Минеральный состав и аминокислоты растений рода Geranium L. флоры Прибайкалья

Полный текст

Введение

Растений рода Geranium L. семейства Geraniaceae в мировой флоре более 300 видов [1]. Многие виды применяются в традиционных медицинах как гемостатические средства при желудочных, гинекологических кровотечениях, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, при нервных расстройствах [2, 3]. В эксперименте показано проявление антиоксидантного, кровоостанавливающего, противоракового, противовоспалительного, антимикробного, противовирусного, противодиабетического действия суммарных препаратов и отдельных биологически активных веществ [4, 5]. Для растений рода Geranium L. свойственно накапливать фенольные соединения – флавоноиды, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества [2, 6]. Отмечается присутствие во многих видах флавоноидов производных кверцетина, мирицетина, изорамнетина, кемпферола, характерно накопление галловой кислоты и ее эфиров [3, 5]. В Прибайкальском регионе Центральной Сибири встречается 10 видов растений рода Geranium L. Применяются в народной, тибетской медицине и обеспечены сырьевыми ресурсами Geranium wlassovianum Fischer., G. eriostemon Fischer., G. pratense L.

Растения накапливают в химическом составе не только органические соединения, а также минеральные вещества и могут быть дополнительным источником отдельных элементов. Растения содержат элементы в легкоусвояемой форме для организма человека [7, 8]. Отмечается усиление проявления эффекта биологически активных веществ растений в комплексе с минеральными веществами [9].

Высокая биологическая активность элементов проявляется при использовании некоторых лекарственных растений. Водоросль ламинария японская богата йодом и используется для лечения и профилактики тиреотоксикоза [10]. Ранозаживляющие и антисептические свойства сфагнума могут быть связаны в том числе с минеральным составом [11]. Кровоостанавливающее действие лагохилуса опьяняющего связано с высоким содержанием кальция [12]. Применение в ряде стран горца птичьего для лечения легочных заболеваний, определяется высоким содержанием кремния [13].

Таким образом, широкий спектр фармакологического действия растительных средств определяется за счет не только содержания разных групп биологически активных веществ, а также минерального состава.

Цель работы: провести исследование минерального состава и аминокислот в надземной части трех видов рода Geranium, произрастающих в Прибайкалье.

Материал и методы

Образцы сырья (надземная часть) видов Geranium wlassovianum Fischer., G. eriostemon Fischer., G. pratense L. были собраны в фазу цветения в южных районах Иркутской области в 2023 г. Сырье сушили в тени в проветриваемом помещении до влажности 10%. Видовая принадлежность определена к.б.н. Г.И. Бочаровой доцентом Иркутского государственного медицинского института.

Исследование минерального состава проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce. Для этого в образцах сырья массой 0,03 г (точная навеска) проводили мокрое озоление кислотой азотной 72% и перекисью водорода 30% при нагревании в ультразвуковой ванне (80-100°С) последовательно по 30 мин. После добавления воды очищенной растворы центрифугировали. В качестве внутреннего стандарта к 1,8 мл надосадочной жидкости прибавляли по 40 мкл рабочего раствора индия (In = 1283 ppb, приготовлен из стандартного раствора In = 989 ppm фирмы Fluka Analytic, Швейцария). Концентрация In в измеряемых растворах составляла 30 ppb. Так же поступали при приготовлении холостых проб. Предварительная калибровка прибора проводилась с применением стандартов ICP-MS-68A-A, ICP-MS-68A-B, (HIGH-PURITY STANDARDS, USA). Анализ проводился при n=5, результаты подвергали статистической обработке и рассчитывали RSD % (табл. 1). Описание методики изложено в статье [14].

 

Таблица 1 / Table 1

Значения ошибок определения содержания элементов

Values of errors in determining the content of elements

Содержание элементов в сырье, мг/кг	< 0,0003	< 0,0003-0,03	0,03-0,3	> 0,3
Значение RSD, %	> 25	25-10	10-5	5

 

Исследование состава аминокислот проводили на анализаторе Amino Acid Analyzer AAA 339 М (Mikrotechna, Чехия). Детектирование аминокислот осуществляли при длинах волн 570 нм и 440 нм. Извлечение получали путем исчерпывающего экстрагирования горячей водой сырья, последующего фильтрования и упаривания в вакууме досуха. Выпаренный остаток растворяли в натриево-цитратном буфере (рН 2,2). Не растворившуюся часть отделяли на центрифуге в течение 30 минут со скоростью 20 тыс. об/мин. Связанные аминокислоты определяли после кислотного гидролиза. Для этого к 25 мг сухого остатка прибавляли 4 мл 6 М раствора кислоты хлористоводородной и проводили гидролиз смеси при температуре 105°С в течение 24 ч. Гидролизат охлаждали и упаривали досуха, остаток промывали водой и снова упаривали, затем растворяли в 5 мл натрий-цитратного буфера (рН 2,2). Анализ аминокислот проводили в 𝐿𝑖+-цикле. В качестве стандарта использовали стандартные аминокислоты фирмы «Sigma». Для количественной оценки определяли площади пиков идентифицированных аминокислот. Расчёт осуществляли в нмоль/г и в мг/г.

Для выделенных соединений провели компьютерное прогнозирование с применением отечественной программы PASS (на платформе way2drug) – метод in silico – которая позволяет на основе структурной формулы в определенном формате расчитать прогноз проявления видов биологической активности. Результат представляется в виде Pa (быть активной или «be active») и Pi (быть не активной или «be inactive»). Пороговым значением нами выбран уровень Pa≥0,300 (при условии Pa<Pi) [15].

Результаты и обсуждение. В трех образцах сырья видов рода Geranium идентифицировано по 54 элемента в каждом (табл. 2). Распределение макро- и микроэлементов произведено по классификации, принятой для растений [16].

 

Таблица 2 / Table 2

Содержание элементов в надземной части растений рода Geranium

Content of elements in the above-ground part of Geranium genus

Элемент	G. wlassovianum	G. eriostemon	G. pratense
Макроэлементы
K	23000	32000	21000
Na	20000	19000	21000
Са	19000	13000	14000
Mg	3800	1800	2100
CI	6600	2300	1500
P	5900	7800	6000
S	2200	1600	1500
Fe	89	68	76
Микро- и ультрамикроэлементы
Вг	6,3	33	20
Мn	39	66	43
Сu	11	12	12
Zn	32	41	26
Ва	38	100	110
Sr	110	69	68
Si	2300	2000	1900
Микро- и ультрамикроэлементы, х 10-5
Mo	21	230	140
Cr	43	66	18
I	59	63	98
Co	0,005	3,8	3,1
Se	4,3	3	0,065
Li	11	5,3	35
B	2400	3400	2600
V	12	14	10
Al	5000	5500	4900
Sc	16	18	14
Ti	20000	28000	21000
Ni	220	170	190
Ga	5	6,4	5,3
Rb	1100	730	2000
Y	3,2	17	3
Zr	99	40	120
Nb	0,6	0,77	0,35
Ag	0,49	0,45	1,2
Cd	10	0,99	11
Sn	4,1	0,1	5,2
Sb	0,02	0,02	7,6
Cs	0,83	0,91	1
La	18	14	22
Ce	13	80	12
Pr	0,74	5,3	0,74
Nd	3,4	28	4,9
Sm	0,6	2,3	0,52
Eu	0,64	0,79	0,8
Gd	0,64	3,6	0,62
Tb	0,092	0,39	0,069
Dy	0,43	1,9	0,53
Ho	0,05	0,18	0,049
W	1,1	2,8	1,6
Tl	0,2	0,17	0,077
Pb	130	32	110
Bi	2	0,41	0,34
Th	0,87	0,99	0,91
U	0,37	0,12	0,26
As	0,79	1,8	0,81

 

Отмечается наиболее высокое содержание кальция, магния, хлора и серы в надземных органах G. wlassovianum, калия и фосфора у G. eriostemon, натрия у G. pratense. По содержанию элементов кальция, магния, калия в надземной части G. pratense из Прибайкальского региона сопоставимо с надземной частью G. pratense из Ленинградской области, при этом отмечается более высокое содержание в образцах сырья из Прибайкалья марганца (43 мг/кг), цинка (26 мг/кг), меди (12 мг/кг) [17]. Превалируют по содержанию микро- и ультрамикроэлементов, являющихся эссенциальными: железа и селена – G. wlassovianum, марганца, цинка, молибдена, кобальта, хрома – G. eriostemon, йода – G. pratense (табл. 2). Отмечается, что содержание токсичных элементов кадмия, свинца, ртути, мышьяка, не превышало уровней предельно-допустимых концентраций [18].

Содержание макроэлементов в исследуемых видах образуют ряды K≥ Na >Ca, меньше всего содержится серы. При этом во всех изучаемых растениях установлено присутствие 9 эссенциальных и 6 условно-эссенциальных элементов (табл. 3).

 

Таблица 3 / Table 3

Ряды концентраций физиологически значимых элементов

Concentration series of physiologically significant elements

Растение	Ряды химических элементов
	Макроэлементы	Эссенциальные	Условно-эссенциальные
G. wlassovianum	K> Na >Ca > Cl > P > Mg > S	Fe >Mn > Zn > Cu >Mo> Cr > I > Co > Se	Si > Br > B > Ni > Li > V
G. eriostemon	K > Na > Ca > P > Cl > Mg > S	Fe >Mn > Zn >Cu > Cr> I > Co >Mo > Se	Si > Br > B > Ni > Li > V
G. pratense	K= Na > Ca >P > Mg > Cl = S	Fe >Mn > Zn >Cu > Mo> Cr> I >Co > Se	Si > B > Br > Ni > Li > V

 

Минеральные вещества в организме необходимы для поддержания нормального химического баланса. Анализ полученных результатов показал, что изучаемые растения содержат элементы, необходимые для улучшения функционирования желудочно-кишечного тракта и органов мочеполовой системы, в том числе принимающих в этом опосредованное участие [19].

Натрий принимает участие в поддерживании постоянного осмотического давления и кислотно-основного равновесия (рН) в организме, участвует в активизации пищеварительных ферментов, в образовании желудочного сока, регулирует выделение почками продуктов обмена веществ, активирует ферменты слюнных желез и поджелудочной железы. Калия и натрий нормализуют водно-солевой обмен в организме, таким образом, что они регулируют процессы потребления, распределения и выделения воды и солей, обеспечивает постоянство объема жидкостей, способствует устранению отеков, калий необходим для нормального функционирования мягких тканей, в том числе, клеток печени и почек. Хлор участвует в регуляции водно-солевого обмена, в работе желудочно-кишечного тракта. Железо участвует в транспорте и депонировании кислорода с гемоглобином и миоглобином, принимает непосредственное участие в функционировании иммунной системы, при тяжелой железодефицитной анемии может наблюдаться атрофия слизистой оболочки полости рта, глотки и пищевода (синдром Пламмера - Винсона) [19].

Марганец присутствует в почках, является составляющим ферментов антиоксидантной защиты и частью металлоферментов, в частности, аргиназы, которая участвует в цикле мочевинообразования. Цинк участвует в обеспечении репаративных процессов, в том числе кишечного эпителия, обеспечивает общий гормональный статус организма, является составной частью инсулина и положительно влияет на его секрецию, является незаменимым металлокомпонентом свыше 40 ферментных систем, в частности, карбоксипептидазы, катализирующей фермент пепсин. Медь содержится в клетках печени, усиливает действие инсулина и обладает инсулиноподобным действие, способствует образованию гликогена в печени, обеспечивает улучшение всасывания железа в кишечнике, ускоряет вывод воды из организма, не увеличивая выход хлоридов. Селен накапливается в печени, почках, поджелудочной железе, повышает иммунитет организма и является сильным антиоксидантом, снижает воспалительные процессы, способствует стимуляции обменных процессов в организме, снижает токсичность вредных элементов (ртути, платины, свинца) [20].

В надземных органах изучаемых растений состав аминокислот исследовали методом жидкостной ионообменной хроматографии (табл. 4).

 

Таблица 4 / Table 4

Состав и содержание аминокислот в надземной части растений рода Geranium*

Composition and amino acid content in the aerial part of Geranium genius*

Аминокислоты	Содержание в мг/г
	G. wlassovianum	G. eriostemon	G. pratense
Аланин	1,63	1,18	4,53
Аргинин***	1,15		2,78
Аспарагиновая кислота	4,44	2,21	6,96
Валин**	1,49	1,66	3,25
Гамма-амино-маслянная кислота	0,60	–	0,94
Гистидин***	1,00	0,62	2,37
3- метил-гистидин	0,36	1,32	1,25
Глицин	1,41	1,31	3,25
Глютамин	–	4,06	–
Глютаминовая кислота	5,94	3,61	11,32
Изолейцин**	1,14	1,56	2,81
Лейцин**	1,96	2,83	6,22
Лизин**	1,64	0,90	4,50
Метионин**	0,50	0,28	0,71
Орнитин	0,37	2,14	0,78
Пролин	1,04	2,69	4,07
Серин	1,4	0,99	4,08
Таурин	0,67	–	1,12
Тирозин	1,05	1,33	2,55
Треонин**	1,46	1,03	3,74
Фенилаланин**	1,50	2,90	4,54
Цистеин	0,71	0,86	1,41
Цистеиновая кислота	2,00	–	0,72
Сумма аминокислот в том числе:	33,46	33,48	73,9
незаменимых	11,84	11,78	31,19
заменимых	21,62	21,70	42,71

Примечание: * – среднее значение 3-х определений; ** – незаменимые аминокислоты для взрослых и детей; *** – незаменимые аминокислоты для детей

 

В представителях рода Geranium обнаружено 23 аминокислоты. Для всех исследуемых видов 18 являются общими – аланин, аспарагиновая кислота, валин, гистидин, 3- метилгистидин, глицин, глютаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, орнитин, пролин, серин, тирозин, треонин, фенилаланин и цистеин. Из них 7 незаменимы для детей и взрослых – валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, фенилаланин, а также одна аминокислота гистидин, которая незаменима для детского возраста. Превалирующими аминокислотами явились: у G. wlassovianum и G. pratense – глютаминовая кислота (5,94 и 11,32 мг/г соответственно), G. eriostemon – глютамин (4,06 мг/г), идентифицированный только в этом виде. Также отмечается высокое содержание в G. wlassovianum кислот аспарагиновой и цистеиновой (4,44 и 2,00 мг/г), G. eriostemon – глютаминовой кислоты и фенилаланина (3,61 и 2,90 мг/г соответственно), G. pratense – аспарагиновой кислоты и лейцина (6,96 и 6,22 мг/г соответственно).

По данным Разареновой К.Н. с соавторами при анализе представителей рода Geranium, произрастающих в Ленинградской области установили содержание в G. pratense 20 аминокислот, в G. sylvaticum и G palustre по 19 аминокислот. В G. pratense среди обнаруженных аминокислот 10 незаменимых [21]. По нашим данным в надземных органах G. pratense из Прибайкальского региона преобладают в сумме аминокислот глутаминовая кислота, лейцин, лизин, пролин, серин, аспарагиновая кислота. Данные аминокислоты являются преобладающими в G. pratense из Ленинградской области, что указывает на общность их биохимических процессов.

По нашим данным содержание суммы аминокислот в изученных видах рода Geraniaceae составляет от 33,48 до 73,9 мг/г (максимальное у G. pratense). Доля незаменимых аминокислот составляет от 35,18 до 42,21% (больше всего – в G. pratense – 31,19 мг/г) (табл. 4). Данные виды могут выступать как дополнительные источники аспарагиновой, глютаминовой, цистеиновой кислот, глютамина и незаменимой аминокислоты фенилаланина, а также орнитина. Присутствующие в изучаемых растениях аминокислоты способны вносить свой вклад в общий фармакологический эффект.

Аспарагиновая кислота укрепляет организм и повышает работоспособность, играет важнейшую роль в обмене азотистых веществ – участвует в деактивация аммиака, помогает печени выводить из организма остаточные элементы токсинов. Глутамин участвует в переносе азота в печень и другие органы, является важным энергетическим субстратом для клеток печени, эпителиальных клеток тонкой кишки и иммунных клеток, защищает стенку желудка [22]. Глютаминовая кислота является нейромедиатором, участвует в белковом и углеродном обмене, обезвреживает аммиак, участвует в синтезе нуклеиновых кислот, способна превращаться в некоторые незаменимые аминокислоты – гистидин и аргинин. Лейцин участвует в биосинтезе гемоглобина, регулирует уровень сахара в крови, активирует эндокринную систему, применяется длят лечения болезней печени. Цистеиновая кислота – способствует пищеварению, участвуя в процессах переаминирования, обладает антиоксидантным, детоксикационным, гепатотропным, иммуномодулирующим эффектом, является предшественником глутатиона. Лизин снижает уровень «плохого» холестерина и сахара в крови. Фенилаланин в организме может превращаться в тирозин, уменьшает боль, подавляет аппетит, участвует в производстве мочевины в организме человека (связывает аммиак и переносит его в почки для последующего выведения), улучшает работу печени и поджелудочной железы, является предшественником фенилпропаноидов [23].

На сегодняшний день компьютерные технологии рационально вписываются в научные исследования, связанные с разработкой новых лекарственных препаратов. Метод in silico позволяет оптимизировать процесс подбора потенциально эффективных действующих веществ, а также обнаружить новые виды биологического действия. В настоящей работе для выделенных аминокислот мы провели прогнозирование биологической активности с использованием отечественной компьютерно программы PASS [23]. У незаменимых аминокислот расчитаны следующие прогностические данные, превышающие принятый пороговый уровень, проявления противовоспалительной активности: глютаминовая кислота (Pa=0,448) > цистеиновая кислота (Pa=0,349); гепатопротекторной: фенилаланин (Pa=0,332) > лейцин (Pa=0,430) > аспарагиновая кислота (Pa=0,507) > глутамин (Pa=0,515) > цистеиновая кислота (Pa=0,642); диуретическая и гемостатическая: цистеиновая кислота (Pa=0,356 и Pa=0,300). Как видно, из незаменимых аминокислот, идентифицированных в надземых органах изучаемых видов Geranium, наибольший спектр фармакологической активности расчитан для цистеиновой кислоты. Следует учитывать, что полученные прогностические данные требуют экспериментального подтверждения in vivo и, в первую очередь,

Учитывая полученые результаты по содержание аминокислот, их физиологическую ценность, аминокислоты изучаемых растений полезны для нормального функционирования желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, что в свою очередь показал достаточно высокий прогностический уровень проявления некоторых видов биологической активности, эффективны при патологиях этих систем.

Выводы

В результате исследования установлено, что представители рода Geranium (Geranium wlassovianum Fischer., G. eriostemon Fischer., G. pratense L.) являются источниками 54 макро-, микро и ультрамикроэлементов, среди них имеются эссенциальные элементы – железо, марганец, цинк, медь молибден, хром, йод, селен. Отмечается высокое содержание марганца в G. wlassovianum  39 мг/г, в G. eriostemon 66 мг/г, в G. pratense 43 мг/г. Содержание тяжелых металлов и мышьяка не превышало требований во всех образцах сырья. В исследуемых видах рода Geranium идентифицировано 23 аминокислоты. Преобладающие аминокислоты в надземных органах G. wlassovianum и G. pratense – глютаминовая кислота (5,94 и 11,32 мг/г соответственно), G. eriostemon – глютамин (4,06 мг/г).

Проведенный анализ показал присутствие в надземных органах видов Geranium wlassovianum, G. eriostemon, G. pratense флоры Прибайкальского региона элементов и аминокислот, которые участвуют в обеспечении нормального функционирования желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы.

Об авторах

Вера Михайловна Мирович

Иркутский государственный медицинский университет

Email: mirko02@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2092-1547
SPIN-код: 8781-8199

д-р фарм. наук, профессор, заведующая кафедрой фармакогнозии и фармацевтической технологии

Россия, 664003, Иркутск, улю Красного восстания, 1

Елена Геннадьевна Привалова

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Автор, ответственный за переписку.
Email: Eleprivalova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9878-1372
SPIN-код: 3741-0173

ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ ФАРМАКОГНОЗИИ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, КАНДИДАТ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ НАУК, доцент

Россия, 664003 г. Иркутск, ул. Красного восстания, 1

Евгений Павлович Чебыкин

Лимнологический институт СО РАН; Институт земной коры СО РАН

Email: epcheb@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7588-3886

кандидат химических наук, старший научный сотрудник; научный сотрудник

Россия, 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3; 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.

Любовь Виссарионовна Дударева

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: lviss12@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1185-7467

кандидат биологических наук, заведующая лабораторией физико-химических методов исследований

Россия, 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132

Список литературы

Дополнительные файлы