БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2012, том 38, № 4, с. 325-329
УДК 547.458.88:615.32 БИОХИМИЯ
сорбция стронция пектинами, выделенными из морских трав ZOSTERA MARINA и PHYLLOSPADIXIWATENSIS1
© 2012 г. Е. А. Коленченко1, м. Ю. хотимченко2, 3, Е. Б. хожаенко2, Ю. С. хотимченко2, 3
'ООО Научно-производственная фирма "Востокфарм", Владивосток 690059; 2Школа биомедицины Дальневосточного федерального университета, Владивосток 690091; 3Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток 690059 e-mail: yukhotimchenko@mail.ru
Статья принята к печати 6.10.2011 г.
Определены параметры сорбции ионов стронция пектинами, выделенными из морских трав Zostera marina и Phyllospadix iwatensis, собранных в зал. Петра Великого Японского моря. Установлено, что максимальная сорбци-онная емкость по стронцию и коэффициент сродства к ионам стронция у данных пектинов достоверно выше, чем у коммерческого пектина. Показана корреляция указанных параметров сорбции со степенью этерификации пектинов. Исследованные морские травы могут рассматриваться в качестве перспективного источника получения пектинов, предназначенных для связывания и выведения из организма человека радиоактивных изотопов стронция.
Ключевые слова: пектины, морские травы, сорбционная емкость, стронций.
Strontium sorption by pectins isolated from the seagrasses Zostera marina and Phyllospadix iwatensis.
E. A. Kolenchenko1, M. Y. Khotimchenko2 3, E. V. Khozhaenko2, Y. S. Khotimchenko2- 3 (^'Vostokpharm" Scientific and Production Company, Vladivostok 690059; 2School of Biomedicine, Far Eastern Federal University, Vladivostok 690091; 3A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690059)
In this study, we determined the parameters of sorption of strontium ions by pectins isolated from the seagrasses Zostera marina and Phyllospadix iwatensis collected in Peter the Great Bay, the Sea of Japan. Maximum strontium binding capacity and the coefficient of affinity with respect to strontium ions were significantly higher in seagrass pectins than in commercial pectin. These parameters were correlated with the esterification degree of pectins. The seagrasses studied can be considered as a promising source of pectins for binding and removal of strontium radioisotopes from the human body. (Biologiya Morya, 2012, vol. 38, no. 4, pp. 325-329).
Key words: pectins, seagrasses, sorption capacity, strontium.
Природный стронций относится к микроэлементам и состоит из смеси четырех стабильных изотопов 84Sr, 86Sr, 87Sr и 88Sr с суммарной молекулярной массой 87.62 кДа. Стронций занимает 15-е место по обилию микроэлементов в земной коре с концентрацией 450 ППМ. Это самый обильный микроэлемент и в океанической воде, где его концентрация может достигать 8 мг/л. В реках и ручьях концентрация стронция варьирует от 0.021 до 0.375 мг/л. В организм человека стронций поступает главным образом с пищевыми продуктами и напитками. Например, крупы, хлеб и морепродукты могут содержать до 25 мг стронция в 1кг (Cabrera et al., 1999). Повышенный уровень стронция может быть также результатом использования парентеральных и диализных жидкостей, содержащих этот элемент (Schrooten et al., 1999). В норме почки выводят основное количество абсорбированного стронция, незначительное его количество экскретируется с фекалиями и потом. При избыточном поступлении стронция или нарушении выделительной функции почек данный микроэлемент на-
капливается преимущественно в костях (до 99% его общего количества в организме), вызывая нарушения минерализации, проявляющиеся в снижении минеральной плотности кости и уменьшении размеров костного апатита (Morohashi et al., 1994; Cohen-Solal, 2002).
Несравнимо большую опасность представляют радиоактивные изотопы стронция 89Sr и 90Sr, присутствующие во внешней среде и биологических материалах вследствие испытания ядерного оружия в атмосфере, сброса радиоактивных отходов и ядерных катастроф (Imanaka et al., 2005). Механизмы абсорбции и депонирования радиоактивного стронция схожи с таковыми кальция: стронций накапливается преимущественно в костях и костном мозге, которые оказываются для него критическими органами (Pors Nielsen, 2004). При длительном поступлении радиоактивного стронция развивается анемия, происходит угнетение спермато-, овогенеза и иммунитета, нарушаются функции печени, почек и нейроэндокринной системы, сокращается продолжительность жизни, повышается риск возникновения сар-
1 Работа выполнена по Государственному контракту с Министерством образования и науки Российской Федерации № 16.512.11.2206.
ком кости и лейкозов (Василенко, 1999; Korzun, 1999; de Oliveira et al., 2001; Murakami et al., 2004). Известно, что иттрий не входит в число основных радионуклидов, образующихся в результате ядерных катастроф, однако 90Y является основным продуктом распада долгоживу-щего 90Sr (Nilsson et al., 2006). В связи с этим наиболее опасные последствия облучения стронцием возникают именно из-за образования в организме высокотоксичного изотопа иттрия.
В общей системе обеспечения радиационной безопасности человека важное место отводится лекарственным средствам, избирательно влияющим на метаболизм радионуклидов. К ним относятся препараты, уменьшающие абсорбцию радионуклидов в желудочно-кишечном тракте или препятствующие их депонированию в критических органах, и лекарства, ускоряющие выведение из организма уже всосавшихся и инкорпорированных радионуклидов. С этой целью применяются препараты с ионообменными свойствами, ферроцианиды, бария сульфат, полисурьмин, карбоксицеллюлоза, соединения йода и цеолитов, а также комплексообразователи медицинского назначения (ЭДТА, ДЭЭТА и др.), многие из которых являются довольно токсичными веществами и не предназначены для длительного применения (Marinin, Brown, 2000; Quinn et al., 2007; Manos et al., 2008; Ahmadpour et al., 2010). Следует подчеркнуть, что выведение поступивших в организм радионуклидов, особенно инкорпорированных в органах и тканях, чрезвычайно сложно из-за низкой эффективности фармакологических средств по отношению к определенным изотопам. Необходим поиск новых эффективных и безопасных средств фармакологической защиты человека от действия источников внутреннего облучения.
Среди перспективных средств, способных оказать воздействие такого рода, рассматриваются соединения, относящиеся к некрахмальным полисахаридам (Хотимченко и др., 2005), обладающие широким спектром фармакологических свойств, в том числе способностью связывать и выводить из организма такие тяжелые металлы, как свинец, кадмий, ртуть (Matsunaga, Ishii, 2004; Хотимченко и др., 2006; Khotimchenko et al., 2007), а также радионуклиды (Nayak, Lahiri, 2006; Levitskaia et al., 2010). Имеется положительный опыт применения яблочного пектина у детей с повышенным уровнем 137Cs, проживающих на территориях выпадения радиоактивных осадков вследствие аварии на чернобыльской АэС (Nesterenko et al., 2004). Цель настоящей работы - сравнительная оценка сорбционных свойств коммерческого пектина и пектинов, выделенных из морских растений, в отношении ионов стронция.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Морские травы Zostera marina и Phyllospadix iwatensis собирали в зал. Петра Великого (Японское море) в сентябре-октябре 2009 г Пектины выделяли методом поэтапного кислотного гидролиза с последующей экстракцией оксалатом натрия. Экстрагированные пектины очищали фильтрацией и осаждали
95% этанолом. После осаждения осадок пектина промывали и высушивали. Готовые образцы пектинов характеризовали по содержанию общей и свободной ангидрогалактуроновой кислоты, по степени этерификации и характеристической вязкости раствора пектинов. Ангидрогалактуроновую кислоту определяли колориметрически m-гидроксидифениловым методом (Luzio, 2004; Anthon, Barrett, 2008), степень этерификации - с помощью титриметрического анализа (Pinheiro et al., 2008). Характеристическую вязкость устанавливали в смеси 0.05 М раствора хлористого натрия и 0.005 М раствора оксалата натрия при температуре 25°С и рН 6.0, используя визкозиметр Уббелоде.
Сорбционную емкость образцов пектинов исследовали в диапазоне значений рН от 2.0 до 6.0. При рН менее 2.0 все пектины утрачивали сорбционную активность. При рН выше 6.0 ионы стронция выпадали в осадок в виде гидроксида, что затрудняло определение остаточного количества стронция в пробах. Для поддержания рН среды экспериментальным путем были подобраны два буферных состава, удовлетворяющие указанным требованиям и перекрывающие весь рабочий диапазон рН: глициновый буфер (глицин/НЫ03) - для рН 2.0; ацетатный буфер (уксусная кислота/NaOH) - для диапазона рН 4.0-6.0.
Для изучения кинетики связывания стронция пектинами в пластиковую емкость объемом 300 мл, снабженную магнитной мешалкой, вносили 10 мл 0.1 М раствора SrCl2 и 10 мл 1.0 М ацетатного буфера с рН 6.0. При интенсивном перемешивании добавляли 100 мл 0.5% раствора пектина и, добавляя дистиллированную воду, доводили объем смеси до 200 мл. Смесь инкубировали при перемешивании, через заданные промежутки времени из смеси отбирали по 20 мл. Затем отделяли раствор со свободным металлом от связанного и определяли концентрацию металла.
Для определения металлсвязывающей способности пектинов in vitro в емкость объемом 30 мл, снабженную магнитной мешалкой, вносили 0.06-1.5 мл 0.1 М раствора SrCl2, 1 мл 1.0 М буфера с необходимым значением рН и 10 мл 0.5% раствора исследуемого образца пектина. Фактическая концентрация металла в смеси составляла от 50 до 600 мг/л; рН среды корректировали 0.1 М раствором натрия гидроксида и (или) 0.1 М раствором кислоты хлористоводородной. Объем смеси доводили до 20 мл, добавляя дистиллированную воду, смесь инкубировали при перемешивании в течение 100 мин и центрифугировали в течение 25 мин при скорости 14 000 об/мин. Надосадочную жидкость фильтровали в ультрафильтрационной установке через мембрану с пропускной способностью пор 10 кДа. Содержание стронция в фильтрате определяли комплексонометрическим методом, используя в качестве ме-таллоиндикатора тимолфталексон (Garrido et al
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.