21 апреля 2023
Морские водоросли используются в пищу и в медицинских целях более шести веков. Однако повышенный интерес к изучению структуры биологически активных веществ из водорослей появился только в середине двадцатого столетия. Красные водоросли содержат уникальные полисахариды – агар и каррагинан, представляющие собой сульфатированные галактаны, которые не встречаются у других представителей морской и наземной флоры и фауны.
Происхождение слова «каррагинан» уходит корнями в 19 век и берет свое название от населенного пункта на южном побережье Ирландии Каррагин, что в переводе означает «маленькая скала». Здесь морские водоросли Chondrns crispus, называемые ирландским мхом, широко использовались в пищу и помогли местным жителям в 1846-1848 гг. пережить картофельный голод. Чуть позже эти водоросли были обнаружены на побережье Соединенных Штатов, где стали предметом торговли. Стэнфорд называет каррагином желирующее вещество, выделенное водной экстракцией из водорослей C. crispus. В 1871 г. был запатентован процесс его экстракции и очистки. И только в 30-х гг. XX столетия начинается индустриальное производство каррагинана, а появившийся суффикс "-ан" отражает его принадлежность к полисахаридам. В настоящее время наблюдается постоянный рост производства каррагинана, особенно на Филиппинах, в Чили и Китае.
Интенсивное изучение структуры полисахаридов красных водорослей начинается с середины XX века, когда, наряду с существовавшими тогда химическими методами анализа углеводов, стали применять и физические методы анализа, такие как ИК- и ЯМР спектроскопия. Со временем эти методы совершенствовались, повышалась их чувствительность. В ИК-спектроскопии стали использовать Фурье преобразование, что позволило разработать новое поколение ИК-спектрометров, оснащенных программным обеспечением, способным выполнять обработку спектральных данных. В спектроскопии ЯМР появились двумерные спектры, которые позволяют устанавливать не только входящие в состав полимера моносахаридные остатки, но и точно определять тип связи, характер замещения в моносахаридных остатках, точки ветвления и т.д. Увеличилась и чувствительность самих приборов для съемки. Все это позволило с большей точностью определять особенности структуры полисахаридов. «Вишенкой на торте» стало использование масс-спектрометрии для анализа олигосахаридных смесей, что позволяло определять некоторые тонкости структуры полимеров, которые невозможно было определить с помощью ИК и ЯМР.
В основе структуры каррагинана лежит повторяющееся дисахаридное звено, состоящие из остатков 1,3-связанной β-D-галактозы и 1,4-связанной α-D-галактозы или 3,6-ангидрогалактозы, гидроксильные группы которых могут быть сульфатированы, метилированы, замещены остатками ксилозы. В зависимости от количества и местоположения сульфатных групп каррагинаны разделили на типы и присвоили собственные названия: каппа, йота, лямбда. Природные каррагинаны, как правило, имеют не идеализированные структуры, состоящие из повторяющихся звеньев одного типа каррагинана, а имеют сложные гибридные структуры, когда в состав полимерной цепи входят дисахаридные звенья разных типов каррагинанов или каррагинана и агара, а также полученный полисахаридный экстракт может включать в себя смесь полимерных цепей каррагинанов, отличающихся по своему строению и молекулярной массе.
В настоящее время сочетание пошагового фракционирования полисахаридного экстракта хлоридом калия, классических химических методов химии углеводов и современных инструментальных методов, таких как ИК- и ЯМР спектроскопия и масс-спектрометрия, позволили разделить смесь полисахаридов и изучить тонкую структуру каждого из них, о чем более подробно можно прочитать в статье Kravchenko A., Anastyuk S., Glazunov V., Sokolova E., Isakov V., Yermak I. Structural peculiarities of carrageenans from Far Eastern red seaweed Mazzaella parksii (Gigartinaceae) // International Journal of Biological Macromolecules. – 2023. – Vol. 228. – P. 346–357.
Структурные особенности каррагинанов дальневосточной красной водоросли
Морские водоросли используются в пищу и в медицинских целях более шести веков. Однако повышенный интерес к изучению структуры биологически активных веществ из водорослей появился только в середине двадцатого столетия. Красные водоросли содержат уникальные полисахариды – агар и каррагинан, представляющие собой сульфатированные галактаны, которые не встречаются у других представителей морской и наземной флоры и фауны.
Происхождение слова «каррагинан» уходит корнями в 19 век и берет свое название от населенного пункта на южном побережье Ирландии Каррагин, что в переводе означает «маленькая скала». Здесь морские водоросли Chondrns crispus, называемые ирландским мхом, широко использовались в пищу и помогли местным жителям в 1846-1848 гг. пережить картофельный голод. Чуть позже эти водоросли были обнаружены на побережье Соединенных Штатов, где стали предметом торговли. Стэнфорд называет каррагином желирующее вещество, выделенное водной экстракцией из водорослей C. crispus. В 1871 г. был запатентован процесс его экстракции и очистки. И только в 30-х гг. XX столетия начинается индустриальное производство каррагинана, а появившийся суффикс "-ан" отражает его принадлежность к полисахаридам. В настоящее время наблюдается постоянный рост производства каррагинана, особенно на Филиппинах, в Чили и Китае.
Интенсивное изучение структуры полисахаридов красных водорослей начинается с середины XX века, когда, наряду с существовавшими тогда химическими методами анализа углеводов, стали применять и физические методы анализа, такие как ИК- и ЯМР спектроскопия. Со временем эти методы совершенствовались, повышалась их чувствительность. В ИК-спектроскопии стали использовать Фурье преобразование, что позволило разработать новое поколение ИК-спектрометров, оснащенных программным обеспечением, способным выполнять обработку спектральных данных. В спектроскопии ЯМР появились двумерные спектры, которые позволяют устанавливать не только входящие в состав полимера моносахаридные остатки, но и точно определять тип связи, характер замещения в моносахаридных остатках, точки ветвления и т.д. Увеличилась и чувствительность самих приборов для съемки. Все это позволило с большей точностью определять особенности структуры полисахаридов. «Вишенкой на торте» стало использование масс-спектрометрии для анализа олигосахаридных смесей, что позволяло определять некоторые тонкости структуры полимеров, которые невозможно было определить с помощью ИК и ЯМР.
В основе структуры каррагинана лежит повторяющееся дисахаридное звено, состоящие из остатков 1,3-связанной β-D-галактозы и 1,4-связанной α-D-галактозы или 3,6-ангидрогалактозы, гидроксильные группы которых могут быть сульфатированы, метилированы, замещены остатками ксилозы. В зависимости от количества и местоположения сульфатных групп каррагинаны разделили на типы и присвоили собственные названия: каппа, йота, лямбда. Природные каррагинаны, как правило, имеют не идеализированные структуры, состоящие из повторяющихся звеньев одного типа каррагинана, а имеют сложные гибридные структуры, когда в состав полимерной цепи входят дисахаридные звенья разных типов каррагинанов или каррагинана и агара, а также полученный полисахаридный экстракт может включать в себя смесь полимерных цепей каррагинанов, отличающихся по своему строению и молекулярной массе.
В настоящее время сочетание пошагового фракционирования полисахаридного экстракта хлоридом калия, классических химических методов химии углеводов и современных инструментальных методов, таких как ИК- и ЯМР спектроскопия и масс-спектрометрия, позволили разделить смесь полисахаридов и изучить тонкую структуру каждого из них, о чем более подробно можно прочитать в статье Kravchenko A., Anastyuk S., Glazunov V., Sokolova E., Isakov V., Yermak I. Structural peculiarities of carrageenans from Far Eastern red seaweed Mazzaella parksii (Gigartinaceae) // International Journal of Biological Macromolecules. – 2023. – Vol. 228. – P. 346–357.