Determination of Pomological and Chemical Properties and Molecular Docking Analysis of Crataegus orientalis and Crataegus orientalis subsp. orientalis Species and Subspecies in Sandıklı (Afyonkarahisar)

Ayşen Çolak; Ahmet Dönmez; İbrahim Bulduk; Emine İncilay Torunoğlu; Erdi Can Aytar

doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.1514136

EN TR

Determination of Pomological and Chemical Properties and Molecular Docking Analysis of Crataegus orientalis and Crataegus orientalis subsp. orientalis Species and Subspecies in Sandıklı (Afyonkarahisar)

Abstract

This study investigates the pomological, chemical, and molecular properties of Crataegus orientalis and Crataegus orientalis subsp. orientalis genotypes grown in the Sandıklı region of Afyonkarahisar, Türkiye. A total of ten genotypes were evaluated based on fruit dimensions, antioxidant activities, organic acid contents, and molecular docking properties. Pomological characteristics, including fruit width, length, and weight, were measured. The fruit weight ranged between 1.78 g-1 and 6.30 g-1, fruit width varied from 11.74 mm to 15.75 mm, and fruit length ranged between 13.26 mm and 23.18 mm, highlighting significant differences among genotypes. Chemical analyses revealed notable variations in antioxidant and phenolic contents among genotypes. The pH values ranged from 2.63 to 3.12, and DPPH radical scavenging activity was observed between 10.3% and 45.0%. Total phenolic content varied from 17.20 µg GAE 100 g-1 to 49.70 µg GAE 100 g-1, while total flavonoid content ranged from 63 mg CE 100 g-1 to 348 mg CE 100 g-1, demonstrating considerable diversity in antioxidant capacities among genotypes. Organic acid analyses also revealed significant differences in the levels of citric acid, malic acid, succinic acid, and ascorbic acid. Citric acid content ranged from 86.14 mg 100 g-1 to 91.05 mg 100 g-1, while malic acid content was measured between 739 mg 100 g-1 and 821 mg 100 g-1. Succinic acid levels varied from 287.9 mg 100 g-1 to 301.7 mg 100 g-1, and ascorbic acid content ranged from 63.9 mg 100 g-1 to 70.25 mg 100 g-1. These organic acids were correlated with biological activities, contributing to the understanding of the potential therapeutic effects of these genotypes. Molecular docking studies assessed the potential interactions of ascorbic acid, citric acid, malic acid, and succinic acid with the human erythrocyte catalase enzyme. Simulation results indicated binding energies of -6.8 kcal mol-1 for ascorbic acid, -6.5 kcal mol-1 for citric acid, -5.1 kcal mol-1 for malic acid, and -4.9 kcal mol-1 for succinic acid. These findings highlight the richness of Crataegus genotypes in phenolic and flavonoid content, supported by their strong antioxidant activities. The strong interactions of compounds such as ascorbic acid and citric acid with the catalase enzyme suggest that these genotypes hold promise as natural t

Keywords

Sandıklı (Afyonkarahisar) Bölgesindeki Crataegus orientalis ve Crataegus orientalis subsp. orientalis Tür ve Alttürlerinin Pomolojik ve Kimyasal Özelliklerinin Belirlenmesi ve Moleküler Docking Analizi

Öz

Bu çalışma, Afyonkarahisar, Türkiye'nin Sandıklı bölgesinde yetişen Crataegus orientalis ve Crataegus orientalis subsp. orientalis genotiplerinin pomolojik, kimyasal ve moleküler özelliklerini kapsamlı bir şekilde araştırmaktadır. On genotip, meyve boyutları, antioksidan aktiviteleri, organik asit içerikleri ve moleküler bağlanma özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Çalışmada meyve eni, boyu ve ağırlığı gibi pomolojik özellikler ölçülmüş; meyve ağırlığının 1.78 g-1 ile 6.30 g-1 arasında, meyve eninin 11.74 mm ile 15.75 mm arasında ve meyve boyunun 13.26 mm ile 23.18 mm arasında değiştiği belirlenmiştir. Bu parametreler, genotipler arasında belirgin farklılıklar olduğunu ortaya koymuştur. Kimyasal analizler, genotipler arasındaki antioksidan ve fenolik içerik farklarını ortaya çıkarmıştır. pH değerleri %2.63 ile %3.12 arasında değişirken, DPPH radikal süpürme aktivitesi %10.3 ile %45.0 arasında gözlemlenmiştir. Toplam fenolik içerik 17.20 µg GAE 100g-1 ile 49.70 µg GAE 100g-1 arasında değişiklik göstermiştir. Toplam flavonoid içerikleri ise genotipler arasında önemli farklılıklar göstermiş ve 63 mg CE 100 g-1 ile 348 mg CE 100 g-1 arasında ölçülmüştür. Bu sonuçlar, genotiplerin antioksidan kapasitelerinde önemli bir çeşitlilik olduğunu ve farklı genotiplerin farklı biyolojik aktiviteler gösterebileceğini ortaya koymaktadır. Organik asit analizleri, genotipler arasında sitrik asit, malik asit, süksinik asit ve askorbik asit içeriklerinin önemli farklılıklar gösterdiğini ortaya koymuştur. Sitrik asit miktarı 86,14 mg 100 g-1 ile 91,05 mg 100 g-1 arasında değişirken, malik asit içerikleri 739 mg 100 g-1 ile 821 mg 100 g-1 arasında ölçülmüştür. Süksinik asit miktarı 287,9 mg 100 g-1 ile 301,7 mg 100 g-1 arasında değişiklik göstermiştir. En dikkat çekici sonuçlardan biri, askorbik asit miktarının genotipler arasında 63,9 mg 100 g-1 ile 70,25 mg 100 g-1 arasında değişmesi olmuştur. Bu organik asitlerin biyolojik aktivitelerle ilişkilendirilmesi, genotiplerin potansiyel terapötik etkilerini daha iyi anlamamıza katkı sağlamıştır. Moleküler yerleştirme çalışmaları, askorbik asit, sitrik asit, malik asit ve süksinik asit gibi bileşiklerin insan eritrosit katalaz enzimi ile potansiyel etkileşimlerini değerlendirmiştir. Moleküler docking simülasyonları sonucunda, askorbik asidin -6.8 kcal mol-1, sitrik asidin -6.5 kcal mol-1, malik asidin -5.1 kcal mol-1 ve süksinik asidin -4.9 kcal mol-1 bağlanma enerjilerine sahip olduğu belirlenmiştir. Bu bulgular, Crataegus genotiplerinin zengin fenolik ve flavonoid içerikleriyle dikkat çektiğini ve bu özelliklerin güçlü antioksidan aktivitelerle desteklendiğini göstermektedir. Özellikle askorbik asit ve sitrik asit gibi bileşiklerin katalaz enzimiyle güçlü etkileşimleri, bu genotiplerin oksidatif stresle ilişkili hastalıkların tedavisinde kullanılabilecek doğal terapötik ajanlar olma potansiyelini ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

References

Aftab, T., & Hakeem, K. R. (Eds.). (2021). Frontiers in plant–soil interaction: Molecular insights into plant adaptation. Academic Press.
Ağlar, E., Sümbül, A., Karakaya, O., & Ozturk, B. (2020). Determination of the quality characteristics of naturally growing Hawthorn in Susehri. Acta Scientiarum Polonorum. Hortorum Cultus, 19(1), 61-70. https: doi.org 10.24326 asphc.2020.1.6
Atay, E., Pırlak, L., & Atay, A. N. (2009). Elmalarda meyve büyüklüğünü etkileyen faktörler. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 46(2), 137-144.
Baker, A., Lin, C. C., Lett, C., Karpinska, B., Wright, M. H., & Foyer, C. H. (2023). Catalase: A critical node in the regulation of cell fate. Free Radical Biology & Medicine, 199, 56–66. https: doi.org 10.1016 J.FREERADBIOMED.2023.02.009
Balta, M., Karakaya, O., & Ekici, G. K. (2016). Çorum’da Yetişen alıçların (Crataegus Spp.) fiziksel özellikleri. Ordu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(2), 35-41.
Bektaş, M., Bükücü, Ş. B., Özcan, A., & Sütyemez, M. (2017). Akçadağ ve Hekimhan ilçelerinde yetişen alıç (Crataeugus spp.) genotiplerinin bitki ve pomolojik özellikleri. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4(4), 484-490.
Bevılacqua, A. E., & Calıfano, A. N. (1989). Determination of organic acids in dairy products by high performance liquid chromatography. Journal of Food Science, 54(4), 1076–1076. https: doi.org 10.1111 J.1365-2621.1989.TB07948.X
Bignami, C., Paolocci, M., Scossa, A., & Bertazza, G. (2004). Preliminary evaluation of nutritional and medicinal components of Crataegus azarolus fruits. Acta Horticulturae, 597, 95–100. https: doi.org 10.17660 ACTAHORTIC.2003.597.11

Biovia, D. S. (2019) Discovery studio visualizer. v16, 1, 15350.
Bukowska, B., Chajdys, A., Duda, W., & Duchnowicz, P. (2000). Catalase activity in human erythrocytes: effect of phenoxyherbicides and their metabolites. Cell Biology International, 24(10), 705–711. https: doi.org 10.1006 CBIR.2000.0553
Caliskan, O., Bayazit, S., & Gunduz, K. (2016). Hawthorn species from Turkey and potential usage for horticulture 17, 330-336
Caliskan, O., Bayazit, S., & Gunduz, K. (2016). Hawthorn species from Turkey and potential usage for horticulture. VII International Scientific Agriculture Symposium, "Agrosym 2016", 6-9 October 2016, Jahorina, Bosnia and Herzegovina. Proceedings, 17, 330-336.
Çaliskan, O., Gündüz, K., Serçe, S., Toplu, C., Kamiloglu, Ö., Sengül, M., & Ercisli, S. (2012). Phytochemical characterization of several hawthorn (Crataegus spp.) species sampled from the Eastern Mediterranean region of Turkey. Pharmacognosy Magazine, 8(29), 16. https: doi.org 10.4103 0973-1296.93305
Davis, P. H. (1970). Flora of Turkey and the East Aegean Islands. Edinburgh University Press, 3.
Di Marzo, N., Chisci, E., & Giovannoni, R. (2018). The Role of hydrogen peroxide in redox dependent signaling: homeostatic and pathological responses in mammalian cells. Cells, 7(10). https: doi.org 10.3390 CELLS7100156
Dokumacı, K., Uslu, N., Hacıseferoğulları, H., & Örnek, M. N. (2021). Determination of some physical and chemical properties of common hawthorn (Crataegus Monogyna Jacq. Var. Monogyna). Erwerbs-Obstbau, 63(1), 99-106. https: doi.org 10.1007 s10341-021-00545-x
Dorman, H. J. D., Koşar, M., Kahlos, K., Holm, Y., & Hiltunen, R. (2003). Antioxidant properties and composition of aqueous extracts from mentha species, hybrids, varieties, and cultivars. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(16), 4563–4569. https: doi.org 10.1021 JF034108K
El Hamzaoui, A., Oukabli, A., & Moumni, M. (2014). Morphological and molecular diversity and genetic structure of Moroccan cultivated almond (Prunus dulcis Mill.) beside some foreign varieties. Plant Genetic Resources, 12(3), 308–316. https: doi.org 10.1017 S1479262114000094
El-Demerdash, F. M., Tousson, E. M., Kurzepa, J., & Habib, S. L. (2018). Xenobiotics, oxidative stress, and antioxidants. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2018, 9758951. https: doi.org 10.1155 2018 9758951
Ercisli, S., Yanar, M., Sengul, M., Yildiz, H., Topdas, E. F., Taskin, T., & Yilmaz, K. U. (2015). Physico-chemical and biological activity of hawthorn (Crataegus spp. L.) fruits in Turkey. Acta scientiarum Polonorum. Hortorum cultus, 14(1), 83-93.
Gerçekcioğlu, R., Türkoğlu, E., & Aydemir, M. (2022). Sivas İli Yıldızeli ve Şarkışla Yörelerinde doğal olarak yetişen alıç (Crataegus spp.) genotiplerinin seleksiyonu. Meyve Bilimi, 9(2), 61-67.
Grilo, L. F., Martins, J. D., Cavallaro, C. H., Nathanielsz, P. W., Oliveira, P. J., & Pereira, S. P. (2020). Development of a 96-well based assay for kinetic determination of catalase enzymatic-activity in biological samples. Toxicology in Vitro, 69, 104-996.
Gundogdu, M., Ozrenk, K., Ercisli, S., Kan, T., Kodad, O., & Hegedus, A. (2014). Organic acids, sugars, vitamin C content and some pomological characteristics of eleven hawthorn species (Crataegus spp.) from Turkey. Biological Research, 47(1), 1–5. https: doi.org 10.1186 0717-6287-47-21 TABLES 3
Gürsoy, S. (2016). Bahçesaray yöresi alıç (Crataegus) türlerinin pomolojik ve biokimyasal özelliklerinin belirlenmesi (Tez No:526614). [ Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı]. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Güzel, N. (2021). Alıç: Biyoaktif bileşenlerin termosonikasyon ile ekstraksiyonu ve fiziko-kimyasal özelliklerinin Değerlendirilmesi. Gıda, 46(4), 939-948.
Hadwan, M. H., Hussein, M. J., Mohammed, R. M., Hadwan, A. M., Al-Kawaz, H. S., Al-Obaidy, S. S. M., & Al Talebi, Z. A. (2024). An improved method for measuring catalase activity in biological samples. Biology Methods and Protocols, 9(1), bpae025. https: doi.org 10.1093 BIOMETHODS BPAE015
Iskakova, J., Oskonbaeva, Z., & Smanalieva, J. (2023). Evaluation of pomological characteristics and bioactive compounds of Wild Sea Buckthorn (Hippophae Rhamnoides L.) and hawthorn (Crataegus songarica) from Walnut-Fruit Forest Kyzyl-Unkur, Kyrgyzstan. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 26(5), 1146-1155.
Karadeniz, T., & Kalkışım, Ö. (1996). Edremit ve Gevaş ilçelerinde yetişen alıç (Crataegus Azarolus L.) tiplerinin meyve özellikleri ve ümitvar tiplerin seçimi. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 6(1), 27-33.
Kayacık H., Orman ve Park Ağaçlarının Özel Sistematiği, Cilt II, 4. Baskı, İ.Ü. Orman Fakültesi Yayın No: 2766, Bozak Matbaası, İstanbul, 1981.7.
Keles, H (2018). Yozgat ili ve ilçelerinde bulunan alıç (Crataegus spp.) genetik kaynaklarının seleksiyonu morfolojik, biyokimyasal ve moleküler karakterizasyonu (Tez No:514371)[Doktora Tezi Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı Meyve Yetiştirme ve Islahı Bilim Dalı]. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Koşar, B. (2017). Akçadağ (Malatya) İlçesinde yetişen alıç genotiplerinin (Crataegus ssp.) karakterizasyonu (Tez No: 495000) [Yüksek Lisans Tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı]. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Kostić, D. A., Velicković, J. M., Mitić, S. S., Mitic, M. N., & Randelović, S. S. (2012). Phenolic content, and antioxidant and antimicrobial activities of Crataegus Oxyacantha L (Rosaceae) fruit extract from Southeast Serbia. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 11(1), 117–124. https: doi.org 10.4314 TJPR.V11I1.15
Kurnaz, O. C., Ozturk, A., Faizi, Z. A., Ates, U., & Ozturk, B. (2024). Pomological, bioactive compounds, and antioxidant activity of selected superior genotypes from a highly diversified loquat population. Genetic Resources and Crop Evolution, 71(4), 1507–1520. https: doi.org 10.1007 S10722-023-01711-8 FIGURES 4
Liu, P., Kallio, H., Lü, D., Zhou, C., Ou, S., & Yang, B. (2009). Acids, sugars, and sugar alcohols in Chinese Hawthorn (Crataegus spp.) Fruits. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58(2), 1012–1019. https: doi.org 10.1021 JF902773V
Ljubuncic, P., Portnaya, I., Cogan, U., Azaizeh, H., & Bomzon, A. (2005). Antioxidant activity of Crataegus aronia aqueous extract used in traditional Arab medicine in Israel. Journal of Ethnopharmacology, 101(1–3), 153–161. https: doi.org 10.1016 J.JEP.2005.04.024
Miller, A. J., & Schaal, B. A. (2006). Domestication and the distribution of genetic variation in wild and cultivated populations of the Mesoamerican fruit tree Spondias purpurea L. (Anacardiaceae). Molecular Ecology, 15(6), 1467–1480. https: doi.org 10.1111 J.1365-294X.2006.02834.X
Mıroneasa, S., Todosı, E. S., & Mădălina, I. U. G. A. (2017). Physico-chemical characteristics, antioxidant activity and mineral content of hawthorn fruits from Suceava County. Food and Environment Safety Journal, 15(2), 108-116.
Oktan, V., Gündoğdu, M., & Çoalk, A. M. (2017). Uşak’ta yetişen farklı alıç (Crataegus spp.) genotipi meyvelerinin bazı kimyasal ve pomolojik karakterlerinin belirlenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 7(3), 39-44.
Özcan, M., Haciseferoǧullari, H., Marakoǧlu, T., & Arslan, D. (2005). Hawthorn (Crataegus spp.) fruit: Some physical and chemical properties. Journal of Food Engineering, 69(4), 409–413. https: doi.org 10.1016 J.JFOODENG.2004.08.032
Singh, A., Kukreti, R., Saso, L., & Kukreti, S. (2019). Oxidative Stress: A key modulator in neurodegenerative diseases. Molecules (Basel, Switzerland), 24(8), 1583. https: doi.org 10.3390 MOLECULES24081583
Singleton, V. L., & Rossi, J. A. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. American Journal of Enology and Viticulture, 16(3), 144–158. https: doi.org 10.5344 AJEV.1965.16.3.144
Sorkun, E. (2012). Farklı renkteki alıç meyvelerinin pomolojik ve fitokimyasal özelliklerinin belirlenmesi. (Tez No: 322719) [ Yüksek Lisans Tezi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Taylan, A. (2015). Hakkâri ili Şemdinli yöresi üstün nitelikli alıç (Crataegus spp.) genotiplerinin belirlenmesi. (Tez No: 450398) [ Yüksek Lisans Tezi,Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı. Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Tomar, O., Çağlar, A., Akarca, G., & Vatansever, H. (2020). Physicochemical and sensory quality properties of yellow hawthorn fruit (Crataegus tanacetifolia) vinegar produced by traditional fermentation method. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (19), 176-181. https: doi.org 10.31590 ejosat.715699
Trott, O., & Olson, A. J. (2010). AutoDock Vina: Improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading. Journal of Computational Chemistry, 31(2), 455–461. https: doi.org 10.1002 JCC.21334
Türkoğlu, N., Kazankaya, A., & Şensoy, R. İ. (2005). Pomological characteristics of hawthorns species found in Van region. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 15(1), 17-21.
Wei, S., & Wang, S. (2019). High performance liquid chromatography analysis of sugars and acid components in'Xintai Tianhong'Hawthorn Fruit. Agricultural Biotechnology, 8(4), 163-164.
Yaviç, A., Taylan, A., Balcı, H., & Encu, T. (2016). Biochemical and pomological characteristics of hawthorn (Crataegus spp.) fruits grown in Şemdinli, Hakkâri ıli Şemdinli Yöresi alıç (Crataegus spp.) meyvelerinin biyokimyasal ve pomolojik özellikleri. Yuzuncu Yil University Journal of Agricultural Sciences, 26(4), 500-504.
Zhao, M. X., Wen, J. L., Wang, L., Wang, X. P., & Chen, T. S. (2019). Intracellular catalase activity instead of glutathione level dominates the resistance of cells to reactive oxygen species. Cell Stress & Chaperones, 24(3), 609–619. https: doi.org 10.1007 S12192-019-00993-1
Zhishen, J., Mengcheng, T., & Jianming, W. (1999). The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chemistry, 64(4), 555–559. https: doi.org 10.1016 S0308-8146(98)00102-2

Details

Primary Language

English

Subjects

Plant Biochemistry

Journal Section

Research Article

Authors

Ayşen Çolak
0000-0003-0113-2104
Türkiye

Ahmet Dönmez
0000-0003-4836-9774
Türkiye

İbrahim Bulduk
0000-0001-6172-7738
Türkiye

Emine İncilay Torunoğlu
0000-0003-4641-0067
Türkiye

Erdi Can Aytar ^*
0000-0001-6045-0183
Türkiye

Early Pub Date

March 20, 2025

Publication Date

March 27, 2025

Submission Date

July 13, 2024

Acceptance Date

February 21, 2025

Published in Issue

Year 2025 Volume: 28 Number: 2

DOI

https://doi.org/10.18016/ksutarimdoga.vi.1514136

IZ

https://izlik.org/JA25DX26ME

Cite

RIS / Bibtex

APA

Çolak, A., Dönmez, A., Bulduk, İ., Torunoğlu, E. İ., & Aytar, E. C. (2025). Determination of Pomological and Chemical Properties and Molecular Docking Analysis of Crataegus orientalis and Crataegus orientalis subsp. orientalis Species and Subspecies in Sandıklı (Afyonkarahisar). Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım Ve Doğa Dergisi, 28(2), 446-458. https://doi.org/10.18016/ksutarimdoga.vi.1514136

Cited By

Fruit extracts of Rosa canina L. and Rosa pimpinellifolia L.: Phytochemical profiles, in vitro antioxidant, anti-inflammatory, xanthine oxidase inhibitory effects, and in silico molecular dynamics studies

Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi

https://doi.org/10.18016/ksutarimdoga.vi.1639294

Phytochemical Composition and Multi‐Target Biological Activities of Crataegus monogyna: LC–MS/MS, DFT, and Molecular Docking Approaches

Chemistry & Biodiversity

https://doi.org/10.1002/cbdv.202503625