Что такое фикоцианины и чем они полезны

Фикоцианин представляет собой ассоциацию белков и водорастворимых пигментов фотосинтеза. Он содержится в некоторых водорослях, например, спирулине.

Название в переводе от греческого термина «фико», означает «водоросли», а «цианин» происходит от греческого слова «кианос», означающего «сине-зеленый цвет».

Фикоцианин поглощает оранжевые и красные лучи и излучает флуоресценцию примерно при 650 нм. Он очень близок по составу к желчным пигментам человека, что объясняет его особую активность в детоксикации и защите печени.

Многие исследования доказали, что фикоцианин обладает:

• Антиоксидантными;
• Противоопухолевыми;
• Противовоспалительными;
• Антиалергенными свойствами;
• Он защищает и очищает печень;
• Защищает клетки, в частности нервной системы;
• Защищает от радиоактивного излучения;
• Стимулирует работу иммунной системы;
• Поддерживает выработку желчных солей, улучшающих пищеварение;
• Контролирует холестерин в крови.

Что такое фикоцианин и где он содержится?

Фикоцианин — натуральный синий пигментный белок, который содержится в спирулине и отвечает за многочисленные впечатляющие полезные свойства водоросли. Подобно тому, как хлорофилл придает растениям зеленый цвет, фикоцианин придает спирулине отчетливый голубоватый оттенок.

Фикобилипротеины – особое семейство пигментов, присутствующих в водорослях. Наибольше их содержится в спирулине (водоросли, используемой во многих странах в качестве пищевой добавки).

Пигменты из водорослей обрели значительную коммерческую ценность в качестве натуральных красителей в нутрицевтической, косметической и фармацевтической промышленностях.

В настоящее время повысилась осведомленность людей о вредных последствиях приема синтетических лекарств. Все это привело к использованию натуральных продуктов, вроде микроводорослей, в качестве пищевых добавок и натуральных пигментов.

Фикобилипротеины представляют собой группу цветных белков, обычно присутствующих в цианобактериях и красных водорослях, обладающих широким спектром применений.

Они продаются для флуоресцентного применения в клиническом и иммунологическом анализе. Их также используют в качестве красителя, а их положительная терапевтическая ценность уже давно была продемонстрирована.

Фикобилипротеины являются блестяще окрашенными, высоко флуоресцентными, водорастворимыми белковыми компонентами фотосинтетических комплексов цианобактерий (сине-зеленых водорослей), красных водорослей и криптомонад.

Эти белки подразделяются на две большие группы, основанные на их цвете: фикоэритрин (красный) и фикоцианин (синий). Фикоцианины подразделяют на C-фикоцианин (C-PC), R-фикоцианин (R-PC) и аллоцикоцианин.

Они присутствуют во многих разновидностях сине-зеленых и красных водорослей, криптофите и нескольких динофлагеллятах. Самые известные их источники с высоким содержанием: спирулина, анабена и другие сине-зеленые водоросли.

Немного истории

Фикоцианин относится к семейству фикобилипротеинов, которые хорошо известны в качестве флуоресцентного реагента для иммунологического анализа. Это антенный пигмент, используемый цианобактериями и эукариотическими водорослями в основном для повышения эффективности фотосинтеза путем сбора световой энергии на длине волны, по которой хлорофилл плохо поглощает.

Фикобилипротеины легко выделяются в виде комплекса пигментных белков. Они являются стабильными белками и содержат несколько хромофорных групп, отвечающих за флуоресцентные свойства этого белка.

Фикобилипротеины собираются в организованную клеточную структуру, а именно, фикобилисомы, которые прикрепляются к внешней поверхности мембраны и выступают в качестве основных светособирающих пигментов в цианобактериях и красных водорослях.

Термин «фикобилисома» был впервые придуман Гантом и Конти на основе различия их размера и формы, визуально заметными на электронном микроскопе. Фикоцианин является основным компонентом, тогда как аллоцикоцианин функционирует как мостиковый пигмент между фикобилисомами и фотосинтетической ламелей.

Фикобилипротеины были введены в качестве нового класса флуоресцентных красителей в 1982 году. Эти натуральные флуоресцентные вещества уже тогда стали использовать в диагностических анализах.

Фикобилипротеины служат ценными флуоресцентными метками с многочисленными применениями в проточной цитометрии, сортировке с активированной флуоресценцией, гистохимии, в иммуноанализе и обнаружении активных форм кислорода.

Из-за высокой молекулярной абсорбционной способности эти белки на видимых длинах волн являются удобными маркерами в таких применениях, как гель-электрофорез, изоэлектрическая фокусировка и гель-эксклюзионная хроматография.

Производство фикоцианиновых добавок

Достаточно много написано о пищевых добавках спирулины, сейчас их купить уже не проблема. Цианобактерии, особенно спирулина, выпускают в нескольких странах в капсулах, таблетках, порошках для использования как здоровый источник питания и в терапевтических целях.

Водоросли содержат много ценных компонентов, в частности белков, витаминов и минералов. А вот пигмент фикоцианин тоже производят и продают в пищевых и других добавках.

Выделение чистого фикоцианина из экстрактов сырых водорослей происходит комбинацией различных методов, таких как осаждение с сульфатом аммония, ионообменная хроматография и т. д.

Фикоцианин является водорастворимым, но он не растворяется в спирте и эфирах. Таким образом, первоначально происходит метод водяной экстракции.

К некоторым популярным подходам относят (источник):

1) Повторное замораживание и оттаивание

Порошок спирулины растворяют в воде в определенной пропорции, быстро замораживают при -20 ° С, а затем размораживают при 5 ° С три раза. Скорость разрушения клеток водоросли может быть более 90%. Этот метод является простым, но трудоемким. К тому же при большом количестве порошка получается и много расходов.

2) Прямой осмос

Порошок спирулины погружают в дистиллированную воду, раствор с низкой концентрацией соли или буферный раствор на ночь. Так клеточная стенка водоросли автоматически разрываться. Этот метод простой, но требует много времени.

3) Ультразвуковой метод

Раствор спирулины обрабатывают ультразвуком для ускорения разрушения клеточной стенки при прямом осмосе. Этот метод эффективно сокращает время обработки.

4) Химический способ

Некоторые химические реагенты, такие как анионный поверхностно-активный агент, используются для разрушения клеточной мембраны. При этом методе клеточная стенка остается неповрежденной и улучшается чистота фикоцианина.

5) Ферментативное расщепление

Лизоцим хлорида калия используют для разрушения клеточной стенки спирулины, улучшая общий выход экстракции фикоцианина. Этот метод занимает относительно мало времени и является подходящим методом обработки большого количества образцов. Единственное требование – строгое поддержание температуры и рН.

6) Водная двухфазная экстракция

Это недавно разработанная методика с применением полисахарида, нуклеиновой кислоты, ДНК и других молекул. Такой подход сокращает время, снижает стоимость обработки, обеспечивает стабильную биологическую активность и его можно внедрять в промышленные масштабы.

После водной экстракции полученный фикоцианин необходимо очистить. Неочищенный фикоцианин содержит много других водорастворимых компонентов, таких как полисахариды, витамины и белки.

Для того, чтобы фикоцианин можно было применять в пищевой промышленности и в медицинской области необходима дополнительная очистка. Самые распространенные методы: осаждение с сульфатом аммония, изоэлектрические точечные осадки и хроматографические методы, как хроматография на сефадексе и ионообменная хроматография. Сейчас они являются наиболее предпочтительными методами очистки.

Физико-химические свойства C-фикоцианина

Основными свойствами фикоцианина являются спектральные свойства, благодаря которым его идентифицируют легким улавливающим пигментным белком. Среди этих свойств определяют поглощение ультрафиолета для идентификации и чистоты C-PC.

Определен максимальный пик поглощения и пик эмиссии флуоресценции при 625 и 648 нм соответственно.

Изучение аминокислотного состава C-PC поможет проложить путь для дальнейшего изучения внутренней структуры и активных групп, а также обеспечить теоретическую основу для изучения других свойств.

С-фикоцианин, полученный из спирулины, показывает, что аминокислотный состав различных штаммов в C-PC в основном одинаковый. Он включает α и β-субъединицы, которые состоят соответственно из 162 и 172 аминокислот.

Эти α и β-субъединицы образуют полимер, который затем объединяется с пигментом из синих водорослей. Молекулярная масса этих субъединиц варьируется.

Фикоцианин чувствителен к температуре и рН, но не к свету. Он стабилен при 40 ° C. При температуре выше 40 ° С пигмент начинает разлагаться.

Оптическая плотность уменьшается постепенно, а выше 50 ° С она падает резко. К примеру, оптическая плотность уменьшается на 75% при температуре выше 70 ° С.

Медицинское и другое применение пигмента

C-фикоцианин — темно-синий порошок, полученный из морских водорослей. Это не только новый тип белка, но и натуральный съедобный пигмент, пищевая и косметическая добавка.

Он демонстрирует некоторую фармакологическую активность (например, противоопухолевую, антиокислительную, противовоспалительную и иммунную). Он не токсичен и не вызывает других побочных эффектов.

Его содержание в спирулине достигает 10 — 20%. Пигмент применяют в некоторых областях медицины, хотя все его свойства еще до конца не изучены.

Он широко используется в качестве пищевой добавки и косметического красителя в Японии. В других странах это и лекарственное средство, и пищевая добавка, а также обычный и флуоресцентный краситель.

Большое внимание привлекает его применение в медицине и биологии. Ученые доказали, что он действует в качестве антиоксиданта, обладает противовоспалительными, противоопухолевыми свойствами и укрепляет иммунитет.

Источники японской литературы сообщают, что 90% больных раком с индексом TKA> 800 вылечиваются благодаря фикоцианину. Он сильно повышает иммунитет, из-за этого его можно использовать параллельно с основным лечением при опухолях, во время хирургии, лучевой терапии и химиотерапии.

Он может быть флуоресцентным индикатором, используемым в медицинской диагностике, иммунологии, биологической инженерии и других областях исследований из-за его интенсивной флуоресценции.

C-фикоцианин также является нетоксичным фотосенсибилизатором, который можно использовать в адъювантной терапии при фотодинамической терапии (ФДТ) опухолей (источник).

1) Пищевая добавка

Фикоцианин часто встречающийся пигмент в пищевых добавках, как и миксоксантофилл и зеаксантин, которые тоже добывают из водоросли спирулины. В Японии C-фикоцианин продают как добавку к питанию и добавляют в косметические продукты, хотя в Европейском союзе он еще не одобрен.

2) Натуральный краситель

C-фикоцианин является основным фикобилипротеином во многих сине-зеленых водорослях. Сильный синий цвет в этих водорослях обусловлен присутствием этого пигмента, который испускает красную флуоресценцию.

Пигмент состоит из двух субъединиц α и β, которые встречаются в равных количествах. Однако точное число αβ-пар может варьироваться у разных видов водорослей. Обе α и β-субъединицы содержат только хромофор фикоцианобилин.

Помимо непосредственного поглощения света этот интенсивный синий пигмент принимает кванты от фикоэритрина флуоресцентным переносом энергии в организмах, в которых присутствует фикоэритрин.

Также C-фикоцианин широко используется в качестве натурального красителя для различных целей благодаря его глубокому интенсивному синему цвету. Его хорошо использовать как флуоресцентный реагент без каких-либо токсических эффектов для иммунологического анализа, поскольку у него широкий спектр возбуждения и флуоресценция с высоким квантовым выходом.

3) Диагностическое применение

Фикобилипротеины обладают высоким молярным коэффициентом экстинкции и квантовым выходом флуоресценции. Апопротеиновая цепь содержит амино и карбоксильные группы, которые могут образовывать связи с другими молекулами.

Фикобилипротеины используют как флуоресцентные зонды, они получили широкое применение в гистохимии, флуоресцентной микроскопии, проточной цитометрии, флуоресцентно-активированной клеточной сортировке и флуоресцентных иммуноанализах.

Другие применения фикоцианинов в качестве флуоресцентного зонда включают использование флуоресценции для мониторинга роста в культурах цианобактерий, обнаружения токсичных цианобактерий в питьевой воде и дистанционное зондирование цианобактерий в водоемах.

Известно о возможности окрашивания эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, лимфоцитов, зародышевых клеток и геномной ДНК с помощью C-фикоцианина. Частично очищенный пигмент можно использовать в качестве заменителя этидиума бромида. Его можно применять для иммунологического анализа и окрашивания ДНК.

4) Фармацевтическое применение

Очищенный фикоцианин имеет фармацевтический потенциал. Различные нарушения физиологических состояний прекращаются после введения C-фикоцианина.

Обнаружено, что он может ингибировать клеточную пролиферацию, индуцировать апоптоз в канцерогенных клеточных линиях и влиять на регуляцию генов в клеточных линиях млекопитающих.

Антиоксидантная активность пигмента из разных цианобактерий хорошо документирована. Уменьшенная форма фикоцианорубин является важным антиоксидантным видом благодаря его сходства с билирубином.

Билирубин — естественный антиоксидант в плазме, который ингибирует образование супероксидных радикалов, и, следовательно, играет дополнительную защитную роль, уменьшая образование реактивных видов кислорода в организме.

Из-за этих свойств ученые начали усиленно проявлять интерес к C-фикоцианину, особенно для применения в фармацевтических препаратах с возможным антиканцерогенным и другим лечебным потенциалом.

Среди других антиокислительных агентов фикоцианин весьма многообещающий. Он также оказывает противовоспалительное, нейропротекторное и гепатопротекторное действия, которые тесно связаны с его антиокислительной активностью.

Мощный противовоспалительный агент

В наши дни воспаление – распространенная проблема. Знаменитые симптомы воспаления, как боли в суставах, мышцах, головные боли, мигрень и даже аллергия уже давно стали нормой.

Многие люди облегчают эти симптомы нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВП), вроде аспирина, ибупрофена, напроксена и пр. Они, конечно, хорошо обезболивают, но могут вызывать серьезные побочные эффекты, включая язву, кровотечения в желудке и кишечнике, увеличение риска сердечного приступа и многое другое.

По этим причинам современная медицина рекомендует использовать натуральные противовоспалительные вещества, вроде фикоцианина, который согласно исследованиям действует как сильный противовоспалительный природный препарат.

Фикоцианин не только эффективно уменьшает проявление воспаления в организме, но и укрепляет иммунитет, благодаря своим антиоксидантным свойствам. Он выступает мощным природным ингибитором СОХ-2 — ключевого фермента, ответственного за воспаление и боль в организме.

В отличие от рискованных болеутоляющих и противовоспалительных препаратов, которые искусственно блокируют этот фермент для снижения болевых ощущений и воспаления, известно, что фикоцианин уменьшает воспаление в организме совершенно естественным и безопасным способом.

Есть исследования, которые показывают, что фикоцианин может даже предотвратить многие патологические нарушения, связанные с окислительным стрессом и воспалением, из-за его сильных антиоксидантных, противовоспалительных и нейропротекторных свойств.

Кто должен употреблять фикоцианин?

Если вы страдаете хроническим воспалением или у вас боли в суставах, мышцах, артрит, травмы, боль в теле, частые головные боли или мигрень, усталость, аллергия, слабая иммунная система, аутоиммунные нарушения и прочее, то фикоцианин поможет вам уменьшить воспаление и боль, укрепить иммунную систему и улучшить ваше самочувствие.

Кроме того, фикоцианин – известный антиоксидант, его регулярное употребление принесет и другую пользу организму. Он эффективно контролирует окислительный стресс, вызванный свободными радикалами, а это известная причина многих дегенеративных заболеваний, а также преждевременного старения.

Пищевые добавки фикоцианина являются:

• мощными натуральными противовоспалительными препаратами;
• укрепляют иммунную систему;
• обладают сильными антиоксидантными свойствами.

При выборе таких добавок необходимо учитывать три важных фактора:

• Продукт должен содержать достаточно фикоцианина, по меньшей мере, 30% общей формулы.

Многие продукты спирулины также содержат фикоцианин, хотя фактический его уровень может быть недостаточно высоким, чтобы обеспечить все противовоспалительные преимущества. Хотя сама спирулина очень полезна для здоровья, ключевым ее ингредиентом, ответственным за противовоспалительные свойства, является именно фикоцианин.

• Поскольку фикоцианин — синий пигмент, то его чистые пищевые добавки должны иметь ярко выраженный синий цвет.
• Чистота продукта.

Он должен быть сертифицирован, а его поставщики должны быть известными, что гарантирует его чистоту и высокое качество.

Обратите внимание на вспомогательные вещества, так как их вообще не должно быть в качественном продукте! Наполнители, вроде стеарата магния, кремнезема и другие обычно признак пищевой добавки низкого качества.