Том 10, № 4 (2020)
Химические науки
Исследования комплексов ZnCl2 и CdCl2 с триэтаноламином методами спектроскопии ЯМР и квантовой химии
Аннотация
Исследованы комплексы ZnCl2 и CdCl2 с триэтаноламином методами квантовой химии и спектроскопии ЯМР. Склонные к лигандному обмену комплексы триэтаноламина могут вступать в клетку в качестве транспорта металлов. Поэтому изучение данного свойства актуально для понимания механизмов биологического действия подобных объектов. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны на импульсном спектрометре Bruker DPX250 при 298 K. Неэмпирические квантовохимические расчеты исследованных соединений производились в рамках метода B3LYP с применением программного пакета Gaussian 09. В основу проведенных исследований были положены изменения химических сдвигов и констант спин-спинового взаимодействия при комплексообразовании тяжелых металлов с триэтаноламином. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что изменения химических сдвигов в спектрах ЯМР сопровождаются возрастанием значений констант спин-спиновой связи, причем наиболее значимыми являются прямые константы 1J(C,H) метиленовой группы, связанной с атомом азота. Наблюдаемые особенности спектров ЯМР обусловлены строением и внутримолекулярной динамикой комплексов, что отражает предлагаемая авторами данной работы схема. Для более полного понимания наблюдаемых трансформаций в спектрах ЯМР триэтаноламина вследствие влияния процесса комплексообразования были проведены квантово-химические расчеты предполагаемых состояний комплексов и их спектральных характеристик. При расчете комплексов принимались во внимание три состояния, соответствующие моно-, би- и трициклической структурам. Полученный в процессе выполнения данной работы теоретический и экспериментальный материал позволяет сделать вывод о том, что для исследованных комплексов характерны внутримолекулярные обменные процессы, приводящие к усреднению сигналов ЯМР от нескольких существующих в растворе форм. Для CdCl2 с триэтаноламином равновероятны би- и трициклические формы существования комплекса. В случае комплекса ZnCl2 с триэтаноламином более выгодной является трициклическая форма.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):548-555
548-555
Компьютерное моделирование закономерностей сорбции ионов тяжелых металлов серосодержащим модифицированным цеолитом
Аннотация
Рассмотрены комплексно-хелатный и комплексно-координационный механизмы сорбции серосодержащими сорбентами по отношению к ионам тяжелых металлов, которые обладают сродством с атомами серы. Показаны преимущества и недостатки серосодержащих сорбентов, полученных модификацией природных материалов. В среде Statgraphics Plus выполнен анализ применимости классических линеаризованных уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра для описания изотерм адсорбции ионов цинка, меди и никеля из водных растворов цеолитом Холинского месторождения модифицированным серосодержащим полимером. Показано, что изотермы сорбции Zn2+ исследованным сорбентом довольно точно описываются классическим уравнением Фрейндлиха при температуре водного раствора от 20 до 40 °С, а изотермы Ni2+ - T = 20 °С. Использование уравнения Фрейндлиха для описания изотерм сорбции Cu2+ нецелесообразно ввиду его невысокой точности. Наиболее применимы для названных целей регрессионные модели аппроксимации экспериментальных данных или линеаризованное уравнение Ленгмюра. Показано, что уравнение Ленгмюра при температурах водного раствора 20, 40 и 60 °С описывает соответственно 99,35; 98,41 и 92,12% экспериментальных величин сорбции Cu2+. Отмечено, что с увеличением температуры модельного раствора константа равновесия и равновесная адсорбционная емкость возрастают, а точность описания изотерм убывает. Изотермы сорбции Zn2+, Ni2+ не подчиняются уравнению Ленгмюра, что можно объяснить с привлечением теории «жестких» и «мягких» кислот и оснований Пирсона, согласно которой ионы Zn2+ и Ni2+ относятся к кислотам промежуточной жесткости, а ион Cu2+ - к «мягким» кислотам, которые образуют наиболее прочные соединения с мягкими основаниями (атомами серы полимера). Ионы Zn2+ и Ni2+ связываются не только с атомами серы, но и с атомами кислорода (жесткое основание) цеолитной матрицы и могут перемещаться по поверхности сорбента «в поиске более удобных для координации мест». Таким образом, для ионов Zn2+ и Ni2+ нарушается один из принципов теории Ленгмюра - локализация сорбата на поверхности сорбента. Видимо, по этой причине уравнение Ленгмюра для них «не работает».
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):564-572
564-572
Кислотно-основные свойства производных имидазо[2,1 - b]тиазолов и тиазоло[3,2- а бензимидазолов
Аннотация
Азометиновая группа привлекает внимание ученых уже на протяжении 30 лет. Повышенный интерес обусловлен ее высокой электрофильностью, которая формируется под влиянием сильных электроакцепторных заместителей. Сочетание полигалогеналкильной группы и функциональных заместителей в непосредственной близости к азометиновой связи открывает широкий спектр возможных химических превращений, одним из которых является получение гетероциклических производных. Так как гетероциклические соединения интересны ученым с синтетической стороны, и существуют примеры их использования в медицине, то не менее актуальной задачей является изучение NH-кислотности этих соединений. На основании данных о кислотно-основных свойствах соединений можно предвидеть их некоторые физико-химические свойства, реакционную способность. Потенциометрическим методом определены константы диссоциации исследуемых веществ. В результате получены кривые титрования с разным количеством ступеней диссоциации (их количество определяется числом NH-групп) с четко выраженным скачком потенциала индикаторного электрода. Экспериментальное определение кислотно-основного поведения синтезированных сульфониламинозамещенных имидазо[2,1-Ь]тиазолов и тиазоло[3,2-а]бен-зимидазолов проводили в среде диметилсульфоксида. Из кривых титрования определены величины потенциалов полунейтрализации. Установлена взаимосвязь значений констант кислотности (pKA) с величинами потенциалов полунейтрализации. Зависимость рКА = f(E1/2) позволяет прогнозировать константы NH-кислотности в среде диметилсульфоксида для новых синтезированных соединений. Определены статистические границы расхождения результатов потенциометрического измерения. Проведена процедура проверки внутрилабораторной прецизионности. Установлено, что полученные значения констант диссоциации характеризуются высокой внутрилабора-торной прецизионностью. Коэффициенты вариации изменяются в пределах от 0,34 до 1,48%. С помощью компьютерной программы PASS осуществлен расчет потенциала биологической активности (Pa) исследуемых соединений. Зависимость между NH-кислотностью с биологическим потенциалом соединений неоднозначна.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):573-580
573-580
Синтез и использование 10-гидрокси-3,3,6,6-тетраметил-9-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-декагидроакридин-1,8-диона в качестве индикатора кислотно-основного титрования
Аннотация
Целью данной работы являлся синтез нового производного 10-гидроксидекагидроакридин-1,8-диона, определение структуры и изучение возможности использования этого соединения в качестве индикатора кислотно-основного титрования. Синтез 10-гидрокси-3,3,6,6-тетраметил-9-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-декагидроакридин-1,8-диона осуществлен с учетом принципов «зеленой химии» взаимодействием димедона, гидроксиламина и 4-гидрокси-3-метокси-бензойного альдегида в экологически безопасном водно-спиртовом или водном растворе. В качестве катализатора использовалась лимонная кислота либо додецил сульфат натрия соответственно. Очистку синтезированного соединения осуществляли кристаллизацией из этанола. Полученное соединение характеризовали с помощью спектров 1Н ЯМР, 13С ЯМР, поглощения и флуоресценции в УФ-видимой области. В водно-спиртовом растворе гидроксидекагидроакридиндиона наблюдается поглощение фиолетового света, максимум полосы поглощения которого смещается в область голубого света при добавлении к раствору щелочи. При облучении этанольного раствора УФ-излучением возникает двухполосная флуоресценция в видимой области. Одна полоса исчезает при добавлении основания в раствор. Структура полученного соединения подтверждена масс-спектрометрическим анализом высокого разрешения. В масс-спектре 10-гидрокси-3,3,6,6-тетра-метил-9-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-декагидроакридин-1,8-диона имеется пик иона [M+1]+. Пик основного иона соответствует трициклическому фрагменту элиминирования ароматического цикла молекулярного иона. Это вещество бесцветно в кислых и нейтральных растворах, а в основных имеет розовый цвет. Кислотную константу диссоциации этого соединения в водно-спиртовом растворе определяли спектрофотометрическим методом в УФ-видимой области. Показано, что полученное соединение может быть использовано в качестве индикатора титрования сильных кислот и оснований.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):556-563
556-563
Физико-химическая биология
Повышение биоразлагаемости эпоксидных материалов за счет модификации растительными маслами и их кислородсодержащими производными
Аннотация
Проблема утилизации изделий из эпоксидных смол является актуальной задачей в связи с микробиологической стойкостью данного типа полимера. Целью настоящей работы являлось повышение биоразлагаемости эпоксидных материалов под действием микроорганизмов почвы и мицеальных грибов за счет модификации соевым маслом и маслом каучукового дерева и их кислородсодержащими производными, а также смесью соевого масла с олеиновой кислотой. Согласно полученным результатам, внесение в почву материала на основе немодифицированной эпоксидной смолы приводит к снижению дыхательной активности почвенного микробиоценоза в 2,2 раза по сравнению с дыхательной активностью почвы без полимеров. Это свидетельствует о том, что эпоксидно-диановая смола или отвердитель (аминофенол) оказывают ингибирующее действие на микробиоценоз почвы. Модификация эпоксидной смолы растительными маслами и их кислородсодержащими производными обуславливает увеличение дыхательной активности почвенного микробиоценоза по сравнению с дыхательной активностью почвы в присутствии немодифицирован-ной эпоксидной смолы, что указывает на их биоразлагаемость. Снижение содержания карбоновых кислот в составе масла каучукового дерева после эпоксидирования, на что указывает уменьшение кислотного числа, приводит к некоторому снижению дыхательной активности микробиоценоза почвы. Аналогичный эффект по этой же причине оказывает карбонизация растительных масел. На увеличение биодеградации эпоксидных материалов при модификации указывают и результаты оценки их грибостойкости по степени развития плесневелых грибов рода Trichoderma. Таким образом, установлено, что растительные масла и их кислородсодержащие производные увеличивают биоразложение эпоксидных материалов. При этом из всех исследованных вариаций составов наибольшей биоразлагаемостью характеризуются эпоксидные материалы, модифицированные маслом каучукового дерева и смесью соевого масла с олеиновой кислотой.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):700-707
700-707
Биосинтез экзополисахаридов почвенными бактериями Paenibacillus mucilaginosus на питательной среде с мелассой
Аннотация
Бактериальные экзополисахариды с влагоудерживающими и цементирующими свойствами играют очень важную роль в формировании и стабилизации почвенных агрегатов, регулировании питательных веществ и потока воды через корни растений, снижении солевого стресса в растениях. При внесении в почву бактерий, продуцирующих экзополисахариды, растения более устойчивы к водному стрессу благодаря улучшению структуры и значительному накоплению пролина, сахаров и свободных аминокислот в условиях дефицита воды. Целью настоящей работы являлось определение эффективности биосинтеза экзополисахаридов почвенными бактериями Paenibacillus mucilaginosus при культивировании на питательной среде, приготовленной на основе мелассы. В экспериментах использованы продуценты экзополисахаридов - штаммы бактерий Р. mucilaginosus 560 и 574, предоставленные Ведомственной коллекцией непатогенных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ФГБНУ ВНИИСХМ, Санкт-Петербург). Для определения влияния условий культивирования на синтез экзополисахаридов бактериями P. mucilaginosus применен метод «один фактор за один раз» (one-factor-at-a-time - OFAT). По результатам исследований выбраны наиболее эффективный продуцент экзополисахаридов, возраст и дозы инокулята, оптимальные значения температуры культивирования и рН среды, источник азота и его концентрации, а также определены условия аэрации, влияющие на биосинтез экзополисахаридов и рост выбранного штамма бактерий P. mucilaginosus. Установлено, что наиболее эффективным продуцентом экзополисахаридов является штамм P. mucilaginosus 574. Показано, что для биосинтеза экзополисахаридов культивирование данного штамма целесообразно и экономично проводить на питательной среде c 2% мелассы без дополнительного внесения минеральных веществ и азота. Максимальное количество экзополисахаридов может достигать 9,55 г/л в питательной среде c 2% мелассы объемом 50 мл с добавлением 0,1% кукурузного экстракта как индуктора синтеза эк-зополисахаридов при температуре культивирования 30±1 °С, рН среды 6,0±0,2 с внесением 5% инокулята после 24 ч. инокуляции. Полученные результаты исследований рекомендуется использовать при создании технологии производства микробиологических удобрений.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):708-718
708-718
Особенности ростингибирующего эффекта фунгицида азоксистробина и его способность тормозить расход сахаров в проростках озимой пшеницы
Аннотация
Цель работы - оценить перспективы использования фунгицида азоксистробина, являющегося одним из представителей класса стробилуринов, для повышения устойчивости озимой пшеницы к низким температурам. Было изучено влияние азоксистробина на ростовые процессы, жизнеспособность клеток и содержание водорастворимых углеводов у озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Иркутская. Азоксистробин чаще, чем другие синтетические стробилурины, используется в составе многокомпонентных фунгицидных препаратов. Это фунгицид широкого спектра действия, вызывающий ингибирование комплекса III электрон-транспортной цепи митохондрий. Исследования проводились в лабораторных условиях на 3-суточных этиолированных проростках озимой пшеницы. Проростки выращивали в темноте при температуре + 24 °С на растворах азоксистробина, растворенного в 0,36%-м водном растворе диметилсульфоксида; дистиллированной воде и 0,36%-м растворе диметилсульфоксида. Было оценено влияние ряда концентраций азоксистробина (2,5, 5, 10, 20 μM) на рост побегов и корней и жизнеспособность клеток побегов и корней проростков пшеницы. Азоксистробин оказывал концентрационно зависимое ростин-гибирующее действие на побеги и корни. Степень ингибирования варьировалась: для побегов - от 2,8% при концентрации 2,5 μM до 41,7% при концентрации 20 μM, для корней - от 34,6 до 63,1% при этих же концентрациях соответственно. Рост-ингибирующее действие не сопровождалось снижением жизнеспособности клеток побегов и корней, оценка которой проводилась с помощью прижизненного окрашивания флуоресцеин диацетатом. Также оценивали влияние азоксистробина в концентрации 10 μM на содержание сахаров в побегах проростков. При изученной концентрации азоксистробина содержание сахаров было выше на 3,6% по сравнению с проростками, выращенными на растворе диметилсульфоксида. Поскольку ингибирование роста и накопление сахаров являются важными факторами адаптации растений к низким температурам, представляются необходимыми дальнейшие исследования азоксистробина на физиолого-биохимические параметры растений, связанные с развитием низкотемпературной устойчивости.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):657-665
657-665
Изучение изменений физико-химических и микробиологических показателей полуфабриката из картофеля после электронной стерилизации
Аннотация
Одним из методов электронной стерилизации плодоовощных культур и сельскохозяйственной продукции является ионизирующее излучение, которое также называется бета-излучение. Оно способствует сохранению качества и безопасности многих видов сельскохозяйственных культур после их уборки и может быть использовано для обработки производимых из него полуфабрикатов. Целью работы явилось исследование влияния различных доз ионизирующего излучения (1, 3, 6 и 9 кГр) на вакуумированный очищенный и нарезанный картофель сорта Бел-лароза, обработанный аскорбиновой кислотой в концентрации 3, 6 и 9% с целью сохранения в нем после обработки нативного содержания витамина C и исходных структурно-механических свойств. Используемые для вакуумирования ПЭТ-пакеты не выделяют опасных и вредных примесей в агрессивной среде (9%-ом растворе аскорбиновой кислоты) и дозе облучения 9 кГр. Исследования органолептических, физико-химических и микробиологических показателей образцов полуфабриката из картофеля осуществлялось по стандартным методикам. Результаты исследований показали, что доза облучения 1 кГр не оказывает значительного влияния на показатели полуфабриката, но при этом и не способствует снижению числа микроорганизмов в нем. Доза 3 кГр также не оказывает значительного влияния на показатели полуфабриката, однако, снижение количества микроорганизмов уже более значительно. Доза облучения 6 кГр оказывает значительное воздействие на микробиологические показатели полуфабриката, в то же время при малых концентрациях аскорбиновой кислоты (3 и 6%) начинают ухудшаться органолептические показатели полуфабриката. При дозе облучения 9 кГр погибают практически все микроорганизмы и ухудшаются показатели полуфабриката вне зависимости от концентрации аскорбиновой кислоты. На основании проведенных исследований определены оптимальные дозы облучения полуфабриката из картофеля - 3 и 6 кГр, и оптимальная концентрация аскорбиновой кислоты - 9%, при которых показатели качества и безопасности полуфабриката сохраняются на протяжении 7 суток хранения.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):666-677
666-677
Термодеструкция продукта конденсации d -маннозы с п -аминоацетанилидом в системах без растворителя
Аннотация
Методами электронной и колебательной спектроскопии изучена термодеструкция продукта конденсации D-маннозы с п-аминоацетанилидом в системах без растворителя, в частности, вазелиновом масле и KBr-матрице. Термодеструкция маннозиламина в KBr-матрице сопровождается интенсивным окрашиванием, при этом полосы в ИК-спектрах, характеризующие функционализацию аминоацетанилида сохраняют свое положение и интенсивность, что свидетельствует об отсутствии трансформации аминного фрагмента. Отмечается появление полос ено-новых О=С-С=С-фрагментов 1645, 1680, 1690 см-1, а также 1750, 1780 см-1, относимых к валентным С=О колебаниям сложных эфиров и лактонов, образующихся, вероятно, в результате трансформации первичных продуктов распада маннозиламина. Термодеструкция суспензии маннозила-мина в вазелиновом масле показывает меньшую в сравнении с процессами в KBr-матрице степень трансформации структуры маннозиламина в условиях эксперимента. В спектрах регистрируются полосы колебаний С=О в различном структурном окружении, а также характеризующее элиминирование ариламина смещение сигнала 1280 см-1 в низкочастотную область. Спектры отражения спиртовых растворов продуктов деструкции показывают наличие только полосы 1750 см-1, тогда как частота 1780 см-1 не проявляется, вероятно, по причине лабильности лактонов в растворах, обуславливающей их рециклизацию. Анализ колебательных спектров показывает отсутствие характерных для меланоидиновых N-гетероциклов полос вследствие преимущественного образования ациклических сопряженных систем и производных карбоновых кислот в исследованных системах без растворителя. В электронных спектрах спиртовых растворов продуктов деструкции обеих систем регистрируются максимумы около 260 нм, отвечающие поглощению оксиеноно-вых хромофоров и области непрерывного поглощения в видимой части спектра, обусловленные образованием протяженных хромофоров - продуктов конденсации интермедиатов распада манно-зиламина Полученные результаты могут быть полезны как при выборе условий получения продуктов реакции Майяра с заданной функционализацией, так и при разработке методов синтеза антиокислительных агентов для защиты от окисления полимеров и масел.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):581-589
581-589
Методика электрохимического биотестирования в применении к сравнительному анализу антибиотических свойств растительных экстрактов, получаемых с помощью сжиженного СО 2
Аннотация
Описана методика биотестирования, предусматривающая периодическую (через каждые 2 ч) регистрацию изменений рН, редокс-потенциала и электропроводности жидкой питательной среды, инкубируемой в присутствии и в отсутствие жизнеспособных тестовых микроорганизмов и тестируемых образцов. Представлены результаты проведенного с применением данной методики сравнительного анализа про- и антибиотической активности в отношении Lactobacillus acidophilus и других тестовых микроорганизмов, таких как Chlorella vulgaris и Rhodotorula glutinis, различных концентраций цельных докритических экстрактов, полученных с помощью сжиженного СО2 из 10 разных видов растительного сырья. Показано, что с помощью представленной методики можно более экспрессно, объективно и информативно, а также менее материало- и трудоёмко, чем при использовании стандартных визуальных методов микробиологического тестирования, оценивать влияние образцов различной фармацевтической, пищевой и иной продукции на динамику жизненной активности тестовых микроорганизмов. Среди исследованных нами растительных экстрактов наиболее активные пролонгированные антибиотические свойства проявили экстракты из корней чистотела большого (Chelidonium majus) и цветков календулы лекарственной (Calendula officinalis) в концентрациях от 3% об. и выше, в то время как наиболее активные пролонгированные пробиотические свойства проявили экстракты из побегов омелы белой (Viscum album) и листьев грецкого ореха (Juglans regia) в концентрации 0,2% об. Начальная про- и антибиотическая активность протестированных экстрактов в большинстве случаев была больше их пролонгированной активности. В то же время среднесрочная (по времени взаимодействия протестированных экстрактов с тестовыми микроорганизмами) про- и антибиотическая активность протестированных экстрактов, как правило, была промежуточной по величине между их начальной и пролонгированной активностью. При этом с уменьшением концентрации протестированных экстрактов в тестовой среде их антибиотическая активность монотонно уменьшалась, тогда как пробиотическая активность увеличивалась. Таким образом, очевидно, что про- и антибиотическая активность фармацевтической, пищевой и иной продукции, в том числе включающей различные растительные экстракты, в значительной мере определяется выбором не только сырья и способа экстрагирования из него биологически активных веществ, но и концентрацией экстракта в продукции, временем ее взаимодействия с микробиотой и другими живыми организмами, а также множеством других факторов. Причем точный характер этих зависимостей в большинстве случаев может быть установлен лишь с помощью значительного числа тестовых испытаний, которые удобно проводить с помощью представленной в этой работе методики.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):590-602
590-602
Сорбционные свойства кремнийсодержащих образцов по отношению к бактериям
Аннотация
Кремнийсодержащие аморфные вещества - диоксид кремния (кремнезем) и алюмосиликаты, имеют широкий спектр применения благодаря их пористости, химической инертности, термической стабильности. Традиционным сырьем для их получения являются кварц, диатомит, различные по составу силикаты. Однако методы выделения чистых соединений достаточно дороги и энергоемки. В качестве альтернативного сырья можно использовать возобновляемые и многотоннажные растительные отходы, содержащие большое количество кремния. К таковым относятся, например, шелуха и солома риса (Oryza sativa). Основным достоинством этого сырья являются невысокая стоимость, практически постоянный химический состав для одного вида растения, при этом методы переработки просты и не требуют больших финансовых затрат. Ввиду высокого содержания диоксида кремния в рисовой шелухе и соломе продукты их переработки являются эффективными адсорбентами многих типов поллютантов из водных растворов. В литературе имеются данные о взаимодействии разных микроорганизмов с синтетическими высокодисперсными материалами на основе диоксида кремния минерального происхождения, но практически отсутствуют сведения для биогенных форм кремнезема и алюмосиликатов, источником которых могут быть отходы производства риса. Ранее нами была установлена избирательная способность ряда кремнийсодержащих образцов, выделенных из рисовых отходов, в зависимости от сырья (шелуха или солома) и условий получения, связывать разные по природе бактерии на примере Escherichia coli, Streptococcus aureus, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis. Целью настоящей работы являлось изучение сорбции образцами аморфного диоксида кремния и алюмосиликатов, полученными из шелухи и соломы риса, тестовых культур Escherichia coli и Bacillus subtilis. Образцами сравнения служили коммерческие продукты: природный алюмосиликат - вспученный вермикулит и сорбент «Белый уголь», который содержит примерно равные доли кремнезема и микрокристаллической целлюлозы. Полученные результаты обсуждены в сопоставлении с физико-химическими параметрами веществ: составом, ИК-спектрами поглощения, характеристикой кислотно-основных свойств поверхности, полученной методами рН-метрии и адсорбции кислотно-основных индикаторов (метод Гаммета). Установлена зависимость сорбционной емкости сорбента по отношению к бактериям от исходного сырья, состава и метода получения.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):603-612
603-612
Исследование потенциальных антиканцерогенных и антиоксидантных эффектов экстрактов из растительного сырья
Аннотация
Одним из основных этиологических факторов возникновения некоторых видов злокачественных опухолей является наличие в организме хронических воспалительных процессов. В ряде медицинских исследований для противовоспалительных лекарственных средств показан антиканцерогенный эффект относительно рака толстого кишечника. Кроме того, имеются данные о взаимосвязи антиканцерогенной и антиоксидантной активностей некоторых биологически активных веществ, присутствующих в лекарственных растениях. В настоящей работе исследованы потенциальные антиканцерогенные эффекты экстрактов, полученных из растительного сырья: брусники (Vaccmium vftis-idaea), малины (Rubus idaeus), черноплодной рябины (Aronia melanocarpa), семян винограда (Vitis L.), выжимок винограда^№ L.), зеленого краснодарского чая (Camellia sinensis), женьшеня (Panax L.), иван-чая (Chamaenerion angustifolium) и кофе (Coffea arabica). Оценено влияние данных экстрактов на рост и жизнеспособность клеток рака толстого кишечника линии НСТ-116 in vitro с помощью МТТ-теста, а также влияние нетоксических доз экстрактов на базальный и индуцированный уровень экспрессии провоспалительных генов: циклооксигеназы (COX2); индуцируемой NO-синтазы (iNOS); интерлейкина 8 (IL8), методом количественной полимеразной цепной реакции. Определены рабочие концентрации исследуемых экстрактов для клеток НСТ-116. Продемонстрировано, что все исследуемые экстракты способны снижать экспрессию провоспалительных генов COX-2, iNOS и IL-8. Наиболее выраженным суммарным ингибирующим действием на экспрессию данных генов обладают экстракты черноплодной рябины и иван-чая. Данные экстракты рекомендуется использовать в дальнейших исследованиях влияния на индуцированную экспрессию генов COX-2, iNOS и IL-8, а также в исследованиях антиканцерогенной активности in vivo. Антиокисдантная активность определена по методу DPPH и FRAP. Наибольшие значения по данным методикам показали экстракты черноплодной рябины, малины и иван-чая. Выявлена зависимость антиканцерогенной и антиоксидантной активностей.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):613-626
613-626
Система сахаропосредованной регуляции и роль киназ HXK1, SnRK1, TOR у Arabidopsis thaliana
Аннотация
Сахара - важный компонент общего метаболизма растений. Они являются не только источником энергии в организме, но и неотъемлемой составляющей сложной сети внутриклеточного сигналинга. Сигналы с участием сахаров регулируют множество метаболических реакций у растений, в том числе метаболизм углерода и азота, а также ответ на биотический и абиотический стрессы. В представленной работе дан краткий обзор современных знаний о сахарах как метаболитах и сигнальных молекулах. Также описаны различные пути передачи сахаропо-средованных сигналов, среди которых рассматриваются как хорошо известные, так и недавно обнаруженные, их взаимодействие и роль в регуляции метаболизма растений и экспрессии ядерных генов. Одним из первых изученных участников сети сахаропосредованных сигналов является гексокиназа 1 (фермент синтеза глюкозы), которая вовлечена в регуляцию экспрессии многих ядерных генов в ответ на изменения уровня глюкозы в организме. Следует отметить, что ее участие в передаче митохондриально-ядерных сигналов и регуляции процессов старения растений выходит за рамки регуляции метаболических реакций, что позволяет рассматривать гексо-киназу 1 как регулятор широкого спектра действия. Особый интерес представляет участие са-харопосредованных сигналов в переключении метаболических реакций организма в ответ на изменения углеводного статуса. Дефицит сахаров приводит к выключению большинства энергозатратных процессов и одновременно стимулирует фотосинтез, либо (при его отсутствии) за счет активации киназы SnRK1 усиливает катаболические реакции. При достаточном уровне сахаров происходит репрессия киназы SnRK1 и активация TOR-киназы, которая стимулирует анаболические реакции и рост. Рассмотрено значение конкурирующих SnRK1 и TOR-киназ как главных регуляторов этого переключения. Кроме того, рассмотрена роль сигналов, опосредуемых трега-лозо-6-фосфатом, во многом функционально схожих с TOR-сигналингом. Все эти регуляторные механизмы помогают растениям своевременно адаптироваться к изменениям факторов внешней среды и поддерживать гомеостаз. Возможно, в ближайшее время будет получена дополнительная информация о взаимодействии у растений энергетических и стресс-зависимых сигналов, осуществляемом через антагонизм киназ TOR и SnRK1.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):627-638
627-638
Выявление соединения, антигеноподобного трийодтиронину, в клетках высших растений
Аннотация
Общеизвестно метаболическое значение йодтиронинов в организме человека и животных. Для растений подобные соединения не описаны, однако, известны эффекты лекарственных растений на функцию щитовидной железы, что предполагает возможность присутствия соединений, аналогичных тиреоидным гормонам в клетках растений. Цель работы - выявление в клетках высших растений биологически наиболее активного представителя йодтиронинов - 3,5,3’-трийодтиронина. Методом иммуноферментного анализа показано, что в тканях корня и стебля проростков фасоли присутствует соединение, взаимодействующее с поликлональной сывороткой к 3,5,3’-трийодтиронину. Установлено, что в клетке выявленное соединение распределено неравномерно: в ядрах клеток его концентрация в 7-10 раз выше, чем в цитоплазме. Наряду с растениями фасоли исследованы 8 случайно выбранных растений, принадлежащих как к двудольным, так и однодольным растениям. Во всех исследованных растениях методом иммуноферментного анализа определено присутствие аналога 3,5,3’-трийодтиронина. Добавление экзогенного йодтиронина - тироксина (3,5,3’,5’-тетрайодтирони-на) при предпосевной обработке семян пшеницы достоверно повысило их всхожесть и привело к значимому увеличению соотношения массы побега к массе корня пятисуточных растений пшеницы при времени замачивания 6 и 12 ч. Вследствие обработки семян пшеницы тироксином в ядрах клеток стебля и корня пятидневных растений пшеницы произошло достоверное снижение концентрации выявленного соединения. Накопление в ядрах клеток и выявленные физиологические эффекты экзогенного 3,5,3’,5’-тетрайодтиронина позволяют предположить, что в клетках высших растений данное соединение принимает участие в регуляции активности генов подобно тому, как это имеет место в клетках животных.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):639-646
639-646
Особенности влияния штамма Bacillus thuringiensis 0271 на отдельные показатели неспецифической резистентности Origanum vulgare L. к стрессовым условиям
Аннотация
Цель - изучить влияние штамма Bacillus thuriengiensis var. darmstadiensis 0271 на биохимические показатели, определяющие неспецифическую устойчивость Origanum vulgare L. к неблагоприятным условиям внешней среды. Материалом исследований служила жидкая споровая культура штамма B. thuringiensis 0271, сортообразцы душицы обыкновенной: 100.1 с содержанием 75,5% карвакрола, г-4 с содержанием 52,0% карвакрола, № 2 с содержанием 59,85% а-терпинеола, № 1 с преимущественным содержанием гермакрена D (21,5%) и в-кариофиллена (19,4%). Динамику сохранности спор штамма на поверхности листьев O. vulgare L. определяли по методике А.Г. Кольчевского, содержание пролина - по методике В.А. Храмова и Е.М. Агеевой. Содержание пигментов измеряли спектрофотометрически. Определение суммарного содержания фенольных соединений проводили по М.Н. Запрометову, аскорбиновой кислоты - по М.М. Окунцову, растворимых углеводов - фенольным методом. Установлено, что в листьях душицы сортообразцов 100.1 и № 1 через десять дней после обработки споровой культурой штамма B. thuringiensis 0271 количество хлорофиллов снижалось на 27,1 и 15,2% к контролю соответственно, а в листьях сортооб-разцов г-4и № 2 отмечали повышение их содержания на 91,4 и 72,7% соответственно. В листьях образца г-4на десятые сутки после обработки B. thuringiensis 0271 уменьшалось количество пролина и фенольных соединений в 4 раза. На десятые сутки после обработки штаммом 0271 сорто-образца 100.1 наблюдалось уменьшение количества растворимых углеводов в 1,76 раза к контролю и фенольных соединений в 2,0 раза. Обработка культурой штамма B. thuringiensis 0271 растений O. vulgare L. способствовала накоплению антиоксидантов в листьях образца г-4на десятые сутки на 14,5% к контролю.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):647-656
647-656
Инфракрасная Фурье-спектроскопия в сравнительном исследовании животных и растительных белков
Аннотация
Методом инфракрасной спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения проведено сравнительное исследование белков разной категории (саркоплпзматических, миофибриллярных, стромы) мышечной ткани свинины; глобулярных белков, полученных из промышленного жмыха и измельченных семян льна масличного, а также протеин-полисахаридных комплексов, извлеченных из обрушенной семенной оболочки и цельных семян. Выделение белковых компонентов проводили из водно-солевых экстрактов осаждением трехкратным избытком 96%-го этанола, 5%-й трихлоруксусной кислотой и ИЭТ-осаждением при рН = 4,2. Показано, что использование разных анатомических частей (обрушенные ядро и семенная оболочка) как цельных, измельченных форм, так и жмыха семян льна масличного при варьировании условий предварительной обработки, экстрагирования и выделения позволяет получать комплекс биологически активных протеинсо-держащих продуктов, используемых в пищевой промышленности, медицине, фармакопее, косметологии - белковые концентраты, пептид-полисахариды, белок-липид-полисахаридные комплексы с варьируемым составом и соотношением компонентов. Сравнительное исследование кинетики воздушной сушки при 20 °С сырых растительных и животных глобулярных белков позволило отметить идентичность в экстремальном характере изменения спектрального образа кривых све-топоглошения и интенсивности основных характеристических полос по мере удаления влаги. Температурный фактор, оказывая влияние на общий вид спектра, приводит к деформации полосы Амид-I, несущей информацию о структуре белка. Вклад в деформационные изменения может вносить не только возможность дифференциации глобулярных белков (альбуминов и глобулинов), но и упаковка их полипептидных цепей при реконструкции или формировании новой вторичной структуры, разрушенной в результате различных механических и химических вмешательств. Комплекс полученных данных указывает, что повышенная температура оказывает существенное влияние на структурно-конформационные преобразования как белковых концентратов, так и бе-лок-полисахаридных комплексов независимо от их природы.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):678-690
678-690
Некоторые закономерности экстракции антоцианов из растительных источников
Аннотация
Работа посвящена определению закономерностей экстракции антоцианов из различных растительных источников в некоторых экстрагентах. Для экстракции использовали свежий растительный материал: корнеплоды фиолетовой моркови, корнеплоды фиолетового картофеля сорта Аметист, свежие плоды аронии Мичурина, плоды паслена садового, плоды кизила обыкновенного, чернику и краснокочанную капусту, а также высушенные лепестки пиона. Экстракцию осуществляли настаиванием растительного материала в избранном экстрагенте (оставляли на ночь). Концентрацию антоцианов определяли спектрофотометрическим методом. Показано, что 0,1 М водный раствор HCl является эффективным и экологически безопасным экстрагентом, позволяющим осуществлять экстракцию антоцианов из многих объектов. При значениях кислотности среды больше 1 возможны значительные потери антоцианов: 5-45% - при рН = 2; 33-88% -при рН = 3; 41-92% - при экстракции дистиллированной водой. Ацилирование не способствует росту степени экстрагирования антоцианов. Добавки органических растворителей (этанола, ацетонитрила и глицерина) в ряде случаев позволяют существенно ускорить экстракцию антоцианов, особенно в случае плодов кизила обыкновенного. Влияние экстрагента на степень экстрагирования нивелируется для измельченного материала. Приведены данные по сольватохромному эффекту, влияющему на спектральные характеристики растворов некоторых антоцианов. Показано, что сдвиг максимума полосы поглощения велик в случае неацилированных антоцианов и уменьшается для ацилированных соединений, по всей вероятности, вследствие внутримолекулярной копигментации ацилированных антоцианов в водных растворах. Отмечено, что при определении концентрации антоцианов в растворителях с различной концентрацией органической добавки необходимо учитывать сольватохромный эффект. Показано, что добавка органического растворителя приводит не только к смещению максимумов полос поглощения, но и к значительным гиперхромным эффектам. При игнорировании этого эффекта погрешности в определении антоцианов могут превысить 70%. Предложен простой и эффективный способ учета указанных эффектов по схеме перекрестных разбавлений. Таким образом, экспериментально обоснован выбор экстрагентов для эффективной экстракции антоцианов из некоторых видов растительного сырья и предложен метод оценки сольватохромных эффектов.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):691-699
691-699
Исследование влияния нефти на биологическую активность черноземной почвы
Аннотация
Изучено воздействие нефти на микроорганизмы и ферментативную активность черноземной почвы. Исследования проводили на черноземе оподзоленном среднесуглинистом Самарской области, используя высокосернистую нефть средней плотности. На 1 кг почвы вносили 10,00 г (1%), 30,00 г (3%) или 50,00 г (5%) нефти. Результаты исследований показали, что среди аборигенной микробиоты почвы имеется большое разнообразие родов микроорганизмов, способных окислять и отдельные углеводороды, и сырую нефть в целом. Наибольшую активность при деградации как отдельных углеводородов, так и сырой нефти в целом проявили бактерии родов Acinetobacter, Bacillus, Mycobacterium, Pseudomonas, Streptomyces, мицелиальные грибы родов Aspergillus, Penicillium и дрожжи рода Candida. При свежем загрязнении нефтью наблюдалось повышение численности бактерий, использующих органические формы азота, актиномицетов, грибов, углеводородокисляющих микроорганизмов, также отмечена тенденция к увеличению численности автохтонных микроорганизмов, участвующих в минерализации гумусовых веществ. Через 3 месяца исследований было выявлено снижение численности бактерий, использующих органические формы азота, и актиномицетов; численность грибов больше всего снижается при внесении в почву 3 и 5% нефти, а численность автохтонных микроорганизмов, участвующих в минерализации гумусовых веществ, и углеводородокисляющих микроорганизмов возрастает при повышении степени нефтяного загрязнения. Угнетение различных групп микроорганизмов путем физического или токсического воздействия углеводородов сырой нефти может быть причиной снижения активности различных ферментов черноземной почвы. Углеводороды нефти подавляют активность полифенолоксидазы, каталазы, инвертазы, фосфатазы и липазы черноземной почвы, но незначительно стимулируют активность ее пероксидазы. Уменьшение коэффициента гумификации свидетельствует о преобладании процессов окисления гумусовых веществ над превращениями органических соединений ароматического ряда в компоненты почвенного гумуса, а также об уменьшении плодородия почвы в результате ее загрязнения углеводородами сырой нефти.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):719-727
719-727
Молекулярно-массовые характеристики и сорбционные свойства пектина, выделенного из разных субстратов
Аннотация
Исследование природных полимеров является одной из передовых задач современной химии. Один из таких полимеров - полисахаридный пектин. Для его выделения из разных субстратов использовали широко распространенный кислотный гидролиз. Для этой цели исследованы щавелевая, лимонная и соляная кислоты. Водорастворимую пектинсодержащую фракцию выделяли из кожуры, ядрышек и жмыха яблок, жмыха сахарной свеклы, лимонной корки, хвои сосны. Оптимальным условием является нагревание субстрата на кипящей водяной бане в течение 1 ч с обратным холодильником в растворе соляной кислоты (рН = 2-3). Для выделения сухого порошка пектин-содержащего компонента экстракт после охлаждения нейтрализовали раствором аммиака и осаждали пектин этанолом. Исследование растворов пектина методом гельпроникающей хроматографии показало, что они имеют чаще всего три полимерные фракции, близкие по значению молекулярных масс: ~17-20, ~10-12 и ~0,5 кДа. Содержание последней фракции во всех выделенных образцах было преимущественным. Растворы предварительно высаженных порошков пектинсодержащей фракции заметно отличались от ранее обсужденных результатов: в них олигомерная фракция практически отсутствует. Для ряда образцов порошков пектина была определена степень этерификации методом потенциометрического титрования. Выявлена зависимость степени этерификации как от исходного сырья, так и от способа выделения. Для изучения сорбционной способности пектина, выделенного из разных субстратов, применяли метод обратного комплексонометрического титрования. Результаты анализа позволяют утверждать, что имеет место обратно пропорциональная зависимость степени сорбции свинца образца пектина от его степени этерификации.
Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020;10(4):728-737
728-737