Florotaniny - Phlorotannin

Struktura chemiczna tetrafukolu A, florotaniny typu fukol, występującej w brunatnicy Ascophyllum nodosum .
Durvillaea antarctica , brunatna alga zawierająca florotaniny.

Florotaniny są rodzajem garbników występujących w algach brunatnych, takich jak wodorosty morskie i algi czy gatunki sargassacean , a w mniejszej ilości także w niektórych krasnorostach . W przeciwieństwie do hydrolizowalnych lub skondensowane taniny, związki te są oligomery z floroglucynę (polyphloroglucinols). Ponieważ nazywane są garbnikami, mają zdolność wytrącania białek. Zauważono, że niektóre florotaniny mają zdolność utleniania się i tworzenia wiązań kowalencyjnych z niektórymi białkami. W przeciwieństwie do tego, w podobnych warunkach eksperymentalnych trzy typy tanin lądowych (procyjanidyny, profisetynidyny i galotaniny) najwyraźniej nie tworzyły kowalencyjnych kompleksów z białkami.

Te związki fenolowe są integralnymi składnikami strukturalnymi ścian komórkowych brunatnic, ale wydają się również odgrywać wiele innych drugorzędnych ról ekologicznych, takich jak ochrona przed promieniowaniem UV i obrona przed wypasaniem.

Biosynteza i lokalizacja

Większość biosyntezy florotanin jest wciąż nieznana, ale wydaje się, że powstają one z floroglucynoli poprzez szlak octan-malonian.

Znajdują się w komórce w małych pęcherzykach zwanych fizody, gdzie rozpuszczalna, polarna frakcja jest sekwestrowana, oraz jako część ściany komórkowej , gdzie są nierozpuszczalne i działają jako składnik strukturalny. Wiadomo, że ich koncentracja jest wysoce zmienna wśród różnych taksonów, a także na obszarze geograficznym, ponieważ reagują plastycznie na różne czynniki środowiskowe. Brązowe algi również wydzielają florotaniny w otaczającej wodzie morskiej.

Zaproponowano, że florotaniny są najpierw sekwestrowane w fizody pod ich polarną, reaktywną postacią, zanim zostaną utlenione i skompleksowane z kwasem alginowym ściany komórkowej brunatnicy przez peroksydazę . Do chwili obecnej (2012) niewiele wiadomo na temat syntezy florotanin. Od wielu lat badano powstawanie fizody, pęcherzyków zawierających związki fenolowe. Uważano, że te składniki cytoplazmatyczne są syntetyzowane w chloroplastach lub jego błonie, ale nowsze badania sugerują, że powstawanie może być związane z retikulum endoplazmatycznym i ciałami Golgiego .

Przydział florotanin między tkankami zmienia się wraz z gatunkiem.

Lokalizację florotanin można badać pod mikroskopem świetlnym po wybarwieniu waniliną-HCl dającą kolor pomarańczowy. Ultrastrukturalną lokalizację physodes można badać za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej w próbkach utrwalonych pierwotnie w 2,5% aldehydzie glutarowym oraz z dodatkowym utrwaleniem 1% tetratlenkiem osmu . Do barwienia można użyć octanu uranylu i cytrynianu ołowiu .

Ekstrakcja i testy

W wielu badaniach, w których izoluje się pojedyncze florotaniny, wyekstrahowane florotaniny są acetylowane bezwodnikiem octowym – pirydyną, aby chronić je przed utlenianiem. Wydaje się, że zarówno obniżenie temperatury, jak i dodanie kwasu askorbinowego zapobiegają utlenianiu.

Typowymi testami do ilościowego oznaczania florotanin w próbkach są testy Folina-Denisa i błękitu pruskiego . Bardziej specyficzny test wykorzystuje 2,4-dimetoksybenzaldehyd (DMBA), produkt, który reaguje specyficznie z 1,3- i 1,3,5-podstawionymi fenolami (np. florotaninami), tworząc barwny produkt.

Różnorodność strukturalna

Eckol , florotanina występująca u gatunków z rodzaju Ecklonia .

System nomenklatury florotanin morskich został pierwotnie wprowadzony przez Glombitza.

Florotaniny są klasyfikowane według ułożenia monomerów floroglucynolu. Znanych jest ponad 150 związków o masie cząsteczkowej od 126 Da do 650 kDa . Większość z nich znajduje się między 10 a 100 kDa.

Są one rozmieszczone w sześciu głównych podgrupach: fukole, floretole, fukofloretole, fuhalole i eckole, które występują tylko w Alariaceae .

W zależności od typu połączenia, florotaniny można podzielić na cztery podklasy, tj. florotaniny z wiązaniem eterowym (fuhalole i floretole, fuhalole zbudowane są z jednostek floroglucynolu, które są połączone para- i orto-ułożonymi mostkami eterowymi zawierającymi jedną dodatkową grupę OH w co trzeci pierścień), z wiązaniem fenylowym (fukole), z wiązaniem eterowym i fenylowym (fukofloretole) oraz z wiązaniem dibenzodioksynowym w ekkolach i karmalolach (pochodne floretoli zawierające ugrupowanie dibenzodioksynowe), z których większość ma chlorowcowanych przedstawicieli w kolorze brązowym glony.

Przykłady phlorotannins są fucodiphlorethol G z wodorostów Ecklonia cava , eckol z Ecklonia gatunków lub phlorofucofuroeckol-B z Eisenia arborea .

Różnorodność strukturalną cząsteczek o wyższych masach cząsteczkowych można zbadać za pomocą techniki „EDIT” Carbon-13 NMR .

Role

Funkcje florotanin są nadal aktualnym przedmiotem badań (2012). Wykazują role pierwszorzędowe i drugorzędne , zarówno w skali komórkowej, jak i organizmu.

Główne role

Strukturalny

Podstawową rolą tych związków polifenolowych jest strukturalna rola florotanin w ścianie komórkowej brunatnicy . Ta podstawowa rola może jednak nie być główną rolą florotanin, ponieważ badania pokazują, że są one bardziej obfite w cytoplazmie lub w postaci wysiękowej niż w ścianie komórkowej.

Rozrodczy

Wydaje się, że florotaniny cytoplazmatyczne oraz wysiękowe odgrywają rolę w rozmnażaniu glonów, przyczyniając się do tworzenia ściany komórkowej zygoty i być może unikając wielokrotnego zapłodnienia poprzez hamowanie ruchu plemników.

Role drugorzędne

Zgodnie z modelem równowagi składników odżywczych węgla , florotaniny, które są głównie cząsteczkami węgla pozbawionymi azotu, są produkowane z większą wydajnością w lekkim środowisku. Światło ma większe znaczenie niż dostępność azotu.

Badania wykazały, że florotaniny wydają się działać jako ochrona dla alg brunatnych na wiele sposobów. Oto kilka przykładów.

Obrona antyherbivory

Strategia wytwarzania florotaniny może być konstytutywna lub indukowalna . Ponieważ badania wykazały, że roślinożerność może indukować produkcję florotaniny, zasugerowano, że mogą one odgrywać rolę w obronie glonów. Jednak wyniki innych badań sugerują, że odstraszająca rola florotanin w roślinożerności jest silnie zależna zarówno od glonów, jak i gatunków roślinożernych. U Fucus vesiculosus to raczej galaktolipidy niż florotaniny działają jako roślinożerne środki odstraszające jeżowca Arbacia punctulata .

przesiewanie UV i metali ciężkich

Florotaniny znajdują się głównie na obrzeżach komórek, jako składniki ściany komórkowej. Przyczyniają się również do absorpcji światła UV-B (od 280 do 320 nm) i wykazują maksima absorbancji przy 200 i 265 nm, odpowiadające długościom fal UV-C . Badania wykazały również, że intensywność światła słonecznego jest związana z produkcją florotanin w naturalnych populacjach Ascophyllum nodosum i Fucus vesiculosus . Z tych powodów sugerowano, że florotaniny działają jako substancje fotoochronne. Dalsze badania z Lessonia nigrescens i Macrocystis integrifolia wykazały, że zarówno promieniowanie UV-A, jak i UV-B mogą indukować rozpuszczalne florotaniny oraz że istnieje korelacja między indukcją florotanin a zmniejszeniem hamowania fotosyntezy i uszkodzeń DNA, dwóch głównych skutków promieniowania UV na tkankach roślinnych. Fakt, że florotaniny są wydzielane w otaczającej wodzie, umożliwia im zmniejszenie ekspozycji na promieniowanie UV na mejospory wodorostów , fitoplankton i innych mieszkańców lasów wodorostów, gdzie biomasa glonów brunatnych jest wysoka, a ruch wody niewielki.

Mogą również brać udział w sekwestracji metali takich jak jony metali dwuwartościowych Sr 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Be 2+ , Mn 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ i Cu 2+ . Jeśli właściwości chelatujące florotanin zostały wykazane in vitro , badania in situ sugerują, że ta cecha może być specyficzna dla gatunku.

Efekt glonobójczy

Badania wykazały, że florotaniny mogą działać jako algicyd przeciwko niektórym gatunkom bruzdnic.

Właściwości terapeutyczne

Wykazano, że florotaniny mogą mieć właściwości przeciwcukrzycowe, przeciwnowotworowe, przeciwutleniające, przeciwbakteryjne, radioochronne i przeciw HIV. Brakuje jednak badań in vivo nad wpływem tych związków, większość z nich została dotychczas przeprowadzona in vitro . Odnośnie właściwości przeciwalergicznych, przeprowadzono badanie in vivo wpływu tych związków.

Bibliografia

Zewnętrzne linki