Оммохромы относятся к большому классу веществ, встречающихся в различных тканях беспозвоночных животных, главным образом у членистоногих. Они выполняют функцию экранирования избыточного света, антиоксидантной защиты и окраски тела [1]. Изменение окраски оммохромов обычно связано с окислительно-восстановительными переходами в молекуле пигмента. Под действием окислителей и восстановителей оммохромы могут переходить из восстановленной в окисленную форму и обратно, что было зафиксировано по обратимым изменениям в положении их максимума абсорбции [2]. В этом случае при окислении оммохромов их максимум поглощения смещается в более коротковолновую область, а при восстановлении возвращается в исходное положение [3]. Окислительно-восстановительный статус оммохромов имеет большое значение в жизнедеятельности членистоногих. Так например, в период полового созревания у некоторых видов стрекоз окраска тела меняется с желтой на красную, что связано с появлением большего количества восстановленных оммохромов. Кроме того, известно, что антиоксидантной и антигликирующей активностями оммохромы обладают только в восстановленном состоянии [1]. Поэтому способность оммохромов к обратимому окислению-восстановлению имеет важное биологическое значение. Целью данной работы было исследование физико-химических свойств окисленной и восстановленной форм оммохромов сложного глаза насекомых методами ИК-Фурье спектроскопии, КАРС спектроскопии, флуоресцентной спектроскопии и ВЭЖХ-анализа. Впервые показаны обратимые изменения флуоресцентных характеристик оммохромов насекомых при окислительно-восстановительных реакциях. Продемонстрировано обратимое изменение состава оммохромов в реакциях окисления-восстановления. Методом ВЭЖХ-анализа образцов из глаза мухи «черная львинка» (Hermetia illucens, семейство Strationyidae) показана возможность практически полного восстановления окисленных форм пигмента. Результаты данной работы важны как для общего развития знаний об физико-химических свойствах оммохромов, так и для понимания функционального значения этих соединений в тканях насекомых. Измерения в рамках ИК-Фурье и КАРС спектроскопии выполнены ЦКП/УНУ ФИЦ ХФ РАН (рег. номера № 1440743 и № 506694 в базе ЦКП РФ).

Список литературы.

1. AE Dontsov, MA Ostrovsky. Ommochromes of the Compound Eye of Arthropods from the Insects and Crustaceans Classes: Physicochemical Properties and Antioxidant Activity. In: “Arthropods-New Advances and Perspectives” (Ed V.D.C. Shields), 2022, IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.107058

2. F. Figon, J.Casas, Ommochromes in invertebrates: Biochemistry and cell biology, Biol. Rev. Camb. Philos. Soc., 2019, V. 94, P. 156–183.

3. R. Futahashi, R. Kurita, H. Mano, T. Fukatsu. Redox alters yellow dragonflies into red. PNAS, 2012, v. 109 (31). P. 12626–12631. doi/10.1073/pnas.1207114109

Ommochromes belong to a large class of substances found in various tissues of invertebrates, mainly in arthropods. They perform the function of shielding excess light, antioxidant protection and coloring of the body [1]. The color change of ommochromes is usually associated with redox transitions in the pigment molecule. Under the action of oxidizing and reducing agents, ommochromes can change from the reduced to the oxidized form and vice versa, which was recorded by reversible changes in the position of their absorption maximum [2]. In this case, when ommochromes are oxidized, their absorption maximum shifts to shorter wavelengths, and when reduced, it returns to its original position [3]. The redox status of ommochromes is of great importance in the life of arthropods. For example, during puberty, in some species of dragonflies, the body color changes from yellow to red, which is associated with the appearance of a larger number of reduced ommochromes. In addition, it is known that ommochromes have antioxidant and antiglycation activities only in the reduced state [1]. Therefore, the ability of ommochromes to reversible oxidation-reduction is of great biological importance. The aim of this work was to study the physicochemical properties of the oxidized and reduced forms of the ommochromes of the compound eye of insects using FT-IR spectroscopy, CARS spectroscopy, fluorescence spectroscopy, and HPLC analysis. For the first time, reversible changes in the fluorescence characteristics of insect ommochromes during redox reactions have been shown. A reversible change in the composition of ommochromes in oxidation-reduction reactions has been demonstrated. The HPLC analysis of samples from the eye of the black soldiers fly (Hermetia illucens, family Strationyidae) showed the possibility of almost complete recovery of the oxidized forms of the pigment. The results of this work are important both for the general development of knowledge about the physicochemical properties of ommochromes and for understanding the functional significance of these compounds in insect tissues. Measurements in the framework of FT-IR and CARS spectroscopy were performed by the Central Collective Use Center/UNU FRC CP RAS (registration numbers no. 1440743 and no.

References

1. AE Dontsov, MA Ostrovsky. Ommochromes of the Compound Eye of Arthropods from the Insects and Crustaceans Classes: Physicochemical Properties and Antioxidant Activity. In: “Arthropods-New Advances and Perspectives” (Ed V.D.C. Shields), 2022, IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.107058

2. F. Figon, J.Casas, Ommochromes in invertebrates: Biochemistry and cell biology, Biol. Rev. Camb. Philos. Soc., 2019, V. 94, P. 156–183.

3. R. Futahashi, R. Kurita, H. Mano, T. Fukatsu. Redox alters yellow dragonflies into red. PNAS, 2012, v. 109 (31). P. 12626–12631. doi/10.1073/pnas.1207114109