Введение к работе
Актуальность проблемы. Гетерополисахариды галакгомагакшы относятся к группе запасных полисахаридов растений. У бобовых они локализованы в клеточных стенках эндосперма семян и являются наиболее распространённым типом углеводного резерва. Именно этим они вызывают наибольший теоретический интерес. Однако галактоманнаны полифункциональны (Buckeridge, Reid, 1996): кроме запасной они несут функцию субстанции аттрагирующей, т.е. удерживающей воду при набухании семян, а благодаря значительной плотности многих галактоманнанов, локализованных по периферии зародыша, им ещё придают и защитную функцию.
Практическое значение галактоманнанов сопоставимо с академическим интересом, который они вызывают. По масштабу использования в различных отраслях промышленности галактоманнаны и их производные занимают первое место после целлюлозы и крахмала. Эти полисахариды, благодаря уникальным свойствам своих водных растворов и отсутствию токсичности, используются в пищевой, текстильной, фармацевтической промышленности и медицине в качестве пищевых добавок, стабилизаторов, флоккулянтов, загустителей и гелеобразователей (в бинарных смесях).
В то же время информационный массив охватывает галактоманнаны (ГМ) бобовых в основном тропического и субтропического поясов (Farooqi et al., 1985; Buckeridge et al., 1995), тогда как галактоманнаны бобовых умеренных широт исследованы явно недостаточно. Так, па сегодняшний день полностью отсутствует информация о химическом составе и полезных свойствах 74% представителей сем. бобовых, произрастающих на территории бывшего СССР (всего 2192 вида) (Растительные ресурсы, 1994). Данная тенденция
в полной мере характерна и для флоры России. В 1987 г. в лаборатории углеводов Института биохимии им. А.Н. Баха начались работы по изучению галактоманнананов семян бобовых флоры СССР (ГЦербухин, Смирнова и др., 1987), благодаря чему была исследована целая группа галактоманнанов отечественной флоры. Становилось актуальным провести химический скрининг бобовых при достаточно репрезентативной выборке представителей различных таксонов семейства бобовых флоры России. Получить информацию о распространении галактоманнананов среди бобовых, произрастающих в зоне умеренного климата. Выделить новые галактоманнаны и исследовать их моносахаридныи состав, химическую структуру и физико-химические свойства. Изучить, по возможности, тонкое строение макромолекул изолированных галактоманнанов. Другой немаловажной мотивацией работы являлось, как её следствие, расширение базы данных по основным характеристикам галактоманнанов бобовых мировой флоры для более репрезентативных хемотаксономических и филогенетических обобщений. Исходя из этого были сформулированы задачи исследования:
Цели и задачи исследования.
Химический скрининг, включающий выделение и определение мономерного состава водорастворимых маннозосодержащих полисахаридов семян 59 видов бобовых, произрастающих на территории России.
Изолирование и очистка новых галактоманнанов из семян бобовых, относящихся к разным таксонам. Исследование состава, первичной
структуры и особенностей тонкого строения цепи гетерополисахаридов. Изучение физико-химических свойств водных растворов галактоманнанов.
Использование полученных данных в целях химической систематики и филогении бобовых.
Выявление среди бобовых российской флоры потенциального растительного источника коммерческих препаратов галактоманнанов.
Научная новизна работы.
Впервые выделены, очищены и охарактеризованы 6 галактоманпанов. Установлен их состав и первичное строение как (1-»6)-а-В-галактозил-(1-»4)-р-0-машганов; показано, что они имеют «гребенчатую» структуру макромолекулы. У двух галактоманнанов методом !3С-ЯМР количественно охарактеризовано распределение остатков а-галактозы вдоль главной цепи полимера Исследованы вязкость и оптическая активность водных растворов галактоманнанов, а также вычислены их молекулярные массы. Впервые проведен химический скрининг семян 59 видов сем. бобовых флоры России на наличие галактоманнанов с определением их содержания и соотношения мономеров в них. Существенно расширена база данных по бобовым Северной Евразии; показана возможность использования величины Man/Gal галактоманнанов в качестве химических маркеров на уровне рода в хемотаксономии семейства.
Практическая ценность работы
Галактоманнананы являются группой биологически активных полисахаридов с широким спектром применения в пищевой и
фармацевтической промышленности и большими масштабами производства (вне России). Сведения о распространении данных полисахаридов среди видов российской флоры бобовых представляют значение для поиска возможного источника галактоманнанов, адаптированного к климатическим условиям России. Галактоманнаны одновременно могут служить источником получения D-машюзы, не производящейся в России.
Апробация работы.
Материалы диссертации были доложены на IV всероссийском съезде общества физиологов растений (Москва, Россия, 1999 г.), на Ш международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пушино, Россия, 1999 г.), на семинаре кафедры ботаники и физиологии растений МПГУ им. В.И. Ленина.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Объем и структура диссертации.