Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пектиновые вещества: структура, физико-химические свойства и применение в медицине 8
1.1. Структура пектинов 9
1.2. Физико-химические свойства пектинов 12
1.3. Фармакологические эффекты пектинов 15
1.4. Применение пектинов в фармации 28
Заключение 35
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Сырьевые источники изучаемых препаратов 36
2.2. Характеристика экспериментальных животных 36
2.3.Определение металлов в биологических образцах 37
2.4 Определение кинетики связывания металлов с пектинами различной степени метоксилирования 37
2.5. Расчет изотерм сорбции 38'
2.6.Статистическая обработка результатов 38
Глава 3. Металлсвязывающая активность пектинов с разной степенью метоксилирования 40
3.1. Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к кадмию 43
3.2. Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к меди 49
3.3. Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к железу 54
3.4. Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к свинцу 60
3.5. Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к цинку 65
Глава 4. Влияние пектинов на абсорбцию и экскрецию свинца у экспериментальных животных 69
Глава 5. Разработка таблетиров анной лекарственной формы из субстанции низкометоксилированного пектина 84
5.1. Получение гранулята из низкометоксилированного пектина со степенью метоксилирования 1,2% 84
5.1.1 . Гранулирование порошкообразного петина 85
5.1.2.Получение различных видов пектиновых гранулятов 86
5.1.3.Определение технологических характеристик прессованного материала 88
5.2. Таблетирование гранулята и оценка технологических характеристик прессованного материала 90
5.2.1.Собственно процесс прессования 90
5.2.2.Технологическая характеристика таблеток пектина 90
Заключение 94
Выводы 99
Список литературы 100
- Физико-химические свойства пектинов
- Характеристика экспериментальных животных
- Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к меди
- Гранулирование порошкообразного петина
Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка новых лекарственных препаратов на основе природных соединений является важной задачей экспериментальной и клинической фармакологии. Некрахмальные полисахариды, широко применяемые в пищевой промышленности, обратили на себя внимание фармакологов и фармацевтов как перспективные фармацевтические субстанции для лекарственных средств и биологически активных добавок к пище (Vaugelade et al., 2000; Cattaneo et al., 2002; Mazumder et al., 2002; Ferguson et al., 2003; Хотимченко и др., 2005), а также как материал для современных фармацевтических технологий (Yermak, Khotimchenko, 2003; Dupuis et al., 2006; George et al., 2006; Wei et al., 2006).
Пектиновые вещества являются растительными полисахаридами, различающимися по структуре, молекулярной массе и физико-химическим свойствам (Chang et al., 1994; Thakur et al., 1997). В растениях пектины содержатся в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков (Schroder et al., 2004). Будучи частью клеточной стенки и основным компонентом срединной пластинки, пектины осуществляют межклеточную адгезию в растительных тканях (Muralikrishna et al., 1994) и обеспечивают их тургор и текстуру (Parre, Geitmann, 2005; Brammell, 2006; bCrzeminski et al., 2006).
Полимерная цепь пектинов состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, между которыми на разных расстояниях друг от друга располагаются остатки L-рамнозы (Thibault et al., 1993). От основной цепи рамногалактуронана берут начало боковые цепи, состоящие из нейтральных Сахаров (Schols, Voragen, 1996; Ridley et al., 2001). В зависимости от относительного количества карбоксильных групп в остатках галактуроновой кислоты, этерифицированных метиловым спиртом, различают высокометоксилированные и низкометоксилированные пектины. Структурные и функциональные особенности молекул пектинов определяют выраженность их фармакологических эффектов и фармацевтические свойства. Пектиновые веще-ства снижают уровень общего холестерина и липопротеинов низкой плотности в крови (Gonzalez et al, 1998; Vergara-Jimenez..et al, 1998; Bladergroen et al, 1999), увеличивают экскрецию желчных кислот (Garcia-Diez et al 1996), проявляют антимутагенную активность (Hensel and Meier, 1999) и ингибируют пролиферацию злока-
/
5 чественных клеток (Heitman et al, 1992; Hsieh, Wu, 1995). Пектинсодержащие препараты оказывают лечебные эффекты у больных с гиперхолестеринемией (Groudeva et al., 1996; Knopp et al, 1999), сахарным диабетом (Levitt et al., 1980) и персистирующей диареей (Rabbani et al., 2001).
Важным свойством пектинов является их способность связывать тяжелые металлы (Kohn, 1987; Dongowski et al, 1997; Соболев и др., 1999; Khotimchenko et al., 2006), и препараты на основе пектинов рассматриваются в числе перспективных средств, предназначенных для выведения тяжелых металлов из организма человека (Хотимченко и др., 2001, 2005; Khotimchenko et al., 2004). Однако в научной литературе отсутствуют в необходимом объеме сведения о металлсвязывающей активности пектинов, различающихся между собой физико-химическими характеристиками, о механизмах связывания металлов, о сравнительной эффективности пектинов и других сорбционных материалов, что и определило цели и задачи работы.
Цель работы. Цель работы состояла в установлении количественных параметров связывания ионов тяжелых металлов модифицированными пектинами, различающимися степенью метоксилирования, как основы для разработки лекарственных средств, предназначенных для профилактики и лечения хронических отравлений тяжелыми металлами.
Задачи работы:
Получить образцы модифицированных пектинов с разной степенью метоксилирования в диапазоне от 1,2 до 60,2% и охарактеризовать их физико-химические свойства.
Установить количественные параметры максимальной сорбционной активности высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов по отношению к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка.
3.У становить количественные параметры сродства высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов к ионам меди, свинца, кадмия, железа и цинка.
4. Изучить влияние рН на сорбционную емкость пектинов по отношению к тяжелым металлам и на сродство пектинов к тяжелым металлам.
В опытах на экспериментальных животных оценить интенсивность адсорбции ионов свинца в присутствии высокометоксилированных и низкометокси-лированных пектинов.
В опытах на экспериментальных животных оценить способность высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов выводить депонированный в организме свинец.
Изучить технологические процессы гранулирования и прессования образцов пектинов с максимальной сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам.
Научная новизна. В работе приведены количественные характеристики связывания ионов меди, свинца, кадмия, железа, цинка и ртути препаратами высокометоксилированных и низкометоксилированных пектинов. Показано, что при снижении степени метоксилирования с 60,2% до 1,2% максимальная сорбционная емкость пектинов по меди повышается на 28,6%, по свинцу - на 294%, по кадмию -на 222%, по железу - на 70,8%, по цинку - 50,1 %. Установлено, что сродство пектинов к исследованным металлам также зависит от степени метоксилирования пектинов. Сродство тяжелых металлов к пектину со степенью метоксилирования 1,2% снижается в ряду: Pb > Си >Zn > Cd > Fe . При сдвиге рН в щелочную сторону сорбционной емкости по меди, кадмию, свинцу и железу повышается как низкометоксилированных, так и у высокометоксилированных пектинов. Сорбционная емкость пектинов по ртути не зависит от рН среды и степени метоксилирования пектинов.
Показано, что степень метоксилирования карбоксильных групп пектиновой молекулы влияет на интенсивность адсорбции ионов свинца в кишечнике экспериментальных животных и эффективность выведения депонированного в организме свинца через желудочно-кишечный тракт. Образцы высокометоксилированных пектинов и пектинов со степенью метоксилирования более 30% не вызывают достоверного усиления выведения депонированного свинца у крыс.
Практическая значимость. Подобраны условия гранулирования и прессования пектиновой субстанции и получены опытные образцы таблетированной лекарственной формы пектина со степенью метоксилирования около 1,2%, обладающего максимальной металлсвязывающей активностью.
7 Разработана техническая документация, проведена экспертиза и получено свидетельство о государственной регистрации биологически активной добавки к пище на основе низкометоксилированного пектина № 77.99.23.3.У.14117.12.06 от 20.12.2006 г. Материалы и технологические схемы внедрены в производство на Научно-производственной фирме «Востокфарм» (Владивосток).
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Китайско-Российской конференции по фармакологии (Харбин, 2005), Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2006). Материалы диссертации были доложены и обсуждены на заседании Проблемной комиссии по фармакологии, клинической фармакологии и фармации Владивостокского государственного медицинского университета. По результатам обсуждения диссертация была рекомендована к защите.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 печатные работы, в том числе статья в журнале «Биология моря», входящем в список ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация выполнена на 120 страницах текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 3 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы.
Работа содержит 34 рисунка и 15 таблиц. Библиография состоит из 30 отечественных и 200 зарубежных источников.
Физико-химические свойства пектинов
По способности растворяться пектины могут быть двух типов: водорастворимые, или свободные, и водонерастворимые. Растворимость в воде зависит от степени полимеризации, числа и распределения метоксильных групп. Растворимость увеличивается с уменьшением молекулярной массы и увеличением метоксилирования карбоксильных групп. На растворение влияют рН раствора, температура, природа и концентрация растворенных веществ. Часто для повышения растворимости пектина применяют сахарную пудру или порошок D-глюкозы в соотношении 1:5-1:10 (пектин:сахар) (Simpson et al., 1984).
Одно из важным свойств пектинов - их способность образовывать гель в присутствии ионов Са2+ или сахара и кислоты. Гель формируется в результате образования непрерывной трехмерной сети полимерных молекул, поперечно связанных друг с другом в жидкой среде (Lotzkar et al., 1946). В чистых пектиновых гелях такой жидкой фазой является вода. Прочность геля зависит от степени полимери-зации, этерификации и ацетилирования, наличия боковых цепей из нейтральных Сахаров и рН растворов (Yoo et al., 2003). Но механизм образования гелей различен у высокоэтерифицированных и низкоэтерифйцированных пектинов. Первые образуют гели в присутствии кислоты (при рН ниже 3,6) и сахара (обычно .сахароза) в концентрации более 55% по массе, вторые - в присутствии кальция- Образование геля в высокоэтерифицированных пектинах обеспечивают водородные связи и гидрофобные взаимодействия между галактуронановыми цепями (Davies et al., 1980; Walkinshaw et al., 1981). Роль сахара в формировании гелей этих пектинов состоит в стабилизации соединительных зон за счет поддержания гидрофобных взаимодействий между эфирными группами (Oakenfull et al., 1984). ,, Желирование низкоэтерифйцированных пектинов происходит в результате образования в зоне контакта ионных связей через кальциевые мостики между карбоксильными группами, принадлежащими двум разным цепям. Прочность контакта пектиновых цепей усиливается благодаря образованию водородных связей между кислородными атомами гидроксильных групп и пиранозного. кольца, с одной стороны, и ионами кальция - с другой (Lofgren et al., 2006). Взаимодействие между ионами Са2+ и цепями полигалактуроновой кислоты описывается моделью «egg box» («упаковка для яиц»), предложенной для альгинатов (Kohn etal.,pl987). В рас творе длинные извитые молекулы пектина образуют клубок нитейг(цепей). Эти це пи могут располагаться друг от друга на разных расстояниях. Время-от времени участки цепей одной или разных молекул близко подходят друг к другу и образуют зоны контакта. Элементарную ячейку зоны контакта образуют четыре-остатка/га лактуроновой кислоты, по два из двух цепей, и один атом металла.(обычно кальция). Между атомом металла и кислородными атомами пиранозных циклов образуются водородные связи, а между атомом металлами карбоксильными группами ионные связи. Присутствие метиловых групп предотвращает образование зон контакта, а боковые цепи на молекулах пектина препятствует их агрегации (Smidsrod et al., 1971). Чем больше свободных карбоксильных групп и чем меньше: боковых цепей, тем более вероятно, что образуются кальциевые мостики. В целом скорость образования геля и его прочность зависят от степени этерификации пектина, концен 14 трации кальция и рН раствора, хотя при избыточных концентрациях кальция и рН от 3 до 5 гель разрушается, а пектин осаждается в виде пектата кальция. Взаимо-действие пектина с ионами кальция становится незначительным при степени эте-рификации более 45% (Thibault et al., 1985), при этом резко уменьшается прочность геля, либо он вообще не образуется. С уменьшением степени этерификации прочность геля повышается (Kim et al., 1978). Загущающие и желирующие свойства коммерческих амидированных пектинов зависят как от степени амидирования и метоксилирования, так и от распределения амидных и метальных групп в молекуле пектина (Guillotin et а., 2006).
Описанные структурные особенности и физико-химические свойства являются базой для стандартизации пектиновых веществ в качестве фармацевтических субстанций, предназначенных для разработки на их основе новых биологически активных добавок к пище и лекарственных средств. Для характеристики качественных показателей пектиновых образцов предлагают использовать такие параметры, как содержание галактуроновои кислоты, содержание нейтральных Сахаров, степень метоксилирования (Guillotin et al., 2005; Kim et al., 2005), средняя молекулярная масса, характеристическая вязкость и реологические параметры пектиновых растворов (Hokputsa et al., 2004; Mazumder et al., 2004; Tiziani, Vodovotz, 2005). Возможно также использование показателей, характеризующих механические свойства пектинового геля: время гелеобразования, прочность геля, точка плавления и энтальпия плавления (Lubbers, Decourcelle, 2004; Singthong et al., 2004). В некоторых частных случаях для характеристики пектинов применяют значения плотности заряда, молекулярно-массового распределения, содержания феруловой кислоты и ацетильных групп (Buchholt et al., 2004; Hellin et al., 2005).
В экспериментальной фармакологии кроме нативных полисахаридов изучают препараты пектинов, модифицированные тем или иным образом. Например, проводят деэтерификацию растительными или грибными пектинэстеразами, либо воздействуя метанолом при низких рН, после чего образуются пектины, отличающиеся от исходного пектина молекулярной массой, степенью этерификации, содержанием галактуроновои кислоты и нейтральных Сахаров, а таюке присутствием ацетильных групп (Nangia-Makker et al., 2002; Buchholt et al., 2004; Gulfi et al., 2005). Октадецилпектинамиды, полученные из высокоэтерифицированного цитру 15 сового пектина, рассматриваются как перспективные препараты, избирательно абсорбирующие неполярные молекулы и полярные молекулы с неполярными фрагментами (Synytsya et al., 2004).
Выяснение механизмов гелеобразования пектинов необходимо для понимания их фармакологических свойств и, прежде всего, такого важного свойства, как способность связывать в желудочно-кишечном тракте и выводить из организма тяжелые металлы, в том числе радионуклиды (Хотимченко и др., 2005). Эти металлы, например, свинец, кадмий, ртуть и другие, также как и ионы кальция взаимодействуют с молекулами низкоэтерифицированного пектина и образуют с ними прочные комплексы. Для других сорбатов, например, желчных кислот характерны иные механизмы сорбции, в частности, гидрофобные механизмы, взаимодействие через кальциевые, алюминиевые или железные мостики либо связывание с высвобождающимися протонами (Dongowski, 1995). Наряду с энтеросорбционными свойствами пектины обладают и другими менее известными, но не менее важными фармакологическими эффектами, которые представляют большой интерес для специалистов в различных областях медицины и диетологии.
Характеристика экспериментальных животных
Пектины (от греч. pektos - свернувшийся, сгущенный, замерзший) - это полисахариды, входящие в состав клеточных стенок высших растений. Во многих растениях пектины содержатся в межклеточном слое между первичными клеточными стенками, где они участвуют в регуляции движения воды и клеточных соков (Schroder et al., 2004). Будучи частью клеточной стенки и основным компонентом срединной пластинки, пектины осуществляют межклеточную адгезию в растительных тканях (Muralikrishna et al., 1994), обеспечивают их тургор и текстуру (Рагге, Geitmann, 2005; Brummell, 2006; Krzeminski et al., 2006), а также устойчивость к болезнетворным факторам (Vorwerk et al., 2004).
Содержание пектинов в различных растениях неодинаково; в яблоках оно составляет 0,5-1,6% от сырой массы, в бананах - 0,7-1,2%), в плодах томатов - 0,2-0,6%, в ананасах- 0,04-0,13%, в мякоти лимонов - 2,5-4,0%, в свекле - около 1,0%, в корочках апельсинов - 3,5-5,5%) (Renard et al., 1993; Thakur et al., 1997); зрелые головки подсолнуха содержат 3,3-5,0%) водорастворимого высокометоксилирован-ыого пектина и 11,9-14,3% нерастворимого низкометоксилированного пектина (Lin et al., 1975). Несмотря на то, что пектины встречаются практически во всех растениях, источниками коммерческого пектина являются главным образом яблочные выжимки, кожура цитрусовых плодов, корнеплоды сахарной свеклы и соцветия подсолнечника (Thakur et al., 1997). Кроме того, отдельные растения могут стать источниками необычных по строению пектинов. Так морские травы рода Zostera содержат пектины, называемые зостерином, характеризующиеся очень низкой степенью метоксилирования (Лоенко и др., 1997), а в кожуре желтых плодов пассифлоры Passiflora edulis обнаружены низкометоксилированные пектины с незначительным содержанием нейтральных Сахаров (Yapo, Koffi, 2006).
Основная область использования пектинов - пищевая промышленность. В качестве пищевой добавки применение пектинов разрешено во всех странах. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам рекомендует пектин как безопасную добавку без ограничения приемлемого ежедневного потребления (FAO, Nutrition Meetings, 1969). Во многих продуктах пектин используется как же-леобразователь, загуститель, эмульгатор и стабилизатор (Bonnet et al., 2005; Liu et al., 2006; Nilsson et al., 2006), а также как заменитель жира или сахара в низкокалорийных диетах (Tiwary et al., 1997).
В последние годы интерес к растительным полисахаридам, в целом, и к пектиновым веществам, в частности, возрос благодаря работам, в которых были показаны новые возможности применения пектинов как в медицинской, так и в фармацевтической практике. В настоящем обзоре приведены сведения о строении и физико-химических свойствах пектинов, с которыми связаны их фармакологические эффекты, и рассмотрены направления применения пектинов в медицине и фармации.
Методы получения пектинов в общих чертах схожи и состоят из следующих этапов: а) гидролиз сырья и экстракция пектина раствором минеральной или органической кислоты (лимонной, щавелевой); б) отделение и очистка экстракта пектина; в) осаждение пектина из экстракта спиртом (этиловым, изопропиловым) или солями алюминия; г) отжим и промывание осадка пектина нейтральным или подкисленным спиртом (для удаления алюминия); д) сушка и измельчение полученного пектина (Hoebler et al., 1989; Renard et al., 1991; Хотимченко и др., 2001; Hok-putsa et al., 2004). Условия экстракции в зависимости от сырья могут различаться по рН, температуре, продолжительности экстракции, соотношению растворитель/растворенное вещество и способам предэкстракционной обработіш сырья (Robert et al., 2006).
Сорбционная способность пектинов различной степени метоксилирования по отношению к меди
Как и другие полисахариды, пектины являются гетерогенными по химической структуре и молекулярной массе. Их состав различается в зависимости от сырья, места произрастания растения и условий выделения (Chang et al., 2000). Полимерная цепь пектинов состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, которые соединены друг с другом а(1- 4)-связью. Коммерческие пектины имеют молекулярную массу около 80000, что соответствует приблизительно 400 остаткам галактуроновой кислоты (Pilnik et al., 1985). Между блоками галактуроновой кислоты на разных расстояниях друг от друга располагаются остатки L-рамнозы (рамнопира-нозы), соединенные с галактуроновой кислотой а(1—»2)-связью, вследствие чего цепь пектина изгибается примерно на 90 и в целом имеет зигзагообразный вид. Наличие рамнозы в молекуле пектина обосновывает его другое более правильное название - рамногалактуронан (O Neill et al., 2004).
От основной линейной цепи рамногалактуронана берут начало боковые цепи, состоящие из нейтральных Сахаров, чаще всего арабинозы и галактозы (Inngjerdingen et al., 2005). Арабинановая, галактановая и арабиногалактановая боковые цепи соединены с рамнозой [1— 4] связью. Остатки арабинозы соединяются между собой [1— 5] связью, а галактозные - [1—» 4], хотя встречаются [1— 3] и [1— 6] связи. Реже встречаются D-галактопираноза, L-арабинофураноза, D-ксилопираноза, D-глюкопираноза и L-фукопираноза и очень редко - D-апиоза, 2-0-метил-D-ксилоза и 2-О-метилфукоза (Darvill et al.,1978; de Vries et al.,1982; Ovodova et al., 2005). В листьях Diospyros kaki содержатся пектины, в которых боковые цепи из арабино-3,6-галактана присоединены к основной оси молекулы через 0-4 рамнопиранозы и О-З галактопиранозы, а остатки ксилозы непосредственно соединены с атомом 0-4 рамнозы (Duan et al., 2004). Обычно боковые цепи включают от 8 до 20 молекул нейтральных Сахаров (Darvill et al., 1978), и на их долю приходится 10-15% массы пектина (Thibault et al., 1986). Посредством боковых цепей молекулы пектина образуют связи с микрофибриллами целлюлозы, обеспечивая функции цементирующего материала для волокон целлюлозы (Ulvskov et al., 2005; Zykwinska et al., 2005).
Таким образом, пектиновый полисахарид обладает сложной структурой, но обычно его подразделяют на гомогалактуронан (ГГ), рамногалактуронан І (РГ I), рамногалактуронан II (РГ II) и ксилогалактуронан, которые были выделены из первичных клеточных стенок и структурно охарактеризованы. Их относительное количество неодинаково у разных видов и клеточных типов. ГГ является линейной цепью, состоящей из остатков a-D-галактопиранозилуроновой кислоты, соединенных 1,4-связью, в которой некоторые карбоксильные группы этерифицированы метиловым спиртом. В разных растительных источниках ГГ может быть частично О-ацетилирован и содержать другие еще не идентифицированные эфиры. РГ I являются группой пектиновых полисахаридов, основная ось которых состоит из чередующихся блоков дисахарида [— 2)-ос-Ь-рамнопираноза-(1 — 4)-oc-D галактопиранозилуроновая кислота-(1]. Осевые остатки a-D галактопиранозилуроновой кислоты могут быть О-ацетилированы на С-2 и/или С-3, и пока нет сведений, что они могут быть этерифицированы метиловым спиртом. От 20 до 80% рамнопиранозы содержат на С-4 боковые цепи, состоящие из нейтральных и кислых олигосахаридов (Obro et аі., 2004). РГ II является замещенным галактуронаном и в клеточных стенках всех высших растений находится преимущественно в виде димера, который поперечно сшит боратным диэфиром. РГ И содержит по крайней мере двенадцать различных гликозиловых остатков, включая необычные сахара, такие как 3-С-карбокси-5-дезокси-Ь-ликсоза (aceric acid), апио-за, 2-О-метилксилоза и 2-О-метилфукоза, которые соединены друг с другом более чем 20-тью различными гликозидными связями. Ось РГ II состоит, по крайней мере, из семи остатков a-D-галактопиранозилуроновой кислоты, некоторые из которых могут быть метоксилированы. Два структурно различающихся дисахарида присоединены к атому С-3 основной оси и два структурно различающихся октаса-харида присоединены к С-2 (Pellerin, O Neill, 1998). Формирование димера приводит к поперечной сшивке двух цепей ГГ, на которых происходит сборка молекул РГ II и которые необходимы для формирования трехмерной пектиновой решетки. Эта решетка обеспечивает механические свойства первичной стенки и нормальный, рост растений (O Neill et аі., 2004).
Гранулирование порошкообразного петина
Пектин синтезируется в везикулах аппарата Гольджи и в его образовании участвует большое количество ферментов, среди которых гликозилтрансферазы, метилтрансферазы, ацетилтрансферазы и ферулоилтрансферазы. Недавно были идентифицированы галактуронозилтрансфераза 1, фермент синтеза пектина, и две формы ксилозилтрансферазы (1 и 2), которые участвуют в образовании боковых цепей РГ. Получены также доказательства существования глюкуронозилтрансфе-разы 1, вовлеченной в образование РГ II, арабинозилтрансферазы 1, вовлеченной в образование арабинана, и ксилозилтрансферазы 1, вовлеченной в образование кси-логалактуронана (Scheller et аі., 2007).
Различают высокоэтерифицированные (высокометоксилированные) и низко-этерифицированные (низкометоксилированные) пектины. Метоксилированным пектин считается в том случае, когда карбоксильные группы остатков галактуроно 12 вой кислоты этерифицированы метиловым спиртом. Чем больше таких групп в полимерной цепи пектина, тем выше степень этерификации (метоксилирования), и наоборот. Высокометоксилированные пектины характеризуются степенью этерификации более 50%, а низкометоксилированные - менее 50%. В самих растениях степень этерификации пектинов регулируется пектинметилэстеразами клеточной стенки (Saher et al., 2005). Первоначально пектин секретируется в высокометокси-лированной форме и затем подвергается деэтерификации пектинметилэстеразами (Di Matteo et al., 2005).
Если деэтерификация пектина производится аммиаком, то часть ионов водорода карбоксильных групп замещается амидными группами (NH2). Такой пектин называют амидированным, и в некоторых странах существуют ограничения на суточное потребление амидированных пектинов (Булдаков, 1996).
Показано, что арабинановые и галактановые боковые цепи свекловичных пектинов этерифицируются остатками феруловой кислоты, которые in vivo могут окисляться с образованием дегидродиферулатов, через которые в клеточной стенке арабинаны и галактаны образуют ковалентные внутри- и межмолекулярные связи (Ralet et al., 2005). Пектины относятся к группе так называемых некрахмальных полисахаридов, которые в разных источниках обозначаются терминами «плохо перевариваемые углеводы» (low-digestible carbohydrates) или как «пищевые», или «диетические, волокна». Термин «пищевые волокна» (в англоязычной литературе - «dietary fiber») впервые использовал Hipsley в 1953 г. для обозначения растительных клеточных стенок, находящихся в пищевых продуктах, которые, как он считал, обеспечивают защитный эффект от токсемии при беременности (Asp, 1995). В 1971 г. Burkitt высказал гипотезу о связи дивертикулеза, аппендицита и рака толстой кишки с низким потреблением грубых волокон в странах Запада. В 1972 г. Trowell вновь применил термин пищевые волокна при описании обнаруженной им закономерной зависимости частоты встречаемости ожирения, сахарного диабета и сердечнососудистых болезней от потребления волокон. Он же определил пищевые волокна как часть пищи, которая произошла от клеточных стенок растений и которая плохо переваривается в организме человека. Его другое определение — «это скелетные остатки растительных клеток, которые устойчивы к гидролизу ферментами человека» (Trowell, 1972а, Ь). Важными компонентами пищевых волокон являются полисахариды, образующие как линейные, так и разветвленные цепи. Часть полисахаридов, состоящих из остатков D-глюкозы, соединенных 1—»4 и 1—»6 сс-гликозидными связями (крахмалы), гидролизуются амилазами слюнных и панкреатических желез млекопитающих, абсорбируются в тонкой кишке и вместе с моно- и дисахаридами составляют так называемые доступные, или усваиваемые, углеводы. Другая часть полисахаридов (некрахмальные полисахариды) не гидролизуется амилазами, не абсорбируется в кровь и частично или полностью подвергается ферментной деградации микрофлорой толстой кишки (Gibson et al., 1990; Tigemeyer et al., 1991; Asp, 1995). Установлено, что состав и количество метаболитов кишечной флоры зависит от молекулярной массы и степени метоксилирования потребляемых с пищей пектинов (Dongowski, Lorenz, 2004). Основными пектолитическими ферментами являются экзопектатгидролаза, эндопектатлиаза и 2-кето-3-дехокси-6-фосфоглюконатальдолаза (Sirotek et al., 2004).
Первый эффект, который оказывают пектины после приема, связан с изменением вязкости содержимого желудка и кишечника, что приводит к замедлению желудочно-кишечного транзита. Этот эффект влияет на абсорбцию пищевых Сахаров и липидов и уменьшает биодоступность микроэлементов и некоторых других компонентов химуса. После прохождения по тонкой кишке пектины ферментируются в толстой кишке анаэробными бактериями с образованием короткоцепочных жирных кислот. В толстой кишке в результате бактериальной деградации пектинов увеличивается объема стула, ускоряется транзит содержимого по толстой кишке и усиливается образование кишечных газов. Благодаря сильной водоудерживающей способности пектины увеличивают содержание воды в стуле (Plaami, 1997).
Короткоцепочные жирные кислоты улучшают микроциркуляцию в стенке толстой кишки и усиливают моторную функцию кишечника, ограничивая тем самым обсеменение тонкой кишки рефлюксирующим содержимым толстой кишки (Kamath et ah, 1988). В опытах на животных с экспериментальным колитом, вызванным энтеральным введением раствора сульфатированного декстрана натрия, пектин в количестве 2,5% от суточного рациона увеличивал высоту ворсинок и глубину крипт тонкой кишки и повышал уровень энтероглюкагона в плазме. Предварительное введение бутирата натрия блокировало развитие декстранового колита. Кроме того, в условиях in vitro бутират натрия дозо-зависимым образом инги-бировал секрецию интерлейкина-8 клетками НТ-29 (линия эпителиальных клеток кишечника человека), вызываемую а-фактором некроза опухолей (Andoh et ah, 1999). Пектины стимулируют также синтез микрофлорой кишечника полиаминов (путресцина, спермидина и кадаверина), обладающих противовоспалительной активностью (Noack et ah, 1998). Препарат "пронутрин", представляющий собой пектин-лецитиновый комплекс, исследовали на лошадях, у которых были выявлены эрозии слизистой и язвы желудка. В дозе 300 г в день препарат за 10 дней оказал достоверное лечебное действие, проявляющееся в редукции или исчезновении эрозий и язв (Venner et al., 1999). Показано также, что пектины обладают регулирующим эффектом на иммунную систему кишечника. В экспериментах на крысах они достоверно повышали уровень у-интерферона в лимфоцитах мезентериальных лимфоузлов и иммуноглобулинов Е, A, G и М в сыворотке крови (Lim et al.,1998), а также стимулировали лизосомальную активность периферических фагоцитов (Popov et al.,1999).
Клинические наблюдения на больных с язвой двенадцатиперстной кишки показали, что препарат "коллоидный висмут пектин" эффективен в лечении Helicobacter /ту/оп-позитивной дуоденальной язвы (Nie et al., 1999). Вместе с гидроокисью алюминия и окисью магния пектины рекомендованы для лечения язв желудка и двенадцатиперстной кишки (Thakur et al., 1997).
Известно, что бактерии, участвующие в ферментации полисахаридов, могут синтезировать витамины. Показано, что в отличие от целлюлозы цитрусовый пектин, вводимый крысам, находящимся на диете с дефицитом фолиевой кислоты, достоверно повышал уровень этого витамина в плазме, эритроцитах и в стенке слепой кишки и одновременно снижал уровень гомоцистеина (Thoma et al, 2003).
