ФІКОКОЛОЇДИ

ФІКОКОЛОЇДИ — унікальні біополімерні полісахариди, що накопичуються у клітинних оболонках і міжклітинниках червоних (лат. Rhodóphyta) та бурих (лат. Phaeophyta) водоростей (роди Gracilaria Grev., Geudium Lamour., Ahnfeltia Fries, Chondrus Stack., Phyllophora Grev., Laminaria hyperborea, Fucus distichus). У таломах водоростей Ф. є первинними компонентами клітинних стінок і позаклітинного матриксу, відіграють роль «скелета» і забезпечують міцність і гнучкість тканин. Єдиної класифікації Ф. не створено, але їх можна розподілити за хімічною будовою. Залежно від того, які метали беруть участь в утворенні альгінатів, вони можуть бути розчинними у воді (солі одновалентних металів) або нерозчинними (солі полівалентних металів, крім магнію), також існують сульфітовані похідні. Ф. — складна суміш полісахаридів, які не розчиняються в холодній воді, але добре розчиняються в киплячій з утворенням колоїдних систем. Співвідношення гіалуронової та мануронової кислот визначає фізико-хімічні характеристики полісахаридів: здатність утворювати в’язкі водні розчини, гомогенізуючі та емульсійні властивості. З червоних водоростей отримують агар, агароїд, агарозу, фарабіозу, агаропектин, карагінан, галактан, манан; з бурих водоростей — альгінову кислоту, альгінати, фукоїдани, ламінарани, фукани. До сульфітованих галактанів червоних водоростей відносять агар, карагінан, які утворюються із дисахаридних ланок, що повторюються [А→В]n, при цьому у положенні А — завжди є 3-зв’язана β-D-галактопіраноза, а у положенні В — 4-зв’язана α-галактопіраноза чи 3,6-ангідрогалактопіраноза, яка має L- або D-конфігурацію. Гідроксильні групи можуть бути метильовані, сульфатовані, глікозильоровані залишками D-ксилози, 4-О-метил-L-галактози, D-глюкуронової кислоти і можуть брати участь в утворенні циклічних кеталей піровиноградної кислоти.

Альгінова кислота та її солі наявні в основному у морських бурих водоростях, в яких вона становить основну частину полісахаридів, досягаючи 40% сухої маси, а також у червоних водоростях родини Corallinaceae. Відомо, що бактерії, які належать до родів Pseudomonas і Azotobacter, містять ацетильовані альгінати. Альгінова кислота складається із залишків β-D-мануронової і α-L-гулуронової кислот, з’єднаних (1→4)-зв’язками. Полімерна нитка альгінатів складається з гомополімерних полімануронових і полігулуронових ділянок, чи блоків, між якими можуть бути залишки обох кислот, які чергуються. З полівалентними металами альгінова кислота утворює кілька типів альгінатів. У повних альгінатів усі карбоксильні групи пов’язані з катіонами. Такі альгінати нерозчинні у воді. Неповні альгінати можуть бути розчинні та нерозчинні у воді. Водночас повні альгінати одновалентних металів добре розчиняються у воді й утворюють в’язкі, клейкі розчини. В’язкість альгінату надають залишки мануронової кислоти. До розчинних альгінатів належать солі калію, натрію, магнію й амонію. Альгінати можуть бути монокатіонними, коли в їх утворенні беруть участь катіони одного металу, і полікатіонними — утворюються з катіонами декількох металів. Альгінова кислота нерозчинна у воді та в більшості органічних розчинників, але одна частина альгінової кислоти адсорбує 300 масових часток води, тому невелика кількість альгінатів, потрапивши у ШКТ, дуже розбухає й утворює гелі. Хімічна структура та іонообмінні властивості альгінової кислоти визначають її сорбційну і кровоспинну дію, здатність впливати на рецепторну активність клітин травного тракту. Альгінати розглядаються нині як перспективне джерело харчових волокон, які виявляють ентеросорбуючу дію, нормалізують роботу товстої кишки і зумовлюють сприятливу дію при гастроентерологічних, серцево-судинних захворюваннях та цукровому діабеті. Суміш водорозчинних та водонерозчинних альгінатів застосовують як сполучну речовину в сухих таблетках. Альгінати у вигляді волокон (суміш альгінату натрію та кальцію) використовують для первинної обробки ран, опіків. Альгінат кальцію сприяє виведенню з організму радіоактивного стронцію та важких металів. Зв’язування радіонуклеїдів і металів ефективне лише в тому разі, коли вони містяться у травній системі. Альгінат кальцію використовують у зубопротезній практиці — при виготовленні форм. У косметиці альгінати використовують як стабілізатори емульсій у кремах та лосьйонах, як середовище для приготування кремів, мазей, помад, як стабілізатор мила, шампунів. Широко застосовують альгінову кислоту і альгінати у хімічній промисловості для стабілізації розчинів і суспензій, у виробництві клеїв, лаків, фарб, пластмас, синтетичних волокон, у виробництві консервів, морозива, фруктових соків, хлібо-булочних і кондитерських виробів, при виготовленні будівельних матеріалів, у книгодрукуванні, текстильній, фармацевтичній промисловості (при виготовленні розчинних хірургічних ниток, паст, лікувальних мазей, біопротекторів тощо), у парфумерії, ливарному виробництві, електрозварюванні та інших галузях.

Джерелом карагінану є червоні водорості, що належать до родин Gigartinaceae, Solieriaceae, Rhabdoniaceae, Hypneaceae, Phyllophoraceae, Petrocelidaceae, Caulacanthaceae, Cystocloniaceae, Rhodophyllidaceae, Furcellariaceae, Tichocarpaceae і Dicranemataceae. Карагінани — сульфатовані галактани, що містять D-галактозу і її похідні, залишки яких з’єднані β-(1→4)- і α-(1→3)-зв’язками, що регулярно чергуються. 4-О-заміщений залишок карагінанів може бути як галактозою, так і її 3,6-ангідропохідним, а різні гідроксильні групи можуть бути сульфатовані. Регулярні полісахариди, молекули яких побудовані із дисахаридних повторювальних ланок одного типу, отримали власні назви. Так, установлено декілька «граничних», або ідеалізованих, структур карагінану, що дозволило розділити їх на типи, які розрізняються вмістом 3,6-ангідро-галактози, місцеположенням і кількістю сульфатних груп. Відповідно до структурних особливостей повторюваної ланки виділяють 6 головних типів карагінану: κ, λ, ι, ν, μ і θ. Карагінани μ, ν і λ можуть бути перетворені відповідно на κ-, ι- і θ-карагінани лужною чи ферментативною модифікацією. Однак реальні природні полісахариди рідко відповідають таким ідеалізованим структурам; зазвичай спостерігаються комбінації двох або більше граничних структур в одній полімерній молекулі. Карагінани утворюють щільні гелі або надають рідким розчинам та емульсіям в’язкості й густини, вони не розщеплюються у ШКТ людини і виконують функції харчових волокон. За своєю хімічною будовою карагінани є гідроколоїдами, лінійними полісахаридами. При концентрації 0,06% карагінани використовують для стабілізації розчинів, а 2% розчини — як слабкі гелі. Застосовують у косметології та фармації як ущільнювачі та стабілізатори емульсій, особливо при змішуванні олій та рідин, при виробництві кремів, шампунів, мила, масок для обличчя, зубної пасти тощо.

Фукоїдани є складними сульфатованими полісахаридами, наявними в бурих морських водоростях, в яйцях морських їжаків і в стінці тіла кукумарій. Стрижневий ланцюг фукоїдану складається із залишків L-фукози, з’єднаних α(1→3)-зв’язками із сульфатними групами в 4-му положенні на деяких залишках фукози. До цього полімеру приєднуються інші залишки фукози, що формують точки розгалуження через α(1→2)- або α(1→4)-зв’язки. Відзначено також наявність у фукоїдані невеликої кількості інших цукрів, таких як ксилоза, галактоза, маноза і глюкуронова кислота. Структурна різноманітність природних фукоїданів значно вища, ніж вважалося раніше. Навіть види одного роду бурих водоростей можуть містити полісахариди, які кардинально розрізняються за структурою та біологічною активністю. Комплекс сульфатованих полісахаридів, які вилучають із цього виду водоростей, може містити кілька різних за структурою полісахаридів. Біологічна активність досліджених фукоїданів залежить від наявності структурних елементів полісахаридних молекул. Структура головного ланцюга фукоїдану не є фактором, що визначає тип біологічної активності. На сьогодні Ф. червоних водоростей, так само, як і бурих, є найважливішими продуктами, які одержують із морських водоростей. Знання про властивості Ф. розширюються, що відкриває нові можливості їх застосування в біотехнології та фармації. Ф. застосовують у харчовій, фармацевтичній, хімічній, текстильній, целюлозно-паперовій промисловості, у біотехнології, медицині, мікробіології, парфумерії. Ф. мають цілий спектр біологічної активності, для них характерні імуномодулюючі, противірусні, радіопротекторні, протипухлинні, антикоагулянтні, антибактеріальні, протизапальні властивості. Для фукоїданів характерна додаткова дія, а саме — антиангіогенна, контрацептивна. Результати останніх експериментальних досліджень показали, що карагінани, фукани знижують рівень холестерину у сироватці крові, що корисно при лікуванні серцево-судинних захворювань.

Парчевский В.П., Шошина Е.В. Фикоколлоиды красных и бурых водорослей // В кн.: Промысловые и перспективные для использования водоросли и беспозвоночные Баренцева и Белого морей / Ред. Г.Г. Матишов. — К., 1998; Фармакология некрахмальных полисахаридов / Ю.С. Хотимченко, И.М. Ермак, А.Е. Бедняк и др. // Вестник ДВО РАН. — 2005. — № 1; Industrial gums / W.H. McNeely, D.J. Pettitt; Еd. R.L. Whistler, 2nd ed. — N.Y., 1973; Percival E., Mc Dowell R.H. Chemistry and enzymology of marine algal polysaccharides. — L-N.Y., 1967.