Азарко І. І., Карпович І. А., Кукулянская Т. А., Лукін В. Н., Оджа В. Б., Зуєва О. Ю * Білоруський державний університет, пр. Ф. Скорини, 4, Мінськ 220050, Білорусь тел.: +375-17-2095109, e-mail: azarko@bsu.by * Центр “Біоінженерія” РАН, Москва, Росія

Анотація Представлені результати поведінки спінової системи меланінових пігментів і хітінмеланінових комплексів при зміні потужності СВЧізлученія. Розглянуто можливість видалення меланиновой компоненти з меланін-хітинових комплексів. Аналізується ефективність НВЧ-діагностики вільнорадикальної системи полімерів. Показана перспективність подальшого дослідження антиоксидантної дії меланінів, хітин-меланінових комплексів, і виявлення їх функціональних особливостей.

I. Вступ

В даний час в якості профілактичних та лікарських засобів, а також харчових і біологічно активних добавок широко застосовуються різні біологічно активні природні полімери полісахариди і конденсовані феноли. Серед них особливе місце займають хітин (полімер ацетилглюкозамін) і його деацетілдірованное похідне хітозан. Одним з ефективних природних джерел отримання хітину є відходи бджільництва, однак, при цьому кінцевий продукт являє собою комплексну субстанцію з меланіном гетерополімери фенольної природи. Спектри біологічних і фармакологічних активностей меланінових пігментів і хітин-хитозана багато в чому збігаються, зокрема, здатність сорбувати важкі метали, холестерин, антибіотики і ксенобіотики. Однак, меланіни, завдяки своєму стійкому свободнорадикальному Станом мають ряд індивідуальних особливостей фотопротекторним, антиоксидантну, генопротекторним, антимутагенний і антиканцерогенною дією. Ймовірно, що фармакологічна дія комплексної меланін-хітиновою субстанції буде визначатися властивостями цих різних за структурою полімерів. Тому видається актуальним дослідження вільнорадикального стану меланінових пігментів в комплексах з хітином, для проведення якого найбільш еффетівнее застосування методів НВЧ-діагностики.

II. Методика експерименту

Для дослідження були взяті меланіновий пігменти різного ступеня біологічної активності, докладно описані в [1], а також хітин-меланіновий комплекси, виділені з підмору бджіл шляхом лужної екстракції (10% NaOH) при 100 ° С і 50 ° С, а також шляхом водної екстракції при кип’ятінні (час екстракції 2:00). Їх антиокислювальна дію було досліджено в модельній системі індукованого перекисного окиснення ліпідів.

Дослідження методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) проводилися на стаціонарному спектрометрі в Х-діапазоні (9.3 ГГц). Відпал зразків здійснювався безпосередньо в резонаторі СВЧ в інтервалі температур 20-250 ° С. Була проведена термогравіометрія (0-900 ° С, швидкість нагріву 5 ° С в хвилину) і диференційна скануюча колориметрия в діапазоні 0-550 ° С, в якій визначалося кількість тепла, поглиненого або виділеного в результаті хімічних і фізичних змін в полімері. Аналіз елементного складу дозволив отримати інформацію про відмінності полімерів меланіну і хітин-меланінових комплексів, в залежності від способу їх отримання.

III. Результати та обговорення

Дослідження термічних властивостей і, зокрема, механізмів їх термічної деструкції допомагають більш точно встановити молекулярну структуру полімерів, наприклад послідовність розташування мономерів, бічних груп ланцюга і поперечних зв’язків між ланцюгами [2]. Органічні полімери характеризуються відносно невеликий термічної стійкістю і піддаються термічній деструкції при 250-500 ° С (в залежності від їх природи). Термодеструкція може призводити до утворення низькомолекулярних продуктів або до появи поперечних зв’язків між макромолекулами.

Аналіз даних термічного розкладання досліджених зразків показав, що деструкція меланінових пігментів, незалежно від способу виділення, відбувається у дві стадії. Найбільша втрата маси відбувається при температурі 310-350 ° С, найбільша зміна вільної енергії системи спостерігається також в цьому температурному інтервалі. Хітінмеланіновие комплекси характеризувалися більш складним характером термічного розкладання. Втрата маси проходила як мінімум в три стадії. Найбільш висока швидкість цих процесів спостерігалася при 280-310 ° С і при 450-520 ° С. Максимальна зміна вільної енергії відбувалося при температурі 510-530 ° С, а також при 320-340 ° С.

Меланіновий пігменти, незалежно від свого походження і структурних особливостей, характеризуються стабільним парамагнітним поглинанням близьким за своїм якісним характеристикам до поглинання вільного електрона [3]. Це є показником присутності в меланіну структур з неспареними вільними електронами. У досліджених нами зразках було зареєстровано декілька ЕПР-сигналів. Поряд з найбільш інтенсивним центральним ідентифікаційним сигналом ЕПР бензосеміхінонной природи з д-фактором 2,003-2,004, шириною лінії АН = 4-6 Гс і концентрацією парамагнітних центрів (ПМЦ) 1017-1018спин / г, були зареєстровані додаткові широкі сигнали ЕПР з низькою інтенсивністю і д-фактором 2,04. Найбільш виражений цей сигнал був у зразках хітин-меланінових комплексів.

За кривим насичення сигналів ЕПР зразків меланінів, знятих при кімнатній температурі вимірювання і при температурі 240 ° С були оцінені часи спін-граткової релаксації і обмінного взаємодії ПЦ. Кінетика спаду амплітуди сигналу при підвищеної потужності свідчила

про неоднорідному характері розширення сигналу ЕПР меланінових пігментів, що також свідчить

про присутність в полімерах різних вільнорадикальних структур.

При відпалі меланінових пігментів якісні парамагнітні характеристики не зазнавали значних змін. Величина g-фактора і форма лінії не змінювалися. Інтенсивність сигналів збільшувалася по логарифмическому закону аж до 240 ° С. Відпал зразків при Т отж > 250 ° С призводив до руйнування меланиновой структури з утворенням чисто вуглецевих полісопряженних включень, про що свідчило зменшення величини g-фактора до 2,0027. Ізотермічний відпал при температурі 250 ° С протягом 1300 хвилин викликав збільшення інтенсивності сигналу при збереженні ширини лінії так, що концентрація парамагнітних центрів з g = 2,0036 зросла приблизно на два порядки.

Для меланінових пігментів вміст азоту, отримане з аналізу елементного складу, свідчить про включення в полімер азотовмісних гетероциклічних структур. В хітин-меланінових комплексах наявність азоту, в першу чергу, визначається вмістом хітину амінополісахарид. Виявлене значне зменшення процентного вмісту азоту при отриманні полімерних комплексів в більш жорстких умовах, пов’язується нами з більш повним видаленням меланінів.

Сталий вільнорадикальне стан меланінових пігментів, з наявністю феноксільних або семіхинони радикалів, забезпечує їм високу реакційну здатність і антиоксидантну активність. Всі компоненти цієї системи здатні надавати більш-менш значний хімічний і, отже, і біохімічний ефект.

IV. Висновок

Вили вивчені деякі фізико-хімічні характеристики меланінових пігментів і хітінмеланінових комплексів та їх антиоксидантну дію в системі індукованого перекисного окиснення ліпідів. Переважною структурною одиницею є радикал бензо-семіхинони природи. Характер термічного розкладання меланінів та їх комплексів з хітином свідчить про різних температурних оптимумах втрати маси полімерами. Найбільш повне видалення меланиновой компоненти з меланін-хітинових комплексів відбувається при гідролізі в 10% NaOH при 100 ° С. Меланіни, отримані в даних умовах, відрізняються найбільшою антиоксидантної ефективністю, а хітінмеланіновие найменшою. Видається актуальним подальше дослідження антиоксидантної дії меланінів, хітин-меланінових комплексів, а також хітозану і виявлення функціональних особливостей цих полімерів.

V. Список літератури

[1] Азарко І. І., Карпович І. А. Кукулянская та ін –

В кн.: 11-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо’2001). Матеріали конференції [Севастополь, 10-14 вересня 2001 р.]. – Севастополь: Вебер,

2001, с. 95-96. ISBN 966-7968-00-6,

IEEE Cat. Number 01 ЕХ487.

[1]    Оджа В. Б., Козлов І. П., Попок В. Н.,

Свиридов Д. В. Іонна імплантація полімерів. Мінськ: Изд-во БГУ, 1998. 197 с.

[2] Кукулянская Т. А., Курченко Н. В., Курченко В. П., Бабицька В. Г. II Прикладна біохімія та мікробіологія. 2002. Т.38, № 1. С. 68-72.

SHF STUDY OF FREE RADICAL STATE OF MELANIN IN BIOPOLYMERS

Azarko I. I., Karpovich I. A., Kukulyanskaya T. A., Lukin V. N., Odzhaev V. B., Zuyeva O. U.* Belarussian State University 4 Prospekt F. Skoriny, Minsk, Belarus, 220050 *’Bioengineering’ Center, Russian Academy of Sciences,

Moscow, Russia e-mail: azarko@bsu.by

Abstract The results of investigating the behaviour of melanin pigment system and chitin-melanin complexes under the SHF influence are presented. The possibility of removing the melanin component from the chitin-melanin complexes was studied. The analysis of the efficiency of SHF diagnostics for free radical polymer systems is given. The feasibility of further studying antioxygenic action of melanin and chitin-melanin complexes is shown.

I.  Introduction

Nowadays numerous bioactive natural polymers, such as polysaccharides and condensed phenols, are widely used as preventives, medication, food and bioactive additives. Of particular value in this list of polymers are chitin and chitosan. One of the most efficient natural sources of chitin is the apicultural waste, although the end-product is a mixture of chitin and melanins. These polymers display different properties due to varieties in structure. It is therefore important to study the free radical state of melanin pigments in the chitin-melanin complexes. The SHF method represents the most efficient technique for this purpose.

II.  Experiment

Melanin pigments of different bioactivity, as well as chitinmelanin complexes were selected for the investigation. Their antioxygenic action was examined within the model system of lipid peroxidation. EPR measurements were carried out using the Varian E112 X-band spectrometer over the 20-250°C temperature range. Concentration of paramagnetic centres and gvalues were calculated using the basic standards. The samples annealing was carried out directly in the SHF-resonator. The elemental analysis provided the information about the differences between the polymers in melanin and chitin-melanin complexes depending on their production process.

III.  Results and Discussion

The presence of several EPR signals (unlike a single one typical for pure melanins examined earlier) was observed in the studied polymers. Measurements of EPR parameters depending on modulation frequencies of magnetic fields and the power of SHF signals allowed for the information about spin-spin and spin-lattice times of relaxation to be obtained for melanins of different origin.

IV.  Conclusion

The chitin-melanin complexes under review possess the lowest antioxygenic efficiency, while the melanins the highest one. Studies of the antioxygenic properties of melanins, chitinmelanin complexes and chitosan should continue in order to reveal the functional peculiarities of these polymers.

Анотація Для хвилеводу поперечного перерізу axb отримана аналітична залежність хвильового опору Zg хвилі Н10 від аргументів Ь / a і а / Л. Для заданого значення а / Х функцію Zg(B / a) можна апроксимувати функцією A (b / a) ZcVi(B / a), де постійна А приймає значення від 0,5 до 2 в робочому діапазоні хвилеводу (0,55 <