Biologically active substances of papaya tree (papaya)
Abdullaev Akmurat Abdullaevich,
Turkmen State Medical University
Penjiev Ahmet Myradovich,
Turkmen State Institute of Architecture and Construction
Резюме. Полученные протеолитические ферменты из млечного сока дынного дерева использованы в клинической медицине, обоснованы технико-экономические результаты для внедрения в медицинскую промышленность Туркменистана.
Ключевые слова: гелиотеплица, математическая модель, микроклимат, агротехника, дынное дерево, папайя, биотехнология, протеолитические ферменты, папаин, медицина,Туркменистан.
Summary. Biotechnological features proteolitic enzymes from fruits of a melon tree are studied, is developed the agricultural technician, microclimate creation in hothouses with use renewed energy sources for cultivation in the conditions of Turkmenistan. Received proteolitic enzymes from lacteal juice of a melon tree are used in clinical medicine, technical and economic results for introduction in the medical industry of Turkmenistan are proved.
Keywords: a solar hothouse, mathematical model, a microclimate, the agricultural technician, a melon tree, papay, biotechnology, proteolitic enzymes, papain, medicine, Turkmenistan.
В современном мире большое внимание уделяется использованию в медицинской практике биологически активных препаратов растительного происхождения.
Мировая медицина ограничивает использование антибиотиков. Ученые полагают, что в будущем антибиотики могут быть заменены супер-антителами, для которых клеточная стенка не будет препятствием, смогут проникать внутрь клеток и уничтожать болезнетворные бактерии, вирусы и токсины. Испытывают технологию модификации антител, которая позволяет им свободно проникать в клетки и покидать их [1, 2–9,12].
Анализируя природно-климатические условия Туркменистана, специалисты однозначно делают вывод о возможности выращивания в защищенном грунте целого ряда ценных лекарственных растений, в том числе и дынного дерева.
I. Биотехнологические особенности дынного дерева
Ботаническое описание. Дынное дерево или папайя (Carica papaya L.) – многолетнее тропическое пальмоподобное растение высотой до 4–6 м семейства папаевых (Caricaceae). Ствол зеленый, травянистый, не деревянеющий, не имеет ветвей. На верхушке — крона из многочисленных больших красивых пальчатонадрезанных листьев на длинных черенках. Цветы на верхушке ствола невзрачные. Плоды свисают на черенках под кроной, сочные, очень большие (длиной до 10–30 см, массой до 1–4 кг), по размерам и форме и запаху напоминают дыню. Спелые плоды желтого цвета, под толстой кожурой содержат мякоть с приятным запахом, внутри полость, наполненная черными семечками. Плоды съедобные, употребляются как десерт. Семена имеют пряный вкус и используются для приготовления пищи [2–9 ].
Географическое распространение. Родина дынного дерева — Центральная и Южная Америка. Растение культивируется во всех тропических странах мира как фруктовое дерево. В диком виде встречается в тропической Америке и Азии. Дынное дерево дуболистное Carica quercifolia Solms., которое имеет более мелкие плоды, может культивироваться в субтропиках [6].
Лекарственное сырье. В качестве лекарственного сырья используют высушенный млечный сок — латекс. Млечные трубки имеются во всех частях дерева, но для получения папаина используют высушенный млечный сок незрелых плодов. Для сбора млечного сока на уже выросших, но еще недозревших плодах делают надрезы с четырех сторон. Млечный сок свободно вытекает из млечных трубок в течение нескольких секунд и на воздухе вскоре высыхает — получается латекс. Коагулированные комья латекса крошат и высушивают на солнце или при легком искусственном подогревании (в оследнем случае получают папаин более высокого качества). Надрезы для сбора латекса делают с недельными интервалами до тех пор, пока из плодов выделяется сок. Полученный латекс растворяют в воде и осаждают спиртом для очистки папаина [1–9].
В меньших количествах папаин содержится и в других частях растения, в частности в листьях (Folia Caricae Papayae).
Биологически активные вещества. Методом электрофореза в кислой среде в латексе Carica papaya L. идентифицировано 7 белков: липаза, хитиназа, лизоцим и комплекс протеолитических ферментов:
Папаин (EC 3.4.22.2) — монотио-ловая цистеиновая эндопротеаза. По характеру ферментативного действия ее называют «растительным пепсином». Но, в отличие от пепсина, папаин активен не только в кислых, но и в нейтральных и щелочных средах (диапазон рН 3–12, оптимум рН 5). Он сохраняет активность в широком температурном диапазоне. В каталитическом центре папаина содержится дитиоацильная группа. Фермент связывается с субстратом в местах локализации дисульфидных связей, отдавая преимущество ароматическому аминокислотному остатку в следующей позиции (Jacquet A. etc., 1989). Ген папаина клонирован и секвернирован (Cohen L. W. etc., 1986). Установлено, что он продуцируется растением в виде пропапаина, который после отщепления пептидного фрагмента превращается в активный фермент — папаин. Ген пропапаина, полученный из плодов папайи, клонирован в дрожжах Saccharomyces cerevisiae (Ramjee M. K. etc., 1996) [2–9].
Химопапаин (EC 3.4.22.6) — монотиоловая цистеиновая протеиназа. Благодаря субстратной специфичности похожа на папаин, но отличается от него электрофоретической подвижностью, стойкостью и растворимостью. Это полипепдид, состоящий из 218 аминокислотных остатков, проявляет значительное структурное сходство с папаином и протеиназой w папайи, включая консервативный каталитический участок и дисульфидные связи (Watson D. C. etc., 1990). Из латекса в процессе хроматографии выделяется несколько изоферментных фракций химопапаина: химопапаин А, В и М. Тем не менее иммунологические исследования указывают на их гомогенность (Buttle D. J. и Barrett A. J., 1984). Установлено, что химопапаин М идентичен ранее описанным цистеиновым протеиназам папайи: пептидазе В и протеиназе IV (Thomas M. P. etc., 1994). По специфичности ферментативного действия напоминает папаин, поскольку связывается с субстратом в сайтах локализации дисульфидных связей, но, в отличие от папаина, расщепление субстрата происходит только в том случае, если в следующей позиции находятся лейцин, валин, треонин или пролин. Активность химопапаина измеряют в нанокаталитических (нКат) и пикокаталитических (пКат) единицах; 1 мг фермента содержит по крайней мере 0,52 нКат единиц [2–9].
Протеиназа IV — цистеиновая протеиназа, основная протеиназа латекса, составляет около 30% присутствующего в нем белка (Buttle D. J. etc., 1989). Проявляет высокую степень гомологии с протеиназой III папайи (81%), химопапаином (70%) и папаином (67%). Очень близка к химопапаину по молекулярной массе и заряду молекулы. Загрязнение этим ферментом химопапаина является причиной его гетерогенности в ходе исследований. M. P. Thomas и соавт. (1994) относят этот фермент к фракции химопапаина М.
Карикаин (EC 3.4.22.30) — наиболее щелочная среди цистеиновых протеиназ латекса папайи. Подобно папаину, он сначала продуцируется в форме неактивного зимогена прокарикаина, содержащего ингибиторный прорегион из 106 N-терминальных аминокислот. Активация фермента заключается в отщеплении прорегиона молекулы без ее последующих конформационных изменений. Строе-ние протеиназ папайи изучено с помощью рентгенструктурного анализа (Maes D. etc., 1996) [2–9].
Протеиназа w (эндопептидаза А, пептидаза А) — монотиоловая цистеиновая протеиназа. Это полипептид, содержащий 216 аминокислотных остатков и 3 дисульфидные связи. Для проявления его ферментативной активности важно наличие свободного остатка цистеина в активном центре (Dubois T. etc., 1988). Проявляет высокую степень гомологии с папаином (68,5%). По специ-фичности ферментативного действия напоминает папаин, поскольку связывается с субстратом в участках локализации дисульфидных связей. Расщепление происходит тогда, когда в следующей позиции находятся лейцин, валин или треонин. Пептидаза ІІ — щелочная монотиоловая цистеиновая протеиназа. В каталитическом центре содержит дитио-ацильную группу.
Глицил-эндопептидаза (EC 3.4.22.25) [2–9].
В латексе неспелых плодов папайи содержатся также ингибиторы протеолитических ферментов: цистатин (ингибитор протеиназ с мол.м. 11 262 Да) и белок со свойствами ингибитора цистеиновых протеиназ, молекула которого состоит из 184 аминокислотных остатков, содержит 2 дисульфидные связи и 2 углеводных остатка в позициях Asp84 и Asp90 (Odani S. etc., 1996). Последний обладает способностью блокировать активность трипсина крупного рогатого скота и ?-химотрипсина за счет экранирования участков связывания этих ферментов на их субстратах. Важное медицинское значение имеет комплекс ферментов латекса папайи — папаин. В состав этого комплекса входит несколько протеолитических ферментов, среди которых пептидаза I (расщепляющая белки на ди- и полипептиды), ренинподобный коагулирующий фермент (свертывает казеин молока), амилолитический фермент, свертывающий фермент, подобный пектазе, и слабый липолитический фермент [2–9].
Свойство папаина. Папаин расщепляет белки до полипептидов и аминокислот, причем гидролизирует любые пептидные связи, за исключением связей пролина и связей глютаминовой кислоты с дисоциированной карбоксильной группой. Папаин обладает большей способностью к расщеплению белков по сравнению с большинством протеаз животного и бактериального происхождения. Хотя активность препаратов папаина отличается в зависимости от способа приготовления, он обладает способностью расщеплять нежирное мясо в количестве, в 35 раз превышающем его собственную массу. Папаин высокого качества переваривает яичный альбумин, количество которого в 300 раз больше его собственной массы. При кипячении папаин инактивируется. Глютатион, цистеин и тиосульфат повышают активность папаина, а медь и перекись водорода — угнетают ее. Резко повышает активность папаина синильная кислота в микродозах, которая может быть введена перорально (семена яблок, вишен, миндаля или абрикоса). Е. Smith и соавт. в 1955 г. обнаружили и получили в кристаллическом виде из млечного сока дынного дерева лизоцим, который отличается от лизоцимов другого происхождения (белка куриного яйца, селезенки кролика и собаки) большей молекулярной массой (приблизительно 25000 кДа) и аминокислотным составом. В плодах папайи найдено 56 летучих органических кислот, среди которых преобладают бутаноевая кислота (1,2 мг/кг), а также терпеновые соединения, в частности линалоолоксиды. В спелых плодах дынного дерева содержится 8–12% сахара, значительное количество витаминов А, В1, В2, С и D, тонизирующие вещества. В листьях папайи выявлены свободные и связанные фенольные соединения, танины, органические кислоты и алкалоиды. Другие возможности папаина приведены на схеме.
В кулинарии, помимо уникальных качеств, у папайи есть еще одно немаловажное достоинство – универсальность. Она может использоваться и как фрукт, и как овощ, и как лекарство. Как так? – удивитесь вы. Очень просто. Спелая папайя – фрукт, ее едят на десерт, слегка полив соком лимона или лайма, недозрелая – овощ, и используется как компонент овощных салатов и гарниров. А высушенные и размолотые зерна папайи – прекрасная специя, которую добавляют в соусы и винегрет [2–9].
Внутри плодов находятся семена, в состав которых входят олеиновая, пальмитиновая, стеариновая, линолевая, архидоновая кислоты, применяемые для лечения атеросклероза и других болезней, а также для изготовления моющих средств, пластификаторов, пеногасителей и прочих изделий, широко применяемых в различных отраслях промышленности.
В листьях имеются свободные и связанные фенольные соединения, танины, органические кислоты, стероидные и тритерпеновые сапонины, флавониды, липиды, кумарины, глюкозы, алькалоиды, применяемые при лечении туберкулеза и обладающие желче- и мочегонными свойствами. В Перу листья папайи славятся как незаменимое средство для заживления ран.
Недавно папайя произвела сенсацию в медицинском мире: индийские ученые обнаружили, что в коре дынного дерева содержится вещество, в 250 раз более эффективно подавляющее рост раковых клеток, чем самые современные и продвинутые лекарства. Сейчас ведутся исследования (кора никогда прежде не использовалась в медицине), если не будут выявлены противопоказания, папайя даст миру действенное средство от страшной болезни.
В пищевой промышленности плоды дынного дерева идут на приготовление тонизирующих напитков, соков, сиропов, желе.
В пивоваренном производстве и виноделии протеолитический фермент папаин используется для осветления растворов и увеличения срока хранения.
В текстильной промышленности добавка папаина уменьшает скручивание нити и предотвращает усадку шерсти.
В фармацевтической промышленности зарубежных стран выпускается более 100 лекарственных препаратов (лекозим, лекопаин, вобензим, карпазим, кариказа, супер–сжигатель жира N1, бионормалайзер и др.), широко применяемых в различных областях медицины [2–9].
Результаты клинического исследования отечественного препарата и эффективность
Исследовав свойства папаина, в т. ч. проверку на негативную реакцию организма человека, мы пришли к выводу, что вещества, полученные из плодов дынного дерева, можно успешно использовать при лечении различных гнойных, железистых ран [2–9, 14–18].
Сущность результатов исследования состоит в следующем. Инфекционный очаг обрабатывают средством, состоящим из 5–15% раствора вещества, выделенного из плодов папайи сока в дистиллированной воде или физиологическом растворе. Периодичность обработки очага инфекции составляет 3 раза в день через равные промежутки времени или с частотой обработки, зависящей от степени воспаления органа.
Под нашим наблюдением в клиниках Ашхабада препаратом папайи лечились 48 больных: с маститом – 21, трофическими язвами – 7, флегмонами – 5, абсцессами – 6, нагноением после операционных ран – 9 [2–5].
Лечение больных проводилось путем ежедневного наложения аппликаций папаина на раневую поверхность. Рана закрывалась марлевыми салфетками, пропитанными 0,25–0,5% раствором папаина, а в случаях большого количества некротических тканей, концентрация папаина повышалась до 1%.
Отмечено, что при местном применении папаин не проникает глубоко в ткань, а проявляет свое действие в основном на поверхности раны, лизируя нежизнеспособные ткани. Поэтому в 25 случаях мы инфильтрировали раствор папаина в некротические ткани, что способствовало быстрому очищению раны. После применения первых аппликаций папаином нежизнеспособные ткани четко отграничивались от здоровых, размягчались, особенно поверхностный слой, который напоминал мукоидную массу. При перевязках отмечались обильные выделения из ран с заметным отторжением некротических тканей. На поверхности ран, очищенных от нежизнеспособных тканей, появлялись яркие грануляции, по краям отмечалась тенденция к эпителизации.
У больных с нагноением послеоперационных ран исчезновение гнойнофиброзного налета отмечено после 3–4 аппликаций, эпителизация ран – после 6.
Хорошие результаты получены у больных с флегмонами и абсцессами различной локализации верхних и нижних конечностей: после вскрытия гнойника и применения 25 аппликаций папаином отмечено полное очищение раны от нежизнеспособных тканей, после 9 – эпителизация раны.
У больных с маститом после вскрытия гнойника на 4-й день применения аппликаций отмечено очищение раны, на 7-й – хорошая эпителизация, на 11-й день – полное заживление вторичным натяжением [5].
После 4-х аппликаций папаином у больных с трофическими язвами в области стоп наблюдалось очищение раневой поверхности, после 7 – хорошая грануляция, в связи с чем на 8-й день больным произведена операция свободной пластики кожи по Тришу. Трансплантаты жизнеспособны, на 12-й день отмечено заживление раны. Грануляция ткани и кожный рубец нежные.
Обсуждение.
Таким образом, было выявлено эффективное соотношение, составляющее от 5 до 15% сока папайи из общего состава средства.
Эффективная частота обработки инфекции была установлена как 3 раза в день. Также было отмечено, что в зависимости от фазы раневого процесса частота обработки может быть как 2 или более 3 раз в день.
Заключение
Разработана агротехника, рассмотрены возможности выращивания с использованием микроклимата на основе возобновляемых источников энергии и изучены биотехнологические особенности получения протеолитических ферментов из плодов дынного дерева в условиях Туркменистана.
Составлена математическая модель теплотехнических параметров для прогнозирования микроклимата в гелиотеплице траншейного типа.
Дынное дерево, или папайя, является пищевым продуктом, однако у этого растения были обнаружены такие биологические активные вещества, как липаза, хитиназа, лизоцим и комплекс протеолитических ферментов, включая ингибитор цистеиновых протеиназ. Кроме того, вещество, получаемое из плодов дынного дерева (так называемый папаин), способно расщеплять белки до полипептидов и аминокислот, причем гидролизирует любые пептидные связи, за исключением связей пролина и связей глютаминовой кислоты с диссоциированной карбоксильной группой. Папаин обладает большей способностью к расщеплению белков по сравнению с большинством протеаз животного и бактериального происхождения. Хотя активность препаратов папаина отличается в зависимости от способа приготовления, он обладает способностью расщеплять нежирное мясо в количестве, в 35 раз превышающем его собственную массу.
Папаин высокого качества переваривает яичный альбумин, количество которого в 300 раз больше его собственной массы. Исследовав свойства папаина, в т. ч. проверку на негативную реакцию организма человека авторы пришли к выводу, что вещества, полученные из плодов папайи, можно успешно использовать в медицинской практике при лечении различных болезней и внедрять в отечественную медицинскую промышленность.
Сущность способа энтерального лечения железистых органов, включающего обработку пораженных гнойной инфекцией внутренних органов человека лекарственными средствами, предложенного авторами, отличается тем, что:
— обработку очага пораженного железистого органа человека производят энтерально средством, состоящим из 5–15% раствора веществ сока плодов папайи в дистиллированной воде или физиологическом растворе, 3 раза в день, через равные промежутки времени или с частотой обработки, зависящей от степени инфицированности органа;
— доступ средства к участку железистых органов осуществляют при помощи медицинских инструментов предназначенных для энтерального введения;
— лечение применяют в отношении участков с гнойной некротической инфекцией в пищеводе или желудке;
— лечение применяют в отношении участков с гнойной инфекцией в ушной раковине, а также при заболевании отитом.
Кроме того, данный способ позволяет расширить возможность его применения путем использования катетера, эндоскопа и других медицинских инструментов, при помощи которых осуществляется энтеральное проникновение в тело человека.
Литература
1. Бердымухаммедов Г.М. «Лекарственные растения Туркменистана», Энциклопедия. – Ашхабат, 2013.
2. Абдуллаев А.К., Пенджиев А.М. Применение протеолитических ферментов папайи в лечении гнойных ран. // Здравоохранение Туркменистана. – 1998. – №4
3. Абдуллаев А.К., Пенджиев А.М. Средство и способ энтерального лечения гнойных инфекций. Авторское свидетельство на изобретение патент Туркменистана № 529. – 2012 г.
4. Абдуллаев А.К., Пенджиев А.М. Способ лечения воспаления железистых органов. Авторское свидетельство на изобретение патент Туркменистана № 529. – 2012 г.
5. Абдуллаев А.К., Пенджиев А.М. Терапевтическая эффективность использования протеолитических ферментов дынного дерева. // Научно-практический журнал «Терапевт». – 2013. – №4. – С. 65–70.
6. Пенджиев А.М. Агротехника выращивания дынного дерева (Carica papaya L.) в условиях защищенного грунта в Туркменистане. Автореф. Дис. ... доктора наук – М.2000. – 54 стр.
7. Пенджиев А.М. Применение протеолитических энзимов папайи (Carica papaya L.) в медицинской практике. // Химико–фармацевтический журнал . – 2002. – № 6.
8. Пенджиев А.М. Применение отечественных протеолитических энзимов растительного проис- хождения в медицинской практике. В кн.”Saglyk syýasaty- Serdar Sahawaty”. – Ашхабат, 2000.
9. Пенджиев А.М. Получение отечественных протеолитических ферментов из плодов папайи для применения в клинической медицине.
10. Пенджиев А.М. Математическое моделирование теплотехнических расчетов микроклимата и агроклиматическое районирование гелиотеплицы // Гелиотехника. – 2001 №3.
11. Пенджиев А.М. Математическое моделирование микроклимата в солнечной теплице траншейного типа // Международный научно-теоретический журнал “Альтернативная энергетика и экология”. – 2010. – №7. – С. 88–96.
12. Пенджиев А.М. Математическая модель теплотехнических расчётов микроклимате траншейной солнечной теплицы. // Международный научно-теоретический журнал “Альтернативная энергетика и экология”. – 2010. – №8. – С. 74–79.
13. Пенджиев А.М. Математическая модель расчёта температурного режима листа в условиях солнечной теплицы. // Международный научно-теоретический журнал “Альтернативная энергетика и экология”. – 2010. – №10. – С. 64–69.
14. Петровский Б.В. Избранные лекции по клинической хирургии. – М., 1968.
15. Стребков Д.С., Пенджиев А.М., Мамедсахатов Б.Д. Развитие солнечной энергетики в Туркменистане: Монография. – М., 2012.
15. Стручков В.К. Руководство по гнойной хирургии, – М., 1984.
16. Справочник «Лекарственные средства» под редакцией М.А.Клюева, В.Я.Ермакова, Р.С.Скулкова, О.А.Волкова, Издание 8-е, с.10, ООО «Книжный дом ЛОКУС», 2000.
17. «Справочник практического врача», Кочергина И.Г.– М., Москва 1967.
Международные обзоры: клиническая практика и здоровье. – 2016. – №2. – С.31-40.
Внимание! Статья адресована врачам-специалистам. Перепечатка данной статьи или её фрагментов в Интернете без гиперссылки на первоисточник рассматривается как нарушение авторских прав.