МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра фармацевтической химии и технологии Реферативная работа Гиалуроновая кислота, камеди, гуммиарабик, трагакант. Получение, свойства, применение Исполнитель: студентка 4 курса 4 группы Волкова П. С Руководитель: асс. Добрина Ю. В. Воронеж 2021 Содержание Введение……………………………………………………………………………3 Основная часть……………………………………………………………………..4 1. Гиалуроновая кислота…………………………………………………………..4 2. Камеди…………………………………………………………………………...11 3. Трагакант………………………………………………………………………..13 4. Гуммиарабик……………………………………………………………………15 Список литературы………………………………………………………………..17 2 Введение В настоящее время полимеры используются практически во всех областях производства. Свойства полимеров во многом обусловлены не только молекулярной массой, но и химическим составом звеньев, пространственной конфигурацией молекул, степенью разветвленности молекул, типом связей между молекулами, способом производства полимера. В зависимости от всех этих параметров свойства полимеров могут различаться очень сильно. 3 1. Гиалуроновая кислота Гиалуроновая кислота — несульфированный гликозаминогликан, входящий в состав соединительной, эпителиальной и нервной тканей. Является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса, содержится во многих биологических жидкостях. Структура Химическая структура гиалуроновой кислоты была установлена в 1950х годах в Германии в лаборатории Карла Мейера. Гиалуроновая кислота представляет собой полимер, состоящий из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамина, соединённых поочерёдно β-1,4- и β-1,3- гликозидными связями. Молекула гиалуроновой кислоты может содержать до 25 000 таких дисахаридных звеньев. Природная гиалуроновая кислота имеет молекулярную массу от 5000 до 20 000 000 а. е. м.. Средняя молекулярная масса полимера, содержащегося в синовиальной жидкости у человека составляет 3 140 000 а. е. м. Молекула гиалуроновой кислоты является энергетически стабильной в частности благодаря стереохимии составляющих её дисахаридов. Объёмные заместители пиранозного кольца находятся в стерически выгодных положениях, в то время как меньшие по размеру атомы водорода занимают менее выгодные аксиальные позиции. Биосинтез Гиалуроновая кислота синтезируется классом встроенных мембранных белков, называющихся гиалуронат-синтетазами. В организмах позвоночных содержатся три типа гиалуронат-синтетаз. Эти ферменты удлиняют молекулу гиалуроновой кислоты, поочерёдно присоединяя к исходному полисахариду глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин. 4 Гиалуроновая кислота в тканях млекопитающих Гиалуронат – основной компонент межклеточного матрикса различных тканей млекопитающих, однако распределен неравномерно. Максимальная концентрация содержания гиалуроновой кислоты в теле человека наблюдается в синовиальной жидкости, стекловидном теле глаза и коже. В коже глюкозоаминогликан содержится в интерстициальном пространстве и выполняет ряд функций: удерживает воду, тем самым поддерживает естественную эластичность и объём кожи, что так важно при воспалительных реакциях; участвует в процессах пролиферации и дифференциации кератиноцитов и иммунокомпетентных клеток, тем самым играет роль в поддержании нормального процесса роста и регенерации кожных покровов и осуществлении местного иммунитета укрепляет волокна коллагена; служит естественным барьером, защищающим от действия свободных радикалов, болезнетворных агентов и химических веществ. При недостатке естественной гиалуроновой кислоты, например, при старении или заболеваниях кожи, развиваются дегенеративные нарушения. В хрящевой ткани ГК выполняет функцию структурного элемента матрикса, необходимого для связывания и удержания хондроитинсульфатпротеогликана для укрепления коллагенового каркаса хряща. В синовиальной жидкости гиалуронат обеспечивает смазку для подвижных частей сустава, уменьшая их износ. При воспалительных заболеваниях суставов (артритах), снижается количество гиалуроновой кислоты, уменьшается вязкость синовиальной жидкости, что ведет к ухудшению движения. Также гиалуроновая кислота играет важную роль в эмбриогенезе, является передатчиком сигналов клеточной подвижности. 5 Получение Все известные способы получения гиалуроновой кислоты можно разделить на две группы: физико-химический метод, который заключается в экстрагировании гиалуроната из тканей животного сырья млекопитающих, других позвоночных животных и птиц; и микробный метод получения ГК на основе бактерий-продуцентов. 1. Физико-химический способ: экстракция из животного сырья В различных тканях гиалуронат может находиться в комплексах с белками и родственными полисахаридами, что затрудняет его очистку с последующим выделением. При выделении биополимера прибегают к различным приёмам: гомогенизация, экстракция, фракционное осаждение. Любая процедура выделения гиалуронана включает предварительное разрушение органов и тканей, содержащих биополимер, и белково-углеводных комплексов. Разрушение достигается посредством методов измельчения и гомогенизации. После полученный гомогенат подвергают экстракции с использованием водно-органических растворителей. Ковалентно-связанные примеси пептидов удаляют методом ферментативного протеолиза, посредством обработки протеазами (папаином) или химической денатурацией. Следующий этап — это адсорбция на активированном угле, посредством электродиализа. От примесей мукополисахаридов биополимер очищают посредством ионообменной хроматографии. Наибольшее распространение, в силу доступности сырья и высокого содержания биополимера, получил метод выделения гиалуроновой кислоты из петушиных гребней. Экстракция производится смесью ацетона с хлороформом (удаление белка), водой, либо водно-спиртовой смесью (пропионовый, третбутиловый спирты) с последующей сорбцией на активированном угле, посредством электрофореза или на ионообменной смоле. 6 2. Микробный синтез, продуценты гиалуроновой кислоты Экономически более выгодным является метод микробного синтеза гиалуроновой кислоты на основе бактериальных штаммов-продуцентов. Такой синтез, при введении его в масштабы производства, будет иметь меньше издержек, таких как затраты на животное сырье и зависимость от сезонных поставок. Производство гиалуроната на основе микробного синтеза позволит получить продукт высокой степени очистки, не содержащий примесей, а, следовательно, имеющий низкую аллергенность. С момента открытия способности бактерий к синтезу гиалуроновой кислоты, постоянно ведутся исследования возможности получения искомого полимера биотехнологическим путем, т. е. путем культивирования бактерийпродуцентов на питательных средах определенного состава в строго заданных условиях с последующим выделением целевого продукта. К продуцентам гиалуронана можно отнести капсулообразующие бактерии родов Streptococcus и Pasteurella. Применение К важнейшим сферам ее применения относятся: Предотвращение образования рубцов в результате хирургических операций. Помощь при заживлении ран. Лечение остеоартроза коленного сустава и ревматоидного артрита. Лечение катаракты. Использование в качестве компонента лекарственных средств. ГК помогает в «транспортировке» активных веществ при нестандартных способах введения, включая офтальмологический, назальный, легочный, парентеральный и местный. 7 1. Гиалуроновая кислота в медицине Гиалуроновая кислота обладает антимикробным и регенерирующим действиями, поэтому на основе ее разработаны препараты для эффективной терапии поражений кожи. Созданные изначально как препараты против ожогов, данная группа активно применяется при терапии трофических нарушений кожного эпителия посттромботического генеза. Доказано, что низкомолекулярная гиалуроновая кислота (менее 10 кДа) оказывает ангиогенное действие, тем самым снижая образование спаек и разрастание соединительной ткани, так же улучшает микроциркуляцию и снижает эффекты воспаления. Гиалуронат имеет свойства повышать активность интерферона, тем самым проявляя выраженное противовирусное действие. Была доказана высокая активность препаратов на основе гиалуроновой кислоты в отношении вируса герпеса и некоторых других. По данным некоторых источников высокомолекулярная гиалуроновая кислота является пролонгатором действия других БАВ, растворенных в ней. Лекарственные вещества, за счет высокой вязкости гиалуроната, выделяются в ткани в течение длительного времени. Создается так называемое депо, из которого БАВ постепенно диффундирует в среду организма. Это позволяет увеличить терапевтическую широту, потенцировать в некоторых случаях фармакологический эффект, снизить побочные эффекты, а также расширить возможности применения других лекарственных веществ (стероидных препаратов, антибиотиков, пептидов, НПВС и т.д.) в комбинации с гиалуроновой кислотой. Широко применение гиалуроната в хирургии: Офтальмологическая хирургия - гиалуронат натрия используется в качестве репаративного средства при оперативных вмешательствах на эндотелиальном слое роговицы (удаление катаракты). 8 Хирургическая травматология - при хирургических операциях с обширным сечением хрящевой ткани и осложненных артритах используется в качестве регенерирующего, противовоспалительного и анальгезирующего средства. 2. Гиалуроновая кислота в косметологии Способность задерживать в межклеточном пространстве воду является основой механизма коррекции возрастных деформаций кожи. На данный момент в косметологической практике стали весьма популярны инъекции 13% водного раствора гиалуроновой кислоты для внутри- или подкожного введения. Введение гиалуроновой кислоты в эпителий в виде водного геля повышает эластичность и упругость тканей, тем самым придавая коже прежние качества. Однако широчайшее применение высокомолекулярный гиалуронат получил при изготовлении различных комбинированных кремов и гелей для наружного применения. Поскольку Гиалуроновая Кислота нестабильна в форме кислоты, ее обычно получают и очищают как натриевую соль (Гиалуронат Натрия). В Южной Корее налажено производство гиалуроновой кислоты для косметических нужд биотехнологическим методом, то есть выведен высокопродуктивный штамм молочных бактерий, синтезирующих гиалуронат натрия. Соль гиалуроновой кислоты имеет ряд преимуществ. Главное отличие – в его молекулярном размере. В процессе создания гиалуроната натрия, его молекулярный вес уменьшается за счет удаления липидов и нуклеиновых кислот, что делает молекулу намного меньше, чем у гиалуроновой кислоты. Это означает, что при местном применении, молекулы гиалуроната натрия легче проникают в кожу. Низкомолекулярный Гиалуронат Натрия не способен с тем же результатом притягивать молекулы воду как высокомолекулярная Гиалуроновая Кислота, но если его достаточное количество - даже 0.1% - препарат обладает ярко выраженным эффектом. 9 Наиболее успешным применением гиалуроновой кислоты считается введение в дерму кожи инвазивно. Гиалуроновая кислота обладает свойствами, которые делают ее крайне подходящей для использования в качестве дермального филлера: она способна связывать большое количество воды, присутствует в коже в естественных условиях и не склонна вызывать нежелательные реакции. 10 Камеди Камедь экссудатов — высокомолекулярный (флоэмного сока, выпотов), углевод, главный выделяемых компонент растениями при механических повреждениях коры или заболеваниях. Виды камеди Камеди представляют собой растворимые в воде или набухающие в ней полимеры моносахаридов — глюкозы, галактозы, арабинозы, рамнозы, полисахариды культуральной уроновых микроорганизмов жидкости кислот. — в К камедям частности, производные, относят также накапливаемые получаемые в модификацией полисахаридов природного происхождения (например, целлюлозы, крахмала). Камеди могут быть классифицированы по источнику получения. При этом они могут быть полиэлектролитами или незаряженными соединениями. Многие камеди используются как пищевые добавки (имеют E-код): Камеди, добываемые из наземных растений: Полиэлектролиты: 1)Гуммиарабик (E414) — из сока акации 2)Гуммигати — из сока деревьев рода 3)Трагакант (E413) — из сока кустарников рода астрагал 4)Камедь карайи (E416) — из сока деревьев рода стеркулия Незаряженные: 1)Гуаровая камедь (E412) 2)Камедь рожкового дерева (E410) — из семян рожкового дерева 3)Бета-глюкан — из овсяных или ячменных отрубей 4)Даммарская камедь — сок деревьев из семейства диптерокарповые 5)Глюкоманнан (E425) 6)Шелуха семян подорожника (Plantago) 7)Камедь тары (E417) — из семян дерева тара 11 Натуральные камеди, получаемые бактериальной ферментацией: Полиэлектролиты: 1)Геллановая камедь (E418) Незаряженные: 1)Ксантан или ксантановая камедь (E415) Камеди, получаемые из водорослей: Полиэлектролиты: 1)Агар (E406) 2)Альгиновая кислота (E400) и альгинат натрия (E401) 3)Каррагинан (E407) Применение Камеди используют в пищевых добавках, бумажной и других отраслях промышленности в качестве клеев, стабилизаторов эмульсий и суспензий, в качестве растворов высокой вязкости. Как регуляторы вязкости и модификаторы структуры пищевых продуктов обычно подразделяются на загустители и гелеобразователи, однако чёткой границы между ними нет и некоторые камеди используются тем и другим способом. В медицине камеди применяются как слизи, которые уменьшают раздражение, вызываемое некоторыми лекарственными веществами, понижают всасывание, а также для приготовления пилюль и эмульсий. 12 и Трагакант Трагакант — высохшая на воздухе камедь, которая вытекает из трещин или надрезов стеблей или ветвей некоторых растений рода Астрагал, семейства Бобовые (Fabaceae) в результате перерождения клеточных стенок паренхимы сердцевины и сердцевинных лучей. Трагакант состоит из малорастворимого, сильно набухающего в воде бассорина (60—95 %) и водорастворимого арабина (3—10 %), продуктов превращения полисахаридов и образующихся из них камедевых кислот. Стенки клеток сердцевины и сердцевинных лучей (особенно первичных) легко ослизняются; сначала они набухают и сильно утолщаются, причём протоплазма, зёрна крахмала и другие включения клетки не претерпевают существенных изменений. По мере того как этот процесс захватывает всё больший участок тканей, включая прилегающие паренхимные клетки, вся ткань приобретает вид бесструктурной массы. Возрастающее внутреннее давление влечёт образование продольных трещин на поверхности ствола, и когда трещины достигнут сердцевинных лучей, слизь выступает наружу густыми каплями. Повреждения тканей естественные (ветер, глубокие трещины коры и т. п.) и искусственные (обламывание веток, обкусывание при пастьбе, надрезы и уколы при добывании трагаканта) вызывают ускорение и усиление камедетечения. На воздухе слизь быстро застывает. Образование камеди рассматривают как защитную реакцию растения при повреждениях покровных тканей против проникновения инфекции внутрь и как способ накопления и сохранения влаги. Виды астрагала, выделяющие камедь (так называемые «трагакантовые астрагалы»), относятся к подроду Tragacantha. Общее число видов, относимых к трагакантовым астрагалам, — более двухсот; они распространены в Евразии (большей частью в горах Западной и Средней Азии), а также в Северной Африке. 13 Наиболее известные астрагалы-камеденосы, встречающиеся на территории России и сопредельных стран: — Астрагал плотнейший — Астрагал камеденосный — Астрагал густоветвистый При сборе трагаканта делают продольные или поперечные надрезы или уколы, камедь вытекает наружу и затвердевает на воздухе. Вдоль линии надреза выдавливаются новые количества слизистой массы и, застывая, образуют слоистые лентовидные или серповидно-изогнутые белые, просвечивающие полоски (так называемый «листовой трагакант»). Толщина кусочков трагаканта 1—3 мм. При сильном и быстром камедетечении образуются клубнеподобные массы. При естественных повреждениях трагакант затвердевает в разнообразных по форме комках желтоватой или буроватой окраски. Лучшая по качеству смола добывается при помощи надрезов, а не естественным образом. Производство камеди — это очень трудоемкий процесс, который обычно проводят в далеких областях Ирана и Турции. Иран, главный экспортер этой камеди, является лучшим промышленным источником и поставщиком камеди наивысшего качества. В целом считается, что турецкая камедь трагаканта обладает более низким качеством. Применение Трагакант используют в медицине как эмульгатор и как связывающее вещество при производстве таблеток, пилюль и лепёшек; в текстильной промышленности — при ситцепечатании для сгущения красок, для аппретуры шёлковых, кружевных и других тканей; в кондитерском производстве. Низшие сорта употребляют в производстве обуви (проклейка подошв для придания им блеска), спичек, пластмасс, клея, акварельных красок, чернил, карандашей, парфюмерии и т. д. 14 Гуммиарабик Гуммиарабик — твёрдая прозрачная смола, состоящая из высохшего сока различных видов акаций. Гуммиарабик является природным полимером, обладающим хорошим эумльгирующими свойтсвами высококонцентрированных и имеющим растворах, и низкую благодаря чему вязкость он в широко используется в качестве эмульгатора в пищевой и фармацевтической промышленности. использовать без Тем не менее должной натуральный обработки, т. к. гуммиарабик он не нельзя обладает удовлетворительными свойствами. Смола собирается в коммерческих объемах с диких деревьев в основном в Судане (80%) и на всей территории Африки от Сенегала до Сомали, хотя исторически акация произрастала в Аравии и Западной Азии. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E414. Свойства Гуммиарабик (пищевая добавка Е414) - растворимая камедь, твердая прозрачная масса. Иначе эту добавку называют акациевой камедью, потому что добывают ее из деревьев некоторых видов акации (Senegalia senegal, Vachellia seyal), которые можно встретить в Индии, Африке и Австралии. Также, гуммиарабик иногда делают из древесного сока абрикоса или сливы. Смолу счищают с коры деревьев и измельчают до белого порошка. С точки зрения химии, гуммиарабик является сложной смесью из гликопротеинов и полисахаридов. Гуммиарабик молекулярно эластичен, он с легкостью распределяет частички жиров в продуктах, хорошо удерживает влагу, может регулировать точку замерзания. В пищевой промышленности добавка Е414 используется, как текстурант, эмульгатор, плёнкообразователь, пеногаситель и стабилизатор эмульсий. 15 Добавка Е414 отлично растворяется даже в холодной воде, вследствие чего получается клейкий слабокислый раствор. Благодаря этому свойству гуммиарабик долгое время использовался в промышленных целях, для производства клеящих веществ. Но исследования полимеров продолжалось, и продолжала развиваться полимерная промышленность, поэтому гуммиарабик начал утрачивать свое значение в данном использовании. Гуммиарабик состоит в основном из арабина (смесь калиевых, кальциевых и магниевых солей арабиновой кислоты), который при кислотном гидролизе расщепляется на арабинозу, галактозу, рамнозу и глюкуроновую кислоту. Арабин может медленно, но полностью растворяться в двойном количестве холодной воды, образуя слегка желтоватую, прозрачную, густую, клейкую жидкость. При кипячении раствора добавки Е414 в нем образуются различные сахаристые вещества, поэтому сейчас гуммиарабик широко используется в пищевом производстве. В кондитерской и хлебобулочной промышленности добавка Е414 предотвращает засахаривание, образование комков и пены, но при этом полностью сохраняет вкус продукта (например, при производстве печений, конфет, пастилы, глазури и др.). В молочной промышленности эмульгаторе Е414 применяется при изготовлении йогуртов, мороженого, сливок, кремов. Использование гуммиарабика позволяет увеличить объем продукта, приготовить стойкую эмульсию.Также в качестве эмульгатора, гуммиарабик используется в производстве газированных алкогольных и безалкогольных напитков. Другие использования гуммиарабика: в медицине, при производстве болеутоляющих средств и других лекарств; в производстве чернил; один из компонентов при крашении тканей, обработке кожи, в производстве керамики. 16 Список литературы 1. Белодед А. В. Микробиологический синтез и деградация гиалуроновой кислоты бактериями р. Streptococcus: Автореф. дис. канд. биол. наук: МГУПБ — М., 2008. — 23 с. 2. Бычков С.М., Колесников М.Ф. Способ получения гиалуроновой кислоты //A. с № 219752 СССР, 1968. — Бюл. № 19. — С. 90. 3. Забненкова О.В. Внутридермальные филлеры на основе гиалуроновой кислоты. Показания к применению, возможные комбинации // Пластическая хирургия и косметология: научно-практический журнал, 2010. - № 1 - С. 101115. URL: http://www.pscj.ru/upload/iblock/569/11.pdf (дата обращения: 24.11.2016) 4. Костина Г., Радаева И. Использование гиалуроновой кислоты в медицине и косметологии // Косметика и медицина, 1999. — № 2-3. — С. 53-57. 5. Лупына Т. П., Волошина Е. С. Микробиологический способ получения гиалуроновой кислоты и перспективы её использования в фармацевтике. Национальный университет пищевых технологий, Украина. — 2014. — С. 4. 6. Препараты Princess fi ller и Princess volume в коррекции возрастных изменений лица и атрофических рубцов // Инъекционные методы в косметологии, 2013. — №2 /http://corneal.ru/events/publications/43/ (дата обращения:24.11.2016) 7. Португалова B.B., Ерзикян К.Л. Гиалуроновая кислота и ее роль в жизнедеятельности организмов // Успехи соврем. биол., 1986. — Т. 101, № 3. — С. 344-358. 8. Радаева И.Ф., Костина Г.А., Змиевский A.B. Гиалуроновая кислота: биологическая роль, строение, синтез, выделение, очистка и применение // Прикл. биохим. микробиол., 1997. — Т. 33, №2. — С. 133-137. 17 9. Ряшенцев В.Ю., Никольский С.Ф., Вайнермен Е.С. и др. Способ получения гиалуроновой кислоты // Патент № 2017751 РФ, 1994. — Бюл. № 15. — С. 7576. 10. Толстых П.И., Стекольников Л.И., Рыльцев В.В. и др. Лекарственные препараты животного происхождения для наружного применения // Хим.фарм. журн., 1991. — Т. 25, № 4. — С. 83-87 18
