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.