CC BY
9BIOLOGICAL SCIENCES
АКТИВН1СТЬ ГЛУТАТЮНОВО1 СИСТЕМИ ЕРИТРОЦИТ1В ЗА УМОВ СПОЖИВАННЯ
ЕНЕРГЕТИКА
Парцей Х.Ю.
Асистент кафедри бiологiчноi та медично1 xMii мет Г.О. Бабенка 1вано-Франювський нацюнальний медичний yHieepcumem
1вано-Франювськ, Укра'та Ерстенюк Г.М.
Доктор бiологiчних наук, професор кафедри бiологiчноi та медично'1 xMii iменi Г.О. Бабенка 1вано-Франювський нацюнальний медичний yнiверситет
1вано-Франювськ, Укра'ша
ACTIVITY OF GLUTATION SYSTEM OF ERYTHROCYTES UNDER CONSUMPTION OF
ENERGY DRINK
Partsei Kh.
Assistant of the Department of Biological and Medical Chemistry
named after G. O. Babenka Ivano-Frankivsk National Medical University Ivano-Frankivsk, Ukraine Erstenyuk H.
Doctor of Biological Sciences, Professor Department of Biological and Medical Chemistry named after G.O. Babenka
Ivano-Frankivsk National Medical University Ivano-Frankivsk, Ukraine DOI: 10.5281/zenodo.6532820
АНОТАЦ1Я
Функцюнальну основу системи антиоксидантного захисту еритроциту формуе глутатюнова система. Метою дано! роботи було дослвдити впив енергетика на актившсть глутатюново! системи еритроципв, осшльки вона вщграе важливу роль у захисп вщ оксидативного стресу.
Дослвдження було проведено на щурах - самцях лшп Вютар, яш перебували у вiварil за вщповщних умов освiтлення, температурного режиму, вологосп та стандартного рацiону. Шддослвдш тварини були роздiленi на п'ять груп: I група - отримувала питну воду (контрольна група); II група - отримувала енерге-тичний напiй упродовж мiсяця i забiр матерiалу було проведено на 1-шу добу по завершенню експери-менту; III група - отримувала енергетичний напiй упродовж мiсяця i забiр матерiалу було проведено на 10-ту добу по завершенню експерименту група; IV група - отримувала енергетичний напш упродовж мiсяця i забiр матерiалу було проведено на 20-ту добу по завершенню експерименту; V група - отримувала енергетичний напш упродовж мюяця i забiр матерiалу було проведено на 30-ту добу по завершенню експерименту. Стан антиоксидантно! системи ощнювали за активнiстю глутатюново! системи, а саме глутатюнпе-роксидази (КФ 1.11.1.9), глутатюнредуктази (КФ 1.8.1.7) та глутатюнтрансферази (КФ 2.5.1.18).
За умов споживання енергетика спостерiгаeться пригнiчення активностi глутатюнпероксидази, глу-татiонредуктази та глутатiон-S-трансфераза в II, III, IV та V дослвдних групах в порiвняннi з контрольною групою (I). Отриманi результата вказують на порушення зi сторони ферментативно! ланки антиоксидантного захисту еритроципв тварин, як1 споживали енергонапш, що може спричинити до порушення гомео-стазу органiзму в цшому.
ABSTRACT
The glutathione system forms the functional basis of the erythrocyte antioxidant defense system. The aim of this study was to investigate the effect of energy on the activity of the glutathione system of erythrocytes, as it plays an important role in protection against oxidative stress.
The study was conducted using male Wistar rats, which were kept in the vivarium under appropriate lighting conditions, temperature, humidity and standard diet. All animals had free access to feed (based on daily requirements) and water (based on 20 ml of water per rat per day). The amount of standard feed consumed for laboratory animals was determined by its residue in the feeder. Control over the growth and development of animals was performed by weighing them at the beginning and at the end of the experiments. The experimental animals were divided into five groups: 1st group - received drinking water (control group); 2nd group - received an energy drink for a month and the collection of material was carried out on the 1th day at the end of the experiment; 3rd group - received an energy drink for a month and the collection of material was carried out on the 10th day at the end of the experiment; 4th group - received an energy drink for a month and the collection of material was carried
out on the 20th day at the end of the experiment; 5 th group - received an energy drink for a month and the collection of material was carried out on the 30th day at the end of the experiment. The state of the antioxidant system was assessed by the activity of the glutathione system, namely glutathione peroxidase (EC 1.11.1.9), glutathione reductase (EC 1.8.1.7) and glutathione transferase (EC 2.5.1.18. Under the conditions of energy drink consumption, inhibition of glutathione peroxidase, glutathione reductase and glutathione-S-transferase activity was observed in the II, III, IV and V experimental groups in comparison with the control group (I). The obtained results indicate a violation of the enzymatic link of antioxidant protection of erythrocytes of animals that consumed energy drink, which can lead to disruption of homeostasis of the body as a whole.
Ключовi слова: лабораторш щур^ енергетичний нашй, еритроцити, глутатюнредуктаза, глутатюнпе-роксидаза, глутатюн^-трансфераза.
Keywords: laboratory rats, energy drink, erythrocytes, glutathione reductase, glutathione peroxidase, gluta-thione-S-transferase.
Енергетичш напо! - безалкогольш напо!, що мютять у своему склащ кофе!н, таурин, цукор та iншi iнгредiенти. 1х популяршсть достатньо висока, особливо серед молодг Згвдно з европейськими до-слвдженнями, споживачами енергетика здебшь-шого е молодi люди вiком вiд 10 до 20 рошв (68%) [15]. Це може бути пов'язано з рекламою вироб-нишв, якi стверджують про високий енергетичний потенцiал, оскiльки допомагають побороти втому на деякий час. Однак ведомо, що ефект енергетика згодом зменшуеться, тобто, бадьорють i актив-нiсть вiн забезпечуе лише на декшька годин. Натомiсть, за шшими даними [4] значне вживання енергетичних напо!в може призвести до надмiрного споживання цукру, що в свою чергу викликае дов-готривалi проблеми зi здоров'ям, такi як: ерозiя зубiв, ожирiння i дiабет 2 типу.
Стосовно впливу окремих компонента, то варто зазначити, що кофе!н - добре вiдомий стимулятор, який впливае на численш нейромедiаторнi та ендокриннi системи [12]. Блокуючи фосфодiесте-разу, кофе!н пвдсилюе передачу сигналiв через ад-ренерпчш шляхи, що призводить до збшьшення ча-стоти серцевих скорочень, тдвищення кров'яного тиску, рiвня глюкози в кровi та бронходилатаци. Кофе!н виступае в ролi антагонiста передачi сиг-налiв через аденозиновi рецептори i збiльшуе вивiльнення катехоламiнiв. Пiд впливом кофе!ну пiдвищуеться загальний обмiн речовин, потреба у кисш, прискорюеться глiколiз, лiполiз, виникае гiперглiкемiя. Кофе!н призводить до розслаблення гладко! мускулатуру шлунку за рахунок збшь-шення концентрацп гастрину та стимулюе сек-рецш соляно! кислоти, що може призвести до запа-лення слизово! оболонки [13].
1ншим широко використовуваним компонентом енергетичних напо!в е таурин, який мае численш бюлопчш i фiзiологiчнi функцii, включаючи нейромодуляцш, захист, осморегуляцiю, стiйкiсть клгтинно! мембрани, i модуляцiю рiвнiв внутршнь-оклггинного кальцiю [7]. Високi концентрацii тау-рину негативно впливають на обмшш процеси, мо-жуть активувати апоптоз клггин [14].
Оскiльки кофе!н i таурин широко використову-ються в склащ енергетичних напо!в, було проведено дослвдження з вивчення !х впливу на фiзичну працездатнiсть спортсмешв, що засвiдчило про збiльшення витривалосп на довгi дистанцii [8].
Оксидативний стрес виникае при наявностi дисбалансу мiж утворенням окислювальних сполук
i !х знешкодженням в органiзмi. Вшьш радикали постiйно утворюються в низьких концентращях при нормальних фiзiологiчних процесах. Проте, !х надлишок призводить до пошкодження клiтин через порушення структури i функцiй лiпiдiв, бiлкiв i нукле!нових кислот, що може спричинити навiть загибель клiтин. До клггин, як першочергово зазна-ють впливу активних кисневих радикалiв, належить еритроцит.
Функцiональну основу системи антиоксидант-ного захисту еритроциту формуе глутатiонова система, яка вщграе значну роль у пригшченш пато-логiчного процесу, а !! виснаження може призво-дити до виникнення серйозних цитотоксичних i деструктивних ушкоджень [11]. Система глу-татiону пов'язуе всi ланки бiохiмiчних механiзмiв детоксикаци лiпофiльних i гiдрофiльних ксенобю-тикiв, якi функцюнують як едине цiле.
Вiдомо, що глутатюнпероксидаза (КФ 1.11.1.9) - вщграе важливу роль в антиоксидант-ному захистi еритроцитiв. Ензим каталiзуе окис-нення глутатiону i деактивуе пдроген пероксид. Спорiдненiсть глутатiонпероксидази до Н2О2 е вищою, нiж у каталази, що мае значения при захисп ввд низьких концентрацiй гiдроген пероксиду [5, 9, 10].
Глутатiоиредуктаза (КФ 1.8.1.7) - це флаво-проте!д, який каталiзуе реакцiю вiдновления глу-татiоиу, що дозволяе пiдтримувати сталу концен-трацiю вiдновленого глутатiоиу, а значить i актив-нiсть глутатюнпероксидази. Вiдновления глутатiоиу вiдбуваегься за рахунок енергп НАДФН, що утворюеться в реакцп дегвдрогешзацп глюкозо-6-фосфату [6].
Глутатюн^-трансфераза (КФ 2.5.1.18) - це ензим, що складаеться з мультифункцюнальних бiлкiв, якi використовують вiдновлений глутатюн для захисту органiзму вiд оксидативного стресу шляхом вiдновления гiдропероксидiв жирних кислот i иуклеотидiв [2].
Метою дано! роботи було дослвдити впив енергетика на актившсть глутатюново! системи еритроцитiв, оскiльки вона вщграе важливу роль у захисп ввд оксидативного стресу.
Методи дослiдження. Дослвдження було проведено на щурах - самцях лшп Вiстар, яш перебу-вали у вiварii за ввдповвдних умов освiтления, температурного режиму, вологосп та стандартного рацюну. Усi тварини мали вiльний доступ до комбшорму (з розрахунку добово! потреби) та води
(з розрахунку 20 мл води на одного щура на добу). Юльшсть спожитого стандартного комбшорму для лабораторних тварин визначали за його залишком у год!внищ. Контроль за ростом 1 розвитком тварин проводили за допомогою зважування !х на початку та напришнщ дослщв. Заб1р матер1алу було проведено в умовах наркозу (внутршньом'язево тюпен-тал натрш, 60 мг/кг) з дотримання вимог £вропей-сько! конвенци з захисту хребетних тварин, яких використовують з експериментальною та науковою метою (Страсбург,1986), Закону Укра!ни № 3447-IV «Про захист тварин в1д жорстокого повод-ження», прийнятий парламентом 21 лютого 2006 року в новш редакцп, зпдно Статт 26 Правил по-водження з тваринами, що використовуються в на-укових експериментах, тестуванш, навчальному процеа, виробнищга бюлопчних препарапв, а та-кож рекомендацп Першого Нацюнального кон-гресу Укра!ни з бюетики (Ки!в, Укра!на, 2001). Щддослвдш тварини були роздшеш на п'ять груп: I група - отримувала питну воду (контрольна група); II група - отримувала енергетичний напш упродовж мюяця 1 заб1р матер1алу було проведено на 1-шу добу по завершенню експерименту; III група - отримувала енергетичний напш упродовж мюяця 1 заб1р матер1алу було проведено на 10-ту добу по завершенню експерименту група; IV група - отримувала енергетичний напш упродовж мюяця 1 заб1р матер1алу було проведено на 20-ту добу по завер-
шенню експерименту; V група - отримувала енергетичний напш упродовж мюяця 1 заб1р матер1алу було проведено на 30-ту добу по завершенню експерименту.
Стан антиоксидантно! системи еритроципв ощнювали за актившстю глутатюново! системи, а саме: глутатюнпероксидази (ГП) [КФ 1.11.1.9] [1], глутатюнредуктази (ГР) [КФ 1.8.1.7] та глу-татюнтрансферази [КФ 2.5.1.18] [3]. Одержат циф-ров1 даш статистично обраховували з використан-ням програми STATISTICA 7 з урахуванням кри-терш t Стьюдента.
Результати й обговорення. Результати до-слщження дозволили встановити пригн1чення анти-оксидантного захисту еритроципв, як1 проявлялись зниженням активносп глутатюнпероксидази, зо-крема найб1льшою м1рою виражеш щ змши у тварин II-! групи - на 19 % (р<0,001) одразу шсля завершения споживання енергонапою. Впродовж наступних перюд!в спостереження активнють цього ензиму була нижчою ввд показник1в контрольно! групи тварин на 12 % (р<0,001), 10 % (р<0,001) та 8 % (р<0,05) вщповщно (Рис.1). Водно-час, пор1впяльний анал1з показуе, що шсля вщмши енергетика спостертаеться щдвищення активносп ГП на 20 - ту та 30 - ту доби на 12 % (р<0,05) та 15 % (р<0,001) пор1вняно з II дослвдною групою тварин (Рис.1). Однак, щ показники е достов1рно нижчими (р<0,001) ввд значень у контрольнш груш.
1,0
•ЛГ 0,8
■(Ц
н о а
с 0,6
ю
30,4
ч о
| 0,2 0,0
# & $
* ## &
I II III
Групи тварин
ЕЙ;
IV V
¡3 I - контроль ШII - 1 день
□ III - 10 дшв 0IV - 20 дшв
□ V -30 дшв
Рис. 1. Вплив енергетичного напою на активтстъ глутатюнпероксидази еритроцитiв (М±т) (п=7) Примiтка: * -р< 0,001 - достовiрнiстъ nорiвняно з показниками ттактно! групи тварин (I); ** -р<0,05 -достовiрнiстъ порiвняно з показниками iнтактноi групи тварин (I); # - р< 0,001 - достовiрнiстъ порiвняно з показниками II групи тварин; ## - р<0,05 - достовiрнiстъ порiвняно з показниками II групи тварин; & -р< 0,001 - достовiрнiстъ порiвняно з показниками III групи тварин; $ - р< 0,001 - достовiрнiстъ порiвняно з показниками IV групи тварин.
Функцюнуванпя глутатюнпероксидази псно пов'язане з актившстю глутатюнредуктази, яка за-безпечуе ввдновлення окисненого глутатюну. У результат! проведених дослщжень встановлено зни-ження активносп глутатюнредуктази в II, III та IV групах у 1,6 (р<0,001), 1,5 (р<0,001) та 1,1 (р<0,001) раз!в ввдповвдно та незначне шдвищення на 30-ту
добу спостереження пор!вняно з штактною (Рис.2). Пюля завершения вживання енергетика нами встановлено шдвищення активносп даного ферменту на 20 - ту та 30 - ту доби в 1,4 (р<0,001) та 1,6 (р<0,001) раз!в пор!вняно з II дослвдною групою тварин (Рис.2).
1,0 0,9
'53
ё 0,8 а
с 0 7
(ч '
я 0,6
£ °,5
о 0,4
3 0,3
4 0,2 | 0,1
0,0
# & $ * # & ^
I II III IV V
Групи тварин
0 I - контроль II - 1 день
□ III - 10 дшв ИIV -20 дшв
□ V -30 дшв
Рис. 2. Вплив енергетичного напою на активтсть глутатюнредуктази еритроцит1в (М±т) (п=7) Примгтка: * - р< 0,001 - достовгрнкть поргвняно з показниками 1нтактно'1 групи тварин (I); # -р< 0,001 - достовгрнкть поргвняно з показниками II групи тварин; & - р< 0,001 - достовгртсть поргвняно з показниками III групи тварин; $ - р< 0,001 - достовгрнкть поргвняно з показниками IV групи тварин.
*
Важливим компонентом антиоксидантного за-хисту е глутатюн-8-трансфераза. Вона приймае ак-тивну участь у шактивацп велико! шлькосп р1зних токсичних сполук шляхом кон'югацп з глутатюном та сприяе виведенню !х з оргашзму. Пд д1ею енер-гонапою спостер1гаеться пригшчення !! активносп упродовж всього перюду спостереження, найб1льш
ютотш змши ввдшчено у П-й дослщнш груш - у 3,3, (р<0,001) в пор1внянш з контрольною групою (I) (Рис.3). У наступш перюди експерименту актив-шсть цього ензиму зростала у 2,1 - 2,7 раз1в пор1вняно з II дослвдною групою тварин (Рис.3), водночас була ютотно нижчою в1д показник1в контрольно! групи тварин.
7,0 6,0
у
I 5,0
т о
& 4,0
I 3,0
л
ол2,0
1,0 0,0
* # &
та
I II III IV V
Групи тварин
# &
ЕЗ I - контроль ИII - 1 день
□ III - 10 дшв НГУ -20 дшв
□ V -30 дшв
*
*
Рис. 3. Вплив енергетичного напою на активтсть глутат1онтрансферази еритроцит1в (М±т) (п=7) Примгтка: * - р< 0,001 - достовгрнкть поргвняно з показниками 1нтактно'1 групи тварин (I); # -р< 0,001 - достовгрнкть поргвняно з показниками II групи тварин; & - р< 0,001 - достовгртсть поргвняно з показниками III групи тварин; $ -р<0,001 - достовгртсть поргвняно з показниками IVгрупи тварин.
Анал1з одержаних результата вказуе на пору-шення функцюнування глутатюново! системи еритроцита в експериментальних тварин тсля прийому енергонапою, що може сввдчити про ро-звиток оксидативного стресу.
Висновки. Отримаш результати вказують на порушення з1 сторони ферментативно! ланки анти-
оксидантного захисту еритроцита тварин, як1 спо-живали енергонапш, що може спричинити до порушення гомеостазу оргашзму в цшому.
Перспективи подальших дослiджень. Так даш спонукають до поглибленого вивчення про- та антиоксидантно! систем за умов впливу енергетич-ного напою та дослвдження впливу на метабол1зм еритроцита.
Лiтературa
1. Власова С.Н, Шабунина Е.И., Переслегина А.И. Активность глутатионзависимых ферментов эритроцитов при хронических заболеваниях печени у детей / С.Н. Власова, // Лаб. Дело. — 1990. — № 8. — С. 19-21.
2. Копильчук Г.П., Николайчук 1.М., Кузяк О.М. Вмют оксиду азоту та S-нiтрозотiолiв у клтги-нах печшки щурiв за умов рiзного забезпечення ха-рчового рацiону макронутрieнтами. Scientific Herald of Chernivtsi University. Biology (Biological Systems). 2020. Т. 12, вип. 2. С. 187-195. https://doi.org/10.31861/biosystems2020.01.031
3. Прохорова М.И. Методы биохимических исследований. /М.И. Прохорова — Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1982.
4. Breda JJ, Whiting SH, Encarnac.ao R, Norberg S, Jones R, Reinap M, et al. Energy drink consumption in europe: a review of the risks, adverse health effects, and policy options to respond. Front Public Health. 2014; 2:134. https://doi.org/10.3389/fpubh.2014.00134 PMID: 25360435
5. Cohen G, Hochstein P. Glutathione peroxidase: The primary agent for the elimination of hydrogen peroxide in erythrocytes. Biochemistry. 1963;2(6):1420-1428. DOI: 10.1021/ bi00906a038;
6. Couto, N., Wood, J., & Barber, J. (2016). The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network. Free Radical Biology and Medicine, 95, 2742. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028.
7. Curran, C. P., & Marczinski, C. A. (2017). Taurine, caffeine, and energy drinks: Reviewing the risks to the adolescent brain. Birth Defects Research, 109(20), 1640-1648.doi:10.1002/bdr2.1177
8. Imagawa TF, Hiraro I, Utsuki K, Horie M, Naka A, Matsumoto K et al(2009)Caffeine and taurine enhance endurance performance. Int J Sports Med 30:485-488. doi: 10.1055/s-0028-1104574
9. Johnson RM et al. Hemoglobin autoxidation and regulation of endogenous H2O2 levels in erythrocytes. Free Radical Biology & Medicine. 2005;39(11):1407-1417. DOI: 10.1016/j. freeradbiomed.2005.07.002
10. Johnson RM et al. The effects of disruption of genes for peroxiredoxin-2, glutathione peroxidase-1, and catalase on erythrocyte oxidative metabolism. Free Radical Biology & Medicine. 2010;48(4):519-525. DOI: 10.1016/j. freeradbiomed.2009.11.021;
11. Kalinina EV, Chernov NN, Novichkova MD. Role of glutathione, glutathione transferase, and glutaredoxin in regulation of redox-dependent processes. Biochemistry. 2014; 79(13): 1562-83. English.
12. McLellan, T. M., Caldwell, J. A., & Lieberman, H. R. (2016). A review of caffeine's effects on cognitive, physical and occupational performance. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 71, 294312.doi:10.1016/j.neubiorev.2016.09.001
13. Rodak, K.; Kokot, I.; Kratz, E.M. Caffeine as a Factor Influencing the Functioning of the Human Body—Friend or Foe?Nutrients 2021, 13, 3088. https://doi.org/10.3390/nu13093088.
14. Zhang X, Shuo T, Wang Y, Xu B. Mechanism of taurine-induced apoptosis in human colon cancer cells. Acta Biochim Biophys Sin. 2014;46:261-272.
15. Zucconi S, Volpato C, Adinolfi F, Gandini E, Gentile E, Loi A, et al. Gathering consumption data on specific consumer groups of energy drinks. EFSA Support Publ. 2013 Mar 1; 10(3):n/a-n/a.
