DOI: https://doi.org/10.1007/s11483-026-10129-5
تاريخ النشر: 2026-04-10
المؤلف: Cansu Öztürk وآخرون
الموضوع الرئيسي: وظيفة الإنزيمات والتثبيط
نظرة عامة
تبحث الدراسة في التركيب الفيتوكيميائي والأنشطة البيولوجية لمستخلصات أروانيا ميلانوكاربا، وبالتحديد المائية (AWE) والإيثانولية (AEE)، المستمدة من تركيا. باستخدام مزيج من الطرق التجريبية والحاسوبية، تحدد الدراسة المركبات الفينولية الرئيسية، بما في ذلك حمض الكينك، والسيانيدين-3-O-غلوكوزيد، وحمض الكلوروجينيك، من خلال تحليل LC-MS/MS. أظهرت كلا المستخلصين نشاطًا مضادًا للأكسدة كبيرًا عبر اختبارات مختلفة (DPPH، ABTS، FRAP، CUPRAC، وتقليل المعادن)، حيث تفوق AEE باستمرار على AWE واقترب من فعالية مضادات الأكسدة المعروفة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المستخلصات تثبيطًا قويًا للإنزيمات العلاجية مثل أستيل كولينستراز وألفا-غلوكوزيداز، إلى جانب خصائص مضادة للبكتيريا واسعة النطاق، خاصة في المستخلص الإيثانولي.
تكشف الدراسة أيضًا أن AEE تثبط بشكل انتقائي تكاثر خلايا سرطان الرئة A549 بينما تظهر تأثيرات محدودة على خلايا سرطان الثدي MCF-7. تشير دراسات الربط الجزيئي إلى أن السيانيدين-3-O-غلوكوزيد هو مساهم رئيسي في تثبيط الإنزيم. تقترح التحليلات المعلوماتية الحيوية أن التأثيرات البيولوجية لـ A. melanocarpa تتوسط من خلال آليات متعددة الأهداف تشمل مسارات تتعلق بالإجهاد التأكسدي، وتنظيم الأيض، والالتهاب، وبقاء الخلايا. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات A. melanocarpa كغذاء وظيفي، مما يبرز قدرتها على تعديل العمليات الخلوية واستجابات الإجهاد من خلال مكوناتها الفينولية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد بالأطعمة الوظيفية، وخاصة تلك الغنية بالفيتوكيميائيات النشطة بيولوجيًا، مع التركيز على التوت بسبب فوائده الصحية التي تتجاوز التغذية الأساسية. يتم التأكيد على أروانيا ميلانوكاربا، أو التوت الأسود، لاحتوائها على تركيزات عالية من البوليفينولات، والفلافونويدات، والأنثوسيانين، المعروفة بخصائصها المضادة للأكسدة وقدرتها على التخفيف من الإجهاد التأكسدي والالتهاب – وهما عاملان رئيسيان في الأمراض المزمنة. من الجدير بالذكر أن السيانيدين-3-غلوكوزيد، وهو الأنثوسيانين السائد في الأروانيا، قد أظهر تأثيرات مضادة للالتهابات كبيرة من خلال تقليل الوسائط الالتهابية مثل IL-6 في خلايا الأوعية الدموية البشرية. تشير الدراسات الوبائية إلى أن الأنظمة الغذائية الغنية بالفواكه المحتوية على الأنثوسيانين ترتبط بانخفاض مخاطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية، والسكري من النوع 2، والاضطرابات التنكسية العصبية، وبعض أنواع السرطان.
تناقش الفقرة أيضًا محتوى البوليفينول الاستثنائي لـ A. melanocarpa مقارنةً بالتوت الآخر، منسوبة أنشطتها البيولوجية إلى هذه الغزارة. يتم التأكيد على إمكانية الفاكهة كغذاء وظيفي من خلال فوائدها الصحية المتنوعة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للالتهابات والمضادة للميكروبات، إلى جانب قيمتها الغذائية. ومع ذلك، فإن الفعالية البيولوجية لمنتجات الأروانيا تتأثر بعوامل مثل الأصل الجغرافي وطرق الاستخراج، التي يمكن أن تغير التركيب الفيتوكيميائي والنتائج الوظيفية. تهدف الدراسة إلى سد الفجوات الموجودة في الأدبيات من خلال تقديم تقييم شامل لمستخلصات A. melanocarpa المائية والإيثانولية المزروعة في تركيا، وتقييم أنشطتها المضادة للأكسدة، والمضادة للميكروبات، والمثبطة للإنزيمات، والسامة للخلايا، مع استخدام الربط الجزيئي والمعلوماتية الحيوية لتوضيح الآليات وراء هذه الأنشطة البيولوجية.
طرق
تحدد فقرة “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. توضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الطرق الإحصائية أو النماذج الحاسوبية المستخدمة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتضمن الفقرة معلومات حول إعداد التجربة، والضوابط، وأي معلمات ذات صلة تم قياسها. يسمح هذا النهج الشامل بفهم واضح لكيفية إجراء البحث، مما يمكّن الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة أو البناء على نتائجها. بشكل عام، فإن الصرامة في الطرق المستخدمة ضرورية للتحقق من النتائج والاستنتاجات المستخلصة في البحث.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن كلا من المستخلصات المائية (AWE) والإيثانولية (AEE) من أروانيا ميلانوكاربا تظهر نشاطًا مثبطًا كبيرًا ضد إنزيمات مختلفة، بما في ذلك أستيل كولينستراز (AChE)، وألفا-غلوكوزيداز، والأنزيمات الكربونية البشرية (hCA I و II). أظهر AEE قوة تفوق مع قيم IC50 أقل عبر جميع الإنزيمات المختبرة، حيث كانت 38.50 ميكروغرام/مل لـ hCA I، و17.32 ميكروغرام/مل لـ hCA II، و11.55 ميكروغرام/مل لـ AChE، و9.49 ميكروغرام/مل لـ ألفا-غلوكوزيداز، مقارنةً بقيم AWE المقابلة. كما أظهرت المستخلصات تثبيطًا أقوى من المثبطات المرجعية، مما يشير إلى دورها المحتمل في إدارة مستويات الجلوكوز بعد الوجبات ودعم التطبيقات المضادة للسكري.
فيما يتعلق بالسُمية الخلوية، لم يؤثر أي من المستخلصين بشكل كبير على خلايا MCF-7، لكن كلاهما تسبب في تغييرات شكلية ملحوظة في خلايا A549، مع إظهار AEE تأثيرًا أكثر وضوحًا (IC50: 943.21 ± 7.25 ميكروغرام/مل). تتماشى هذه السُمية الانتقائية مع الأدبيات الموجودة، مما يشير إلى أن فعالية مستخلصات الأروانيا تختلف حسب نوع الخلية وطريقة الاستخراج. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات المعلوماتية الحيوية أن الجينات المستهدفة الشائعة للمركبات الرئيسية في المستخلصات مرتبطة بمسارات تتعلق بتنظيم الإجهاد التأكسدي، والالتهاب، والأيض، وبقاء الخلايا، مما يبرز إمكانيات المستخلصات كمصادر لمركبات نشطة بيولوجيًا. هناك حاجة إلى دراسات آلية إضافية ودراسات حية لتوضيح هذه التأثيرات بشكل شامل.
مناقشة
في هذه الفقرة، تناقش الدراسة المنهجيات والنتائج المتعلقة بالاستخراج، والتوصيف، والأنشطة البيولوجية للمركبات الفينولية من التوت الأسود (أروانيا ميلانوكاربا). استخدمت الدراسة مذيبات مختلفة (الإيثانول والماء) للاستخراج، مما كشف أن كلا المستخلصين يحتويان على مستويات كبيرة من المركبات الفينولية، مع كون حمض الكينك هو الأكثر وفرة. أظهر المستخلص الإيثانولي (AEE) تركيزات أعلى من السيانيدين-3-O-غلوكوزيد مقارنةً بالمستخلص المائي (AWE)، مما يشير إلى أن قطبية المذيب تؤثر على الملف الفينولي، وبالتالي، على الأنشطة البيولوجية للمستخلصات.
تم تقييم الأنشطة المضادة للأكسدة من خلال اختبارات متعددة، بما في ذلك تقليل الجذور الحرة DPPH وABTS، حيث أظهر AEE فعالية متفوقة مقارنةً بـ AWE، على الرغم من أن الأخير يحتوي على محتوى إجمالي أعلى من الفينولات والفلافونويدات. يشير هذا إلى أن التركيب المحدد للفينولات، وخاصة وجود مجموعات الهيدروكسيل في مركبات مثل حمض الكينك والسيانيدين-3-O-غلوكوزيد، يلعب دورًا حاسمًا في القدرة المضادة للأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت اختبارات المضادات الميكروبية أن AEE كان لديه تركيز مثبط أدنى (MIC) أقل بشكل ملحوظ ضد سلالات بكتيرية مختلفة مقارنةً بـ AWE، مما يربط بشكل أكبر بين القوة المضادة للميكروبات والتركيب الفينولي. استخدمت الدراسة أيضًا الربط الجزيئي الحاسوبي لتوضيح تفاعلات الربط للمركبات الفينولية السائدة مع الإنزيمات المستهدفة، مما يعزز العلاقة بين بنية الفينولات والنشاط البيولوجي.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11483-026-10129-5
Publication Date: 2026-04-10
Author(s): Cansu Öztürk et al.
Primary Topic: Enzyme function and inhibition
Overview
The research investigates the phytochemical composition and biological activities of Aronia melanocarpa extracts, specifically aqueous (AWE) and ethanolic (AEE), sourced from Turkey. Utilizing a combination of experimental and computational methods, the study identifies key phenolic compounds, including quinic acid, cyanidin-3-O-glucoside, and chlorogenic acid, through LC-MS/MS analysis. Both extracts demonstrated significant antioxidant activity across various assays (DPPH, ABTS, FRAP, CUPRAC, and metal-reducing), with AEE consistently outperforming AWE and approaching the efficacy of established antioxidants. Additionally, the extracts exhibited potent inhibition of therapeutic enzymes such as acetylcholinesterase and alpha-glucosidase, alongside broad-spectrum antibacterial properties, particularly in the ethanolic extract.
The study further reveals that AEE selectively inhibits the proliferation of A549 lung cancer cells while showing limited effects on MCF-7 breast cancer cells. Molecular docking studies pinpoint cyanidin-3-O-glucoside as a key contributor to enzyme inhibition. Bioinformatics analyses suggest that the biological effects of A. melanocarpa are mediated through multi-target mechanisms involving pathways related to oxidative stress, metabolic regulation, inflammation, and cell survival. Overall, the findings underscore the potential of A. melanocarpa as a functional food, highlighting its ability to modulate cellular processes and stress responses through its phenolic constituents.
Introduction
The introduction highlights the growing interest in functional foods, particularly those rich in bioactive phytochemicals, with a focus on berries due to their health benefits beyond basic nutrition. Aronia melanocarpa, or black chokeberry, is emphasized for its high concentrations of polyphenols, flavonoids, and anthocyanins, which are known for their antioxidant properties and ability to mitigate oxidative stress and inflammation—key factors in chronic diseases. Notably, cyanidin-3-glucoside, the predominant anthocyanin in aronia, has demonstrated significant anti-inflammatory effects by reducing inflammatory mediators like IL-6 in human vascular cells. Epidemiological studies suggest that diets rich in anthocyanin-laden fruits correlate with lower risks of cardiovascular diseases, type 2 diabetes, neurodegenerative disorders, and certain cancers.
The section further discusses the exceptional polyphenol content of A. melanocarpa compared to other berries, attributing its biological activities to this richness. The fruit’s potential as a functional food is underscored by its various health benefits, including anti-inflammatory and antimicrobial effects, alongside its nutritional value. However, the biological efficacy of aronia products is influenced by factors such as geographical origin and extraction methods, which can alter phytochemical composition and functional outcomes. The study aims to fill existing gaps in the literature by providing a comprehensive evaluation of aqueous and ethanolic extracts of A. melanocarpa cultivated in Turkey, assessing their antioxidant, antimicrobial, enzyme inhibitory, and cytotoxic activities, while employing molecular docking and bioinformatics to elucidate the mechanisms behind these bioactivities.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology is described in a systematic manner, highlighting the techniques for data collection and analysis, such as statistical methods or computational models applied to interpret the results.
Additionally, the section may include information on the experimental setup, controls, and any relevant parameters that were measured. This comprehensive approach allows for a clear understanding of how the research was conducted, enabling other researchers to replicate the study or build upon its findings. Overall, the rigor in the methods employed is crucial for validating the results and conclusions drawn in the research.
Results
The results of the study indicate that both the aqueous (AWE) and ethanolic (AEE) extracts of Aronia melanocarpa exhibit significant inhibitory activity against various enzymes, including acetylcholinesterase (AChE), α-glycosidase, and human carbonic anhydrases (hCA I and II). The AEE demonstrated superior potency with lower IC50 values across all tested enzymes, specifically 38.50 μg/mL for hCA I, 17.32 μg/mL for hCA II, 11.55 μg/mL for AChE, and 9.49 μg/mL for α-glycosidase, compared to AWE’s respective values. The extracts also showed stronger inhibition than reference inhibitors, suggesting their potential role in managing postprandial glucose levels and supporting antidiabetic applications.
In terms of cytotoxicity, neither extract significantly affected MCF-7 cells, but both caused notable morphological changes in A549 cells, with AEE exhibiting a more pronounced effect (IC50: 943.21 ± 7.25 μg/mL). This selective cytotoxicity aligns with existing literature, indicating that the efficacy of Aronia extracts varies by cell type and extraction method. Additionally, bioinformatic analyses revealed that the common target genes of key compounds in the extracts are associated with pathways related to oxidative stress regulation, inflammation, metabolism, and cell survival, highlighting the extracts’ potential as sources of bioactive compounds. Further mechanistic and in vivo studies are warranted to elucidate these effects comprehensively.
Discussion
In this section, the research discusses the methodologies and findings related to the extraction, characterization, and biological activities of phenolic compounds from black chokeberry (Aronia melanocarpa). The study utilized various solvents (ethanol and water) for extraction, revealing that both extracts contained significant levels of phenolic compounds, with quinic acid being the most abundant. The ethanolic extract (AEE) exhibited higher concentrations of cyanidin-3-O-glucoside compared to the aqueous extract (AWE), suggesting that solvent polarity influences the phenolic profile and, consequently, the biological activities of the extracts.
The antioxidant activities were assessed through multiple assays, including DPPH and ABTS radical scavenging, where AEE demonstrated superior efficacy compared to AWE, despite the latter having a higher total phenolic and flavonoid content. This indicates that the specific composition of phenolics, particularly the presence of hydroxyl groups in compounds like quinic acid and cyanidin-3-O-glucoside, plays a crucial role in antioxidant capacity. Additionally, antimicrobial assays showed that AEE had a significantly lower minimum inhibitory concentration (MIC) against various bacterial strains compared to AWE, further correlating the antimicrobial potency with the phenolic composition. The study also employed in silico molecular docking to elucidate the binding interactions of the predominant phenolic compounds with target enzymes, reinforcing the relationship between phenolic structure and biological activity.