сульфатированных полисахаридов бурых водорослей

Cтруктурный анализ фукоиданов –
сульфатированных полисахаридов
бурых водорослей
O
Me
O
2-сульфат
OSO 3-
- O SO O
3
4-сульфат
Me
O
- O SO O
3
Me
O
O
(13)-связь
OH
OH
O
Me
OH
OSO 3-
- O SO O
3
Me
O
OSO 3-
O OH
(14)-связь
O
Me
OH
O
O
OH
- O SO O
3
2,3-разветвление
Me
OH
3,4-разветвление
Бурые водоросли содержат фукоиданы, сложные полисахариды, построенные преимущественно из
сульфатированных остатков α-L-фукозы. Эти полисахариды способны вмешиваться в
специфические углевод-белковые реакции, лежащие в основе взаимодействий клеток друг с
другом
и
с
компонентами
среды,
и
проявляют
поэтому
антикоагулянтные,
противовоспалительные, противоопухолевые, противовирусные свойства и ряд других важных в
практическом отношении видов биологической активности. Задачей данной работы было
выделение и сравнительное изучение химического строения фукоиданов, содержащихся в разных
видах бурых водорослей, для последующей корреляции их структуры с биологическими
свойствами.
Бурые водоросли – обширная группа крупных
морских растений (более 1000 видов,
разделенные на несколько порядков). Многие
виды, доступные в больших количествах из
природных популяций или культивируемые на
морских плантациях, используются в пищу
или служат сырьем для получения альгиновых
кислот.
-
O
Me
O
CH3
OH
O
5A
n
O
Me
6B
6A
OSO3-
A
3SO
O
Me
Methanol
O
O
-O
OSO3-
B
O
CH3
O R1
R1
O
R2
A
1B
O
Me
2A
2B
4A
O
3A
R2
Fucf-6C
CH3CO
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
-
B
R1= ~ 45% OAc,
~ 55% OH
R2= ~ 61.5% OSO3 ,
OSO3-
A
~ 27% OAc,
~ 11.5% OH
CH3CO
170
OSO3-
OSO3-
3B
5B
4B
1A
-
SO 3
SO 3
SO 3



2
2
2
3) -a-L-Fuc p-(1 4) -a-L -Fuc p-(1  ........ 3) -a-L-Fuc p-(1 4) -a-L-Fuc p-(1 
|
|
a-L-Fuc p-(1 4) -a-L-Fuc p-(1 3) -a-L-Fuc p-(1 4)
4
2
2
↑ ↑ ↑ SO 3
SO 3
SO 3
OSO3-
B
20
ppm
Фукоидан из Fucus evanescens имеет такую же линейную
структуру из чередующихся 3- и 4-связанных остатков
фукозы, но распределение неуглеводных заместителей
носит нерегулярный характер. Спектры ЯМР нативного
полисахарида сложны и не поддаются интерпретации [2].
Полисахарид из Fucus distichus – пока единственный пример
фукоидана, имеющего регулярную структуру. Его молекулы
построены из чередующихся остатков 3-связанного 2,4дисульфата (А) и 4-связанного 2-сульфата (В) фукозы.
Строение было установлено по спектрам ЯМР [1].
Десульфатированный фукоидан:
3)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(1
2
4
4
4
↑
↑
↑
↑
Fuc
Fuc
Fuc
Fuc
Фукоидан из Fucus serratus имеет еще более сложную
структуру: к типичной для фукусовых водорослей
центральной цепи из чередующихся 3- и 4-связанных
остатков фукозы присоединены боковые ответвления в виде
сульфатированных трисахаридных остатков [3].
a-D-GlcAp-(12)
a-L-Fucf-(14)-a-D-GlcAp-(12)
|
|
|
|
3)-a-L-Fucp-(13)-a-L-Fucp-(13)-a-L-Fucp-(13)-a-L-Fucp-(13)-a-L-Fucp-(1
|
|
a-L-Fucf-(12)-a-L-Fucf-(14)-a-D-GlcAp-(12)
Нативный фукоидан:
H3C
-
-
-
HOOC
OH
O
H3C
OH
O
O
HO
O
-
4SO3
2SO3
2SO3
2SO3
3)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(13)Fuc(1
2
4
4
4
↑
↑
↑
↑
Fuc
Fuc
Fuc
Fuc
2,4SO3
2,3SO3
2,4SO3
OH
HO
O
HO
HO
В отличие от фукусовых, бурые водоросли других порядков
содержат фукоиданы с центральной цепью, построенной
только из 3-связанных остатков фукозы. В полисахариде из
Chorda filum ответвления в виде единичных остатков
фукозы в положении 2 приходятся на каждый пятый остаток
главной цепи [4].
O
H3C
4-ñóë üô àòû
-
2-ñóë üô àò
O
O3SO
O
H3C
-
OSO3-
Построенный по тому же типу фукоидан из Analipus japonicus
имеет более высокую разветвленность, причем большинство
боковых остатков занимают положения 4 главной цепи [5].
% адгезии лейкоцитов к Р-селектину
OH
100O
A
1,3-ñâÿçü
O3SO
50O
H 3C
O
OH
-
O
H3C
-
O
O3SO
Контроль L.s. L.d. C.o. F.e. F.v. F.se. F.d. F.s. A.n. WAPS
O
O3SO
OH
O
OH
Боковые ответвления в фукоидане из Chordaria
flagelliformis имеют необычное строение: к главной цепи
присоединены остатки α-D-глюкуроновой кислоты,
которые в свою очередь замещены крайне редко
встречающимися в биогликанах остатками фукофуранозы в
виде единичных или димерных звеньев [6].
H 3C
% агрегации тромбоцитов
100-
B
OSO3-
2,3-ðàçâåòâë åí è å
50-
21
→2)-α-D-Man-(1→4)-β-D-GlcA-(1→2)-α-D-Man-(1→4)-β-D-GlcA-(1→2)-α-D-Man-(1→
3
↑
α-L-Fuc
A
→3)-β-D-GlcA-(1→3)-β-D-GlcA-(1→3)-β-D-GlcA-(1→3)-β-D-GlcA-(1→3)-β-D-GlcA-(1→
4
↑
α-L-Fuc
B
→6)-β-D-Gal-(1→6)-β-D-Gal-(1→...6)-β-D-Gal-(1→6)-β-D-Gal-(1→…6)-β-D-Gal-(1→
4
4
4
↑
↑
↑
→6)-β-D-Gal-(1→6)-β-D-Gal
β-D-Gal
β-D-Gal
4
3
↑
↑
β-D-Gal
α-L-Fuc
C
Главный компонент фукоидана из Laminaria saccharina
аналогичен полисахариду из Chorda filum [7], но водоросль
дополнительно содержит необычные гликаны (структуры А,
В и С), в которых сульфатированные остатки фукозы
находятся только в боковых ответвлениях, а главные цепи
построены из других моносахаридов.
0
Контроль L.s. L.d. C.o. F.e. F.v. F.se. F.d. F.s. A.n. Гепарин
100-
% адгезии клеток рака молочной
железы к тромбоцитам
C
50-
Контроль L.s. L.d. C.o. F.e. F.v. F.se. F.d. F.s. A.n. Гепарин
L.s. - Laminaria saccharina
L.d. - Laminaria digitata
C.o. - Cladosiphon okamuranus
F.e. - Fucus evanescens
F.v. -Fucus vesiculosus
F.se. - Fucus serratus
F.d. - Fucus distichus
F.s. - Fucus spiralis
A.n. - Ascophyllum nodosum
Проведенное исследование показало,
что разные виды бурых водорослей
содержат фукоиданы, существенно
различающиеся
по
химическому
строению.
Определение противовоспалительного
(А),
антикоагулянтного
(В)
и
противоопухолевого
(С)
действия
фукоиданов свидетельствует, что эти
виды активности связаны с различными
участками молекул полисахаридов.
Биологические свойства мало зависят от
строения главной цепи фукоидана и
определяются, по-видимому, главным
образом структурой боковых цепей и
расположением сульфатных групп [8].
Основные публикации авторов по теме:
1. M.I.Bilan et al. Carbohydrate Research 339 (2004) 511-517.
2. M.I.Bilan et al. Carbohydrate Research 337 (2002) 719-730.
3. M.I.Bilan et al., Carbohydrate Research 341 (2006) 238-245.
4. A.O.Chizhov et al. Carbohydrate Research, 320 (1999) 108-119.
5. М.И.Билан и др., Биоорган.химия 33 (2007) 44-53.
6. M.I.Bilan et al., Carbohydrate Research 343 (2008) 2605-2612.
7. А.И.Усов и др. Биоорган.химия 24 (1998) 437-445.
8. A.Cumashi et al., Glycobiology 17 (2007) 541-552.
Лаборатория № 41
Зав. лабораторией проф. А.И.Усов. Ответственный исполнитель снс М.И.Билан