Một số hợp chất khác

*Hợp chất phenolic : Hợp chất phenolic là các hợp chất chuyển hóa

thứ cấp của thành phần hóa học rong nâu, là hợp chất chứa các nhóm - OH gắn trực tiếp vào nhân bezen, bao gồm các hợp chất flavonoid, lignnin, tannin và phlorotannin. Các hợp chất này có nhiều hoạt tính khác nhau.

*Hợp chất Carotenoid : Carotenoid là các hợp chất màu tự nhiên

đƣợc tìm thấy ở nhiều loài thực vật và động vật. Trong thành phần hóa học của rong nâu có chứa các hợp chất catatonic bao gồm lutein, zeaxanthin và fucoxanthin. Rong nâu đƣợc coi là giàu có hợp chất chuyển hóa thứ cấp đặc biệt nhƣ carotenoid có nhiều hoạt tính sinh học nhƣ hoạt tính chống oxi hóa, chống ung thƣ, chống viêm và chống virus. Các hợp chất a-carotene, b- carotene, chlorophyll a và phaeophytin a đều có những hoạt tính sinh học vô cùng quý giá [17].

*Hợp chất Terpenoid: Một số terpenoid đƣợc tách từ rong nâu

Sargassum fallax, sargaquinone, axít sargaquinoic, axít sargahydroquinoic,

axít fallachromonoic, fallahydroquinone, fallaquinone, sargachromenol . Các hợp chất này có họat tính chống oxi hóa và ngăn ngừa ung thƣ. Các hợp chất atomarianone A , và atomarianone B đã đƣợc tách từ Taonia atomania có hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ [17].

Hợp chất diterpenoid tách từ rong nâu Cystoseira mediterranea nhƣ taondiol , isoepitaondiol , stypodiol , stypoldione và sargaol , các hợp chất này có hoạt tính chống oxi hóa và chống ung thƣ. Hợp chất 2β,3α-epitaondiol,

flabellinol đã đƣợc tách từ rong nâu Styporodium flabelliforme có hoạt tính

gây một số tế bào ung thƣ [17]

Ngoài các hợp chất đƣợc nêu trên đây, một số nhà khoa học còn tiến hành nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của protein đƣợc nghiên cứu tách chiết từ một số loài rong nâu. Các aminoaxit đã đƣợc nghiên cứu nhiều gồm : Deoxylapachol a 1,4 - Naphthoquinone và dẫn xuất đã đƣợc tách từ rong nâu Landsburgia quercifolia hay Sargachromanol E tách từ rong

Sargassum siliquastrum, các hợp chất này có khả năng gây độc tế bào ung

thƣ. Hợp chất ergosterol tách từ rong nâu Lyengaria stellata, Fucosterol tách từ rong nâu Pelvetia siliquosa, Cystoseira foeniculacea và Sargassum

angustifolium. Các hợp chất axít α-linolenic, axít γ-linolenic và axít

docosahexaenoic ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thƣ [18] 1.2. TỔNG QUAN VỀ FUCOIDAN

1.2.1. Giới thiệu chung về fucoidan

Fucoidan là một anion polysaccharide sulfate hóa nằm trong thành tế bào của rong nâu, hợp chất này đƣợc phân lập và mô tả lần đầu tiên bởi Kylin vào năm 1913 [16], khi đó nó đƣợc đặt tên là “fucoidin” theo tên gọi của gốc đƣờng fucose là thành phần chính cấu tạo nên polysaccharide này. Nhƣng theo danh pháp carbohydrate nghiêm ngặt, thuật ngữ này là không chính xác, vì các polysaccharide đƣợc tạo nên bởi fucose và sulfate đƣợc đặt tên là sulfate fucan. Các polysaccharide nhƣ vậy trên thực tế chỉ có mặt trong ngành Da gai, cụ thể là cầu gai và hải sâm. Ngƣợc lại, thành phần và cấu trúc của các polysaccharide rong nâu phức tạp hơn nhiều. Ngoài hai thành phần chính là fucose và sulfate, trong phân tử của fucoidan còn có thể chứa thêm các đƣờng đơn khác nhƣ: galactose, xylose, manose, glucuronic axít , đồng thời có thể bị acetyl hóa một phần. Cấu trúc hóa học chi tiết của các polyme sinh học phức tạp này trong nhiều trƣờng hợp còn chƣa đƣợc biết đến. Chính vì vậy, tên gọi phổ thông “fucoidan” là thích hợp nhất nhằm dùng cho tất cả các polysaccharide sulfate hóa của rong nâu, nó không liên quan đến thành phần của chúng, nhƣng hiển nhiên không đƣợc sử dụng cho fucan sulfate hóa có nguồn gốc động vật. Nhờ sự đa dạng về thành phần và

cấu trúc mà fucoidan sở hữu nhiều hoạt tính sinh học thú vị nhƣ: kháng đông tụ máu, kháng huyết khối, kháng virut, chống kết dính tế bào, chống tạo mạch (antiangiogenic), kháng viêm, kháng u, kháng bổ thể (anticomplementary), điều biến hệ miễn dịch, v.v... Nhờ vậy, fucoidan đã trở thành đối tƣợng thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới với tiềm năng ứng dụng rất lớn trong các lĩnh vực nhƣ thực phẩm chức năng, thực phẩm bổ dƣỡng và dƣợc liệu. Cùng với đó số các công trình nghiên cứu về fucoidan đã tăng vọt trong khoảng hơn 20 năm trở lại đây.

1.2.2. Thành phần hóa học của fucoidan trong một số loài rong nâu

Hàm lƣợng của fucoidan phụ thuộc vào loài rong, địa điểm và thời gian thu hoạch rong. Năm 1997, Park và cộng sự đã công bố rằng hàm lƣợng fucoidan từ 1-20% trọng lƣợng rong khô và phụ thuộc vào loài rong [19]. Năm 1994, Koo đã báo cáo rằng các loài rong L. religiosa, U. pinnatifida, H.

fusiforme và S. fulvellum có chứa hàm lƣợng fucoidan tinh khiết lần lƣợt là 2.7%, 6.7%, 2.5% và 1.6% [20].

Fucoidan là một polysaccharide sulfate dị thể, nên có thành phần hết sức phức tạp. Lần đầu tiên thành phần của fucoidan trong dịch chiết nƣớc đƣợc xác định là một polysaccharide có chứa L-fucose và D-xylose, trong khi đó D-galactose và uronic axit đƣợc xem nhƣ là tạp chất [21].

Tuy nhiên, Percival và Ross đã báo cáo rằng fucoidan trong dịch chiết nƣớc nóng của các loài rong Fucus vesiculosus, Fucus spiralis and

Himanthalia lorea có chứa 38% ester sulfate, 56,7% fucose, 4% galactose,

1.5% xylose, 3% uronic axit và 8% khoáng [22]. Các loài rong khác nhau thì tỉ lệ fucose/galactose cũng khác nhau [23]. Dillon và cộng sự đã phân lập fucoidan từ loài rong A. nodosum có tỉ lệ fucose: galactose là 8:1 [24], trong khi fucoidan chiết từ rong Macrocystis pyrifera có tỉ lệ fucose:galactose = 18:1 [22]. Ngoài ra, các thành phần đƣờng khác (nhƣ xylose) cũng đƣợc xác nhận là thành phần của fucoidan [22]. Thành phần của fucoidan từ rong F.

amino-glucose [22,23]. Do vậy, thành phần của fucoidan có thể biến đổi theo các loài rong (bảng 1.2) và phƣơng pháp chiết khác nhau [20,21,24].

Bảng 1.2. Thành phần hóa học của một số fucoidan

Rong nâu Thành phần hóa học

F. vesiculosus Fucose/sulfate (1/1.20)

F. evanescens fucose/sulfate/acetate (1/1.23/0.36)

F. distichus fucose/sulfate/acetate (1/1.21/0.08)

F. serratus L. fucose/sulfate/acetate (1/1/0.1)

Lessonia vadosa fucose/sulfate (1/1.12)

Macrocytis pyrifera fucose/galactose (18/1), sulfate

Pelvetia wrightii fucose/galactose (10/1), sulfate

Undariapinnatifida fucose/galactose (1/1.1), sulfate (10.4 %) (Mekabu) Fucose/xylose/GlcA (4.9/1/1.1), sulfate Ascophyllum nodosum (12%) Fucose/xylose/GlcA (2.2/1.0/2.2), sulfate Himanthalia lorea (13%) và Bifurcaria bifurcate

Padina pavonia Fucose/xylose/mannose/glucose/galactose (1.5/1.5/1.2/1.2/1), sulfate (17.6 %)

Laminaria angustata fucose/galactose/sulfate (9/1/9)

1.2.3. Cấu trúc hóa học của fucoidan

Việc phân tích cấu trúc của các polysaccharide nói chung và fucoidan nói riêng là một trong những thách thức lớn trong hóa học các chất hữu cơ có gốc đƣờng . Cấu trúc của fucoidan đƣợc chiết xuất từ rong biển vô cùng phức tạp và không đồng nhất với những thay đổi trong trật tự liên kết, sự phân nhánh, vị trí nhóm sulfate và các loại đƣờng khác nhau trong polysaccharide, phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng [12,25,26,27,28]. Chính vì vậy việc phân tích cấu trúc của chúng vẫn còn là vấn đề nan giải, ngay cả khi sử dụng các kỹ thuật quang phổ NMR phân giải cao mới nhất. Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định cấu trúc tinh vi của fucoidan đã đƣợc công bố, nhƣng mới chỉ có một vài kết quả nghiên cứu phát hiện đƣợc tính quy luật trong cấu trúc của fucoidan.

α-L-fucp-4(SO3-)



3

2)- α -L-fucp-(12)- α -L-fucp-(12)- α -L-fucp-(1 -

4 4

 

SO3- SO3-

Hình 1.2. Cấu trúc của fucoidan từ Fucus vesiculosus đƣợc mô tả vào năm 1950

Năm 1950 Percival, Ross và cộng sự đã mô tả cấu trúc fucoidan từ rong nâu thƣờng gặp Fucus vesiculosus là một polysaccharide có bộ khung chính là α -L-fucose(12), vị trí nhánh là α -L-fucose(13) và các nhóm sulfate ở vị trí 4 của gốc đƣờng L-fucospynanose. Mô hình cấu trúc này của fucoidan đã tồn tại 43 năm [29]. Đến năm 1993, cấu trúc fucoidan của rong

F.vesiculosus đã đƣợc nghiên cứu lại bởi Patankar và công sự, kết quả cho

mạch chính là α -L-fucose(13) thay vì α - L-fucose(12), nhóm sulfate đƣợc tìm thấy chủ yếu ở vị trí C4, phù hợp với mô hình đã công bố trƣớc. Sự khác nhau về cấu trúc fucoidan so với công bố của Percival và Ross đƣợc Pantakar giải thích nhƣ sau: đầu tiên là kỹ thuật chiết tách khác nhau, fucoidan đƣợc Percival và Ross chiết trong dung môi nƣớc nóng, thay vì đƣợc chiết trong dung môi axít nhƣ Pantakar; thứ hai là sự khác nhau về phƣơng pháp methyl hóa và cuối cùng là sự khác nhau về phƣơng pháp phân tích cấu trúc. Percival và Ross phân tích cấu trúc fucoidan dựa trên các tính chất về sắc ký và hóa học của sản phẩm methyl hóa, trong khi đó các sản phẩm methyl hóa đƣợc Patankar phân tích bằng phƣơng pháp GC-EI/MS.

Cấu trúc fucoidan từ loài rong Ecklonia kurome đã đƣợc công bố năm 1991 bởi Nishino và Nagumo. Phổ NMR của polysaccharide là quá phức tạp để cho phép giải thích cấu trúc một cách trực tiếp, có thể do tính dị thể của cấu trúc. Cấu trúc của fucoidan này chủ yếu là α -L-fucose(1→3) với các nhóm sulfate ở C-4, không loại trừ sự có mặt của các nhóm sulfate khác hoặc các nhánh ở vị trí 2 [30].

Hình 1.3. Cấu trúc của fucoidan có sunfat ở vị trí 4 và liên kết 3-O-linked từ loài rong E. Kurome đƣợc mô tả vào năm 1991

Fucoidan từ Sargassum binderi là →3)fuc(2-OSO3-)(1→3)fuc(1→

[31]. Một phân đoạn fucoidan F32 tách từ rong nâu Hizikia fusiforme chứa thành phần chính fucose, galactose, mannose, xylose và GlcA, sulfate chiếm 21.8%, khối lƣợng trung bình là 92.7 kDa. Cấu trúc của fucoidan phân doạn F32 bao gồm →2)-α-D-Man(1→ và →4)-β-D-GlcA(1→ luân phiên nhau, một lƣợng ít →4)-β-D-Gal(1→ đã đƣợc trộn lẫn. Nhóm sulfate ở vị trí C-6

của →2,3)Man(1→, C-4 và C-6 của →2)Man(1→, C-3 của →6)Gal(1→, C- 2, C-3 hoặc C-4 của fucose.

Hình 1.4. Cấu trúc fucoidan phân đoạn F32 tách từ rong nâu Hizikia fusiforme Năm 2001, Chevolt và cộng sự đã phân lập đƣợc fucoidan từ rong nâu

Ascorphylum nodosum [27,32, 33,34], cấu trúc fucoidan oligosaccharide (bậc polyme hóa từ 8-14) của loài rong này đƣợc cấu thành bởi các liên kết luân phiên α- (13) và α- (14). Cấu trúc fucoidan từ A.nodosum cũng đã đƣợc Daniel và cộng sự nghiên cứu khi sử dụng các enzym đặc hiệu làm xúc tác sinh học để thủy phân tạo fucoidan oligosaccharide, kết quả cho thấy sự có mặt của lƣợng lớn các liên kết glycoside của gốc α -L-fucose(13) và α -L- fucose(14) [34].

[3)-α-L-Fucp (2SO3-)-(14)-α-L-Fucp (2,3SO3-)-

1]n

Hình 1.5. Cấu trúc của một phân đoạn fucoidan tách và phân lập từ rong nâu

A.nodusum

Năm 1999, cấu trúc fucoidan của 3 loài rong Cladosiphon Okamuranus (Chordariales) [35], Chorda filum (Laminariales) và Ascophyllum nodosum (Fucales) [32,36] đã đƣợc công bố. Cấu trúc fucoidan của rong

Cladosiphonokamuranus và Chorda filum đƣợc tạo thành bởi các gốc α-L-

fucose(13) lặp lại đều đặn, với một số nhóm sulfate ở vị trí C-2 (2-O- sulfateation) hoặc vị trí C-4 (4- O-sulfateation) . Sự xuất hiện của các nhóm O-acetyl và các mạch nhánh trong phân tử fucoidan càng làm tăng thêm tính dị thể về cấu trúc của chúng.

R R

Hình 1.6. Cấu trúc của một phân đoạn fucoidan tách và phân lập từ rong nâu Cladosiphon okamuranus

R1 : SO3-, H hoặc COCH3 R2 : SO3- hoặc H

Hình 1.7. Cấu trúc của một phân đoạn fucoidan tách và phân lập từ rong nâu

Chorda filum

Năm 2002, cấu trúc fucoidan trọng lƣợng phân tử cao đƣợc phân lập từ rong Fucus evanescens đã đƣợc nghiên cứu bởi Bilan và cộng sự, kết quả họ đã phát hiện thấy có sự tƣơng đồng giữa cấu trúc fucoidan này với cấu trúc fucoidan của rong A.nodosum [37]. Sau đó vào các năm 2004 và 2006, nhóm tác giả này tiếp tục công bố thêm hai cấu trúc fucoidan từ rong Fucus

distichus L và Fucus serratus đƣợc tạo thành bởi các gốc 1→3)α-L-Fucp và

1→4)α-L-Fucp liên kết lặp lại một cách tuần tự, nhóm sulfate chủ yếu ở vị trí C-2 và C-2,4 [28,38].

[→3)- α -L-Fucp-(2,4 SO3-)-(1→4)- α -L-Fucp-(2SO3-)-(1→]n

→3)- α -L-Fucp(2R1,4R2)-(1→4)- α -L-Fucp(2SO3-)-(1→ Trong đó:

R1 = SO3-, R2 = H chiếm 50%

R1 = H, R2 = α -L-fucp-(1→4)- α -L-fucp(2SO3-)-(1→3) α -L-fucp(2SO3-)- (1→ chiếm 50%

Hình 1.8. Cấu trúc fucoidan từ Fucus serratus.

Nhƣ vậy, mặc dù có mối liên hệ rõ ràng giữa các loài rong và cấu trúc fucoidan, nhƣng chƣa đủ bằng chứng để thiết lập bất cứ mối tƣơng quan hệ thống nhất giữa cấu trúc fucoidan với các Bộ rong (algal order). Hầu hết các công bố về cấu trúc của fucoidan đƣợc phân lập từ các loài rong ở vùng ôn đới, thành phần hóa học của các loại fucoidan này nhìn chung tƣơng đối đơn giản với chỉ một gốc đƣờng fucose và sulfate. Tuy nhiên, fucoidan của các loài rong ở vùng nhiệt đới thì thành phần hóa học của chúng phức tạp hơn nhiều vì trong phân tử của chúng thƣờng tồn tại đồng thời nhiều gốc đƣờng khác nhau, điều đó gây ra rất nhiều khó khăn cho việc phân tích cấu trúc của những loại fucoidan này. Đó cũng là lý do tại sao không có nhiều công bố về cấu trúc của fucoidan rong biển ở vùng nhiệt đới, cho dù hoạt tính sinh học của chúng vô cùng thú vị.

1.2.4. Tính chất hóa lý của fucoidan

Fucoidan là một anion polysaccharide sulfate, có độ nhớt thấp và tính hút ẩm cao [22,23], fucoidan tan tốt trong nƣớc và trong dung môi axít. Nhìn chung, fucoidan có trọng lƣợng phân tử không cao. Trọng lƣợng phân tử của

fucoidan chiết từ loài rong A.nodosum là từ 417-1.323 kDa, trong khi đó với loài rong F. vesiculosus là 529-887 kDa, nhƣng Patankar và cộng sự (1993) lại cho rằng trọng lƣợng phân tử của fucoidan từ loài rong này là 100 kDa. Rupérez và cộng sự (2002) đã chiết hai phân đoạn fucoidan với trọng lƣợng phân tử khác nhau là 1.600 kDa và 43 kDa. Thêm vào đó, galactofucoidan một loại fucoidan đƣợc phân lập từ loài rong Saccharina longicruris có trọng lƣợng phân tử là 765 kDa và 1.529 kDa biến đổi tùy thuộc vào thời điểm thu hoạch rong. Nhìn chung trọng lƣợng phân tử của fucoidan thay đổi tùy thuộc vào loài rong (bảng 1.3), phƣơng pháp chiết và điều kiện môi trƣờng.

Bảng 1.3. Sự phân bố trọng lƣợng phân tử của fucoidan Trọng lƣợng phân tử (kDa) Nguồn rong

13 Ascophyllum nodosum

16 Ascophyllum nodosum

25 Hizikia fusiforme

100-180 Fucus vesiculosus (Sigma)

160 Fucus vesiculosus

189 Laminaria japonica

200 Cladosiphon okamuranus

950 Hizikia fusiforme

1.2.5. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của fucoidan

1.2.5.1. oạt t nh chống ng t máu và chống hu ết khối

Fucoidan có phổ hoạt tính sinh học rộng và đa dạng, nhƣng hoạt tính chống đông tụ máu của chúng đƣợc nghiên cứu sớm nhất. Nishino và cộng sự, đã thử nghiệm hoạt tính chống đông máu của fucoidan đƣợc phân lập từ chín loài rong nâu. Trong số các fucoidan thử nghiệm, fucoidan từ E. kurome thể hiện hoạt tính cao nhất đối với APTT (38 đơn vị/mg) và TT (35 đơn vị/mg), với fucoidan từ H.fusiforme hoạt tính APTT (activated partial thromboplastin time) và TT (thromboplastin time) tƣơng ứng là 25 đơn vị/mg

và 22 đơn vị/mg. Hoạt tính chống huyết khối của phân đoạn F4 của fucoidan từ L.angustata var. longissima là 200 đơn vị/mg, so với heparin (140 đơn vị/mg) [1,15].

Các nghiên cứu về hoạt tính chống đông tụ máu của fucoidan từ một số loài rong (E.kurome, H.fusiforme, vv…) đã chỉ ra rằng hàm lƣợng sulfate có ảnh hƣởng lớn đến hoạt tính chống đông tụ máu, hàm lƣợng sulfate càng cao thì hoạt tính chống đông tụ càng lớn. Fucoidan sulfate hóa toàn phần bằng biến đổi hóa học fucoidan tự nhiên cũng làm tăng hoạt tính này. Nishino và cộng sự, đã điều chế ba loại fucan sulfate hóa toàn phần (fucans oversulfated) có hàm lƣợng sulfate khác nhau (tỷ lệ sulfate/đƣờng: 1,38-1,98) bằng sulfate hóa hóa học của một sulfate fucan (tỷ lệ sulfate/ đƣờng 1,28 ) phân lập từ rong E. kurome. Các kết quả cho thấy fucan sulfate hóa toàn phần thể hiện hoạt tính chống đông tụ máu tăng đáng kể so với fucoidan tự nhiên . Qiu và cộng sự công bố rằng fucoidan sulfate hóa toàn phần cho thấy hoạt tính chống đông tụ máu cao gấp bốn lần so với fucoidan tự nhiên [39]. Vị trí của các nhóm sulfate trên các gốc đƣờng cũng rất quan trọng với hoạt tính chống đông tụ của fucoidan. Các nghiên cứu đã cho thấy rằng fucoidan sulfate hóa nếu ở vị trí C-2 hoặc C-3 thể hiện hoạt tính chống đông tụ, trong khi đó nhóm sulfate ở vị trí C-4 không thể hiện hoạt tính này [39,40,41]

Duarte cùng với các cộng sự của ông đã công bố rằng các đặc tính chống đông tụ máu của fucoidan chủ yếu đƣợc xác định dựa trên các chuỗi