Будова і фізико – хімічні властивості глюканів

Вперше властивостями полісахаридів зацікавилися ще в 1940-х роках, коли вчені виділили з клітинних стінок хлібопекарських дріжджів неочищений препарат, що містив серед інших компонентів полісахариди, що значно підвищує захисні властивості організму. Пізніше з'ясувалося, що імунітет стимулювали два найактивніших дріжджових полісахариди - бета-1-6- і бета-3- глюкани. У 1980-х роках біохімік Joyce Czop з Гарвардського університету відкрив, що імунітет організму зміцнюється завдяки здатності глюканів зв'язуватися з клітинами імунної системи – макрофагами [18].

За хімічною структурою полісахариди грибів представлені, в основному, глюканами з різними типами глікозидних зв'язків. У переважній більшості глюкоза містить в головному ланцюзі β-(1→3)- чи β-(1→4)-зв'язки або чергування β-(1→3)-, (1→4)-зв'язків з β-(1→6)-зв'язком. Зустрічаються правильні гетероглюкани, а також глікопротеїни, які містять у своєму складі вуглеводну та білкову складову. Бічні ланцюги гетерополісахаридів, як правило, приєднані до головного ланцюга через (1→6)-зв'язки [19]. Доведено, що протипухлинну активність мають у переважній більшості β-D-глюкани – лінійні полімери, мономерами яких є глюкоза або інші D-моносахариди. Залежно від типу основної структурної одиниці полімеру розроблено класифікацію глюканів. Наприклад, структурними одиницями галактанів, фуканів, ксиланів і мананів є галактоза, фукоза, ксилоза та маноза [19, 20].

Біологічно активний β-D-глюкан має трирядну, правозакручену просторову структуру. Полісахариди з подібними протипухлинними й імуностимулювальними властивостями, які виділені з плодових тіл чи міцелію грибів, можуть відрізнятися між собою за структурою, хімічним складом й фізичними характеристиками [21]. Їхня активність залежить від розміру, форми та ступеня розгалуженості молекули, розчинності у воді тощо. Для прояву

протипухлинних властивостей біополімерам необхідно, щоб молекули у головному ланцюгу з'єднувалися між собою β-(1→3)-зв'язками, а в бічних ланцюгах - β-(1→6). У β-глюканів, у яких в головному ланцюгу переважають (1→6) зв'язки, активність менша. Однак, високомолекулярні глюкани активніші за глюкани з низькою молекулярною масою [22, 23]. Крім того, вища протипухлинна активність характерна для полісахаридів, які виділено з плодових тіл грибів, ніж з міцелію. Це також може залежати від складу живильного середовища та умов культивування останнього.

Рис 1.2. Хімічна формула β – глюкана (Бочкова, 2006).

Протипухлинні властивості виявлено також у сполук з дещо іншою структурою, зокрема, гетеро-β-глюканів, β-глікопротеїнів, α-мано -β-глюканів,

α-глікопротеїнів та комплексів білків з гетероглюканами [24].

Наявність третинної структури у триланцюговій молекулі грибних

β-(1→3) -глюканів є необхідною умовою для прояву імуномодулюючих та інших біологічних і фармакологічних властивостей макромолекул, наприклад, для впливу на азотнокислий синтез макрофагів та активацію G-чинника. Так, при денатурації до первинної структури диметилсульфоксидом, сечовиною чи NaOH макромолекули лентинану його імуностимулювальні властивості втрачаються, а протипухлинні – знижуються у відповідності до ступеня денатурації [25]. Тобто для імуномодулюючої активності важлива не послідовність моносахаридів у вуглеводному ланцюзі, а наявність третинної структури та гідрофільних груп на поверхні молекули.

Найдослідженішою є хімічна будова полісахаридів, які виділено з плодових тіл і міцелію L. Edodes (лентинан) [26] та S. Commune (шизофілан) [27]. Якісний аналіз полісахаридів показав, що вони містять глюкозу, галактозу та манозу, для їхньої структури характерними є глюкани, глюкоза яких поєднана (1→3) або (1→4) - глікозидними зв'язками. Наприклад, лентинан, молекулярна маса якого становить 950-1050 кДа, представлений β1,3-D-глюканом з розгалуженою структурою. Через кожні п'ять залишків глюкози у позиції С₆ від основного ланцюга відходять по два глюкопіранозних залишки, які приєднані β-1,6-глюкозидними зв'язками [26]. Деякі бічні ланцюги представлені поодинокими залишками глюкози у положенні С₆ [28].

Результати, які підтверджують кореляцію між протипухлинною активністю і конфігурацією триланцюгової структури гліканів, одержано також за умов дослідження шизофілану. Зразки полісахаридів мали різну молекулярну масу, значення якої знаходилися в діапазоні від 5-10³ до 1,3-10⁵ Да. При вивченні їхньої

здатності пригнічувати розвиток Саркоми 180 у мишей встановлено, що високий рівень протипухлинної активності характерний для зразків з молекулярною массою вище 9 - 104 Да. Препарати з молекулярною масою, нижчою за 104 Да,

менше або взагалі не гальмують розвиток пухлин. Дослідження конформації молекул шизофілану у водному розчині показало, що сполуки з молекулярною масою вище 9·10⁴ Да представлені правозакрученою потрійною спіраллю, а молекули, у яких молекулярна маса нижча, в розчині мають конформацію потрійної спіралі, серед них зустрічаються поодинокі ланцюги. Молекулярна маса потрійних ланцюгів становить 5-10³ Да, що підтверджує залежність здатності пригнічувати пухлини від величини молекули з потрійною спіраллю[27].

Проте така властивість, як індукція синтезу γ-інтерферону та колонієстимулювального чиника, не залежить від структури молекули і характерна для α-конфігурації молекул. Вона обумовлена не третинною структурою молекули, а наявністю α-(1→3) - глікозидного зв'язку у вуглеводному ланцюзі. На відміну від β-(1→3) - глюканів, лікарські властивості яких проявляються за умови, що їхня молекулярна маса знаходиться в межах 500-2000 кДа, для α-(1→3)-глюкуроноксиломанану, виділеного з желейних грибів, залежності від молекулярної маси не спостерігається [29]. Кислий глюкуроноксиломанан, отриманий з плодових тіл Tremella fuciformis, має лівозакручену тривимірну структуру основного ланцюга [30]. Так виявлено, що всі фракції з молекулярною масою від 1 до 53 кДа, виділені кислотним гідролізом з плодових тіл гриба Т Juciformis, індукують синтез інтерлейкіну-6 (ІЛ-6) подібно до негідролізованих фракцій [31]. З культуральної рідини Т mesenterica одержано полісахарид, у якого головний ланцюг глікозильований ксилозою і глюкуроновою кислотою представлений α - (1 →3) - зв 'язаною D-манозою [32].

Серед грибних полісахаридів зустрічаються як гомополісахариди, що виділено головним чином, водною екстракцією, так і гетерополісахариди, до складу яких входить ксилоза, маноза, галактоза та уранові кислоти. Останні екстрагують з водного розчину висолюванням та обробкою лугом [33].

Крім протипухлинної й імуностимулювальної активностей, характерних для певних видів глюканів, існують полісахариди з широким спектром інших біологічних ознак. Наприклад, рід Inonotus, зокрема І. obliquus (чага), є відомим продуцентом речовин з різнобічними лікувальними властивостями. З плодових тіл, склеропи і міцелію І. obliquus виділено біологічно активні глікопротеїни, на основі яких створено препарат «Біфунгін», що застосовують як оздоровчий та загальнозміцнювальний засіб [34, 35].

Інший вид цього роду, І Levis, продукує значну кількість екзополісахаридів, з різними фармакологічними властивостями [35]. Аналізом моносахаридного складу полісахаридів, отриманих з культуральноїрідини, визначено, що вони містять фукозу, ксилозу, галактозу, манозу, глюкозу та метилгалактозу. За допомогою аніонообмінної хроматографії встановлено, що екстракт містить у своєму складі два полісахариди - галактан і манан. Молекулярна маса галактану становить близько 5000 Да, а манану - більш як 15000 Да. Галактан в основній частині молекули є лінійним ланцюгом (1→6) - зв'язаних α-галактопіранозних залишків галактози, нереглярно метильованих у третьому положеню атома кисню. За хімічною структурою манан є α -(1→6)зв'язаною манопіранозою у головному ланцюгу та α-(1→2)-манопіранозою -у бічних ланцюгах. Білків і ліпідів у складі полісахариду не виявлено [36].

Водною екстракцією з міцелію гриба L. Edodes виділено полісахаридний препарат KS-2, який захімічною природою є а-глікопротеїном, щомістить такі амінокислоти як серин, треонін,аланін і пролін. Водні екстракти з міцелію та культуральноїрідини вміщують полісахариди, до складуяких входить глюкоза, галактоза, ксилоза, арабіноза,маноза та фруктоза. Одежані з міцелію препарати

складаються також з похідних нуклеїнових кислот, вітамінів групи В та ергостеролу [37].

З міцелію Т. (Coriolus) versicolor виділено глікопротеїн К (PSK), який містить 62 % полісахариду та 38 % білка [19, 28]. Полісахарид PSK представлений

β-(1-3) і (1-4)-глюканом, бічні ланцюги якого приєднуються до головного β-(1-3)- зв'язком. Полісахаридна частина складається з глюкози і незначної кількості галактози, манози, ксилози та фукози. Білкова частина молекули багата на аспарагінову та глютамінову амінокислоти, валін та лейцин. Полісахаридна і білкова частини поєднані між собою О-глікозидними зв'язками між залишками серину або треоніну білка й ОН-групами вуглеводів та N-глюкозидними зв'язками між аспарагіновою кислотою і ОН-групами глюкози. Молекулярна маса полісахариду становить 94000 - 100000 Да. Препарат має значну біологічну цінність як інгібітор деяких видів пухлин людини [23,37, 38].

Крім PSK (крестин), з міцелію Т. Versicolor виділено глікопротеїн PSP (вперше одержаний ізштаму COU-1). За хімічною будовою PSPвідрізняється від РSК. За допомогою якісногоаналізу встановлено, що, крім фукози, він містить

арабінозу та рамнозу. Полісахаридний ланцюг представлений β-глюканом, молекули глюкози в якому поєднані (1-4)-, (1-3)- та (1-2)- глікозидними зв'язками. Молекулярна маса його дорівнює приблизно 100000 Да [37].

Тобто функціонально активні глікополімери, що продукуються базидиміцетами, належать переважно до глюканів різної будови та глікопротеїнів.

Вони мають подібний вплив на організм людини та його захисні функції. Первинна структура глюканів, імовірно, не є визначальною в їхній біологічній активності, важливішим у ній є утворення вищих конформаційних структур, які й обумовлюють біологічні властивості глікополімерів.