимаса; Усуи, Масакацу; Кацудзаки, Хиротака; Имаи, Кунио; Какинума, Макото; Амано, Хидеоми; Мията, Масааки (2018). "Перорально вводили флоротанины из Eisenia arborea Подавление высвобождения химического медиатора и передачи сигналов циклооксигеназы-2 для облегчения опухания ушей мыши ». Морские препараты. 16 (8): 267. Дои:10.3390 / md16080267. ЧВК  6117712. PMID  30072652.

внешняя ссылка