CC BY
31
УДК 636.4.084.412:612.015
АКТИВНОСТЬ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В МИТОХОНДРИЯХ КЛЕТОК ПЕЧЕНИ МАТЕРИ И ПЛОДА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ОРГАНИЗМА МАТЕРИ ЙОДОМ
Е. В. ГРОМОВА, А. В. КОКОРЕВ
ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева», г. Саранск, Республика Мордовия, Россия, 430005
Обнинский институт атомной энергетики - филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»», г. Обнинск, Калужская обл., 249040
(Поступила в редакцию 13.01.2016)
Резюме. В результате исследований определена активностъокислителъных процессов в митоходриях клеток печени матери и плода в зависимостиот обеспеченности организма матери йодом.
Ключевые слова: йод, цитохромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа, АТФаза, митохондрии.
Summary. The studies to determine the activity of oxidative processes in the mitochondria of liver cells of mother and fetus, depending on the availability of the mother's body with iodine.
Key words:iodine, cytochrome oxidase, succinate dehydrogenase, ATPase, mitochondria.
Введение. Сложная связь между эффектами тиреоидных гормонов и функцией митохондрий изучается давно. Морфологические и биохимические изменения, возникающие при гипер- и гипотиреозе, настолько очевидны, что гипертиреоз был назван «болезнью митохондрий». В митохондриях найдены рецепторы Т3, и после введения Т3 наблюдаются разнообразные морфологические изменения этих органелл, в том числе их резкое набухание. Самое сильное набухание наблюдается в митохондриях из печени и почек, слабое в органеллах из сердца и скелетной мышцы. Набухание связано с изменением энергетических запасов митохондрий. В пользу этого предложения свидетельствует тот факт, что степень набухания митохондрий зависит от уровня энергетических запасов гранул и начинается, когда содержание АТФ уменьшается до 1/5 нормального значения. Предполагается, что тироксин действует на промежуточные стадии переноса и трансформации энергии.
Анализ источников. В течение многих лет митохондрии являются клеточной структурой, на которой исследователи пытаются расшифровать интимный механизм действия тиреоидных гормонов. Попытки некоторых исследователей объяснить действие тиреоидных гормонов
209
регулирующих влиянием их на какой-то один процесс или одну структуру, до сих пор не увенчались успехом. По-видимому, действие этих гормонов следует рассматривать комплексно, с учетом влияния их на ряд субклеточных структур, макромолекулярных систем и метаболических звеньев.
Тиреоидные гормоны оказывают заметное влияние на скорость дыхания и, следовательно, на величину энергопродукции. В хде экспериментов было установлено, что после тиреоидэктомии происходит уменьшение активности окислительных ферментов.
Активность окислительных ферментов сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и цитохромоксидазы (ЦХО) снижается при гипотиреозе и возрастает при гипертиреодных состояниях. Цитохромоксидаза является терминальной оксидазой в электроннотранспортной цепи митохондрий, катализирующей окисление восстановленного цитохрома с кислородом воздуха. Активность этого фермента характеризует не только уровень окислительно-восстановительных процессов, но и интенсивность образования макроэргов. Недостаточность меди в организме животных приводит к снижению активности металлэнзима во многих органах и тканях, но на более поздних ее стадиях.
Из всех ферментов цикла Кребса заметно выделяется своей активностью СДГ. Она является железофлавопротеидом, катализирующим обратную реакцию окисления янтарной кислоты. Сукцинатдегидроге-наза химически и функционально связана с компонентами дыхательной цепи митохондрий и играет активную роль в процессах взаимосвязи электронно-транспортной и окислительно-фосфорилирующей систем аэробного метаболизма.
Активность АТФазы сильно зависит от концентрации йода в среде, причем при низких концентрациях (10-7-10-6 М) проявляется тенденция к повышению активности, а по мере возрастания концентрации йода заметно снижается [1-8].
Цель работы - изучить зависимость активности окислительных процессов в митоходриях клеток печени матери и плода в зависимости от обеспеченности организма матери йодом.
Материал и методика исследований. Для решения поставленных задач нами было проведено 18 опытов. Опыты проводили методом групп и периодов.
В условиях вивария были проведены опыты на свиньях крупной белой породы. Для этого по принципу аналогов были отобраны ремонтные свинки, которые были разделены на 2 группы. Группы формировались с учетом возраста, упитанности, живой массы, происхождения и состояния здоровья. Рационы животных 1 группы были сбалансированы по основным питательным, минеральным и биологически
активным веществам, согласно существующим нормам. Животные этой группы получали комбикорм, состоявший из кукурузы, пшеницы, ячменя, соевого шрота, травяной муки, минеральных солей, премикса КС-1, с низким содержанием йода (0,15 мг/кг) (основной рацион) + йодвидон, синтезированный КНПО «Йодобором» (авторское свидетельство № 1697695). Йодвидон - это комплексное соединение молекулярного йода с поливинилпирролидоном. Соединения йода добавляли в премикс из расчета 0,15 мг йода/кг сухого вещества корма. Свиньи 2 группы получали в период супоросности и лактации эти же рационы, но без добавок йода.
Свинки были покрыты в возрасте 8-9 месяцев с живой массой не менее 100 кг. Балансовые опыты проведены в конце второго и третьего месяцев супоросности, а также на лактирующих матках в конце подсосного периода (на четвертой неделе).
Убои животных (по 3 головы) были проведены на 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 и 105 сутках беременности, а также холостых и свиноматок после опороса.
Результаты исследований и их обсуждение. В нашем опыте установлено (табл. 1), что на активность сукцинатдегидрогеназы, цитохро-моксидазы в митохондриях клеток печени существенное влияние оказали физиологическое состояние животных, их возраст и уровень йода в рационах подопытных свиноматок.
Т а б л и ц а 1. Активность оксидоредуктаз (ЦХО, СДГ) и АТФазы в митохондриях клеток печени свиноматок при разном уровне йода в рационе
Группы СДГ ЦХО Са2+ - АТ-Фаза Мg2+ - АТ-Фаза Общая АТФаза
Холостые
I 0,73±0,01 0,29±0,01 3,26±0,13 4,74±0,23 5,57±0,27
60 сутки супоросности
I 0,56±0,02 0,32±0,01 2,69±0,13 2,66±0,13 3,27±0,16
90 сутки супоросности
I 0,69±0,03 0,27±0,02 2,54±0,22 3,21±0,16 3,74±0,13
II 0,59±0,02 0,21±0,01 2,64±0,18 2,85±0,25 3,10±0,24
После опороса
I 0,70±0,02 0,23±0,01 2,09±0,05 2,65±0,16 3,16±0,10
После отъема
I 0,81±0,02 0,31±0,01 2,57±0,12 3,91±0,09 4,55±0,28
II 0,73±0,05 0,20±0,01 2,79±0,20 3,46±0,12 4,33±0,14
Примечание: активность СДГ выражена в мкМ трифенилтетразолия хлорида /час/мг белка митохондрий.
Активность ЦХО выражена в мкМ диметилпарафенилендиамина дигидрохлорида / мин./мг белка митохондрий. Активность АТФазы выражена в мкМ неорганического фосфора /час/мг белка митохондрий.
Если активность СДГ в печени у холостых животных первой группы составила 0,73 мкМ трифенилтетразолия хлорида/час/мг белка митохондрий, то на 60 сутки беременности она понизилась на 23,29 % (Р<0,001), а к 90 суткам супоросности увеличивается на 23,21 % (Р<0,010), во время лактации животных активность СДГ остается на таком уровне и к отъему поросят от свиноматок снова повышается на 15,71 % (Р<0,010).
Активность СДГ в печени свиноматок первой группы была выше на 16,95 % (Р<0,050) как в конце беременности, так и после отъема поросят от свиноматок на 10,96 % (Р<0,050) по сравнению со второй группой.
Активность ЦХО в печени холостых свиноматок первой группы равнялась 0,29 мкМ диметилпарафенилендиамина дигидрохлори-да/мин./мг белка митохондрий, к 60 суткам супоросности она возрастает на 10,34 % (Р<0,050), к концу беременности снижается на 15,62 % (Р<0,025), во время лактации активность снижается еще на 14,82 % (Р<0,025) и после отъема поросят она повышается на 34,78 % (Р<0,001).
Оптимальный уровень йода в рационе животных первой группы способствовал повышению активности цитохромоксидазы в конце беременности свиноматок на 28,57 % (Р<0,025) и после отъема поросят на 55,0 % (Р<0,001) по сравнению с свиноматками второй группы.
Активность общей АТФазы в этом органе у холостых свиноматок была равна 5,57 мкМ неорганического фосфора /час/мг белка митохондрий, а к концу 60 дню беременности она понизилась в 1,7 раза, к концу супоросности ее активность же увеличивается на 15,43 % (Р<0,050), во время лактации снова происходит снижение удельной активности общей фазы в митохондриях печени животных на 15,51 % (Р<0,010) и после отъема поросят увеличение активности в 1,4 раза. Оптимальный уровень йода способствовал повышению удельной активности общей АТФазы в митохондриях печени к 90 суткам беременности на 20,65 % (Р<0,050) и после отъема поросят на 5,08 % (Р<0,200).
Удельная активность Са2+-АТФазы в митохондриях печени холостых свиноматок первой группы составила 3,26 мкМ неорганического фосфора/час/мг белка митохондрий, то к 60 суткам супоросности она понизилась до 2,69, или на 17,49 % (Р<0,001) и на этом уровне остается до конца супоросности. После опороса животных происходит снижение активности Са2+-АТФаза до 2,09 мкМ неорганического фосфо-ра/час/мг белка митохондрий или на 17,45 % (Р<0,050), а после отъема поросят ее удельная активность снова увеличивается на 22,97 % (Р<0,010) и составляет 2,57.
Активность Мg2+-АТФазы в митохондриях печени холостых свиноматок составила 4,47 мкМ неорганического фосфора/час/мг белка митохондрий, а к 60 суткам супоросности она понизилась до 2,66, или в 1,8 раза, к концу беременности активность Мg2+-АТФазы увеличива-
ется на 20,67 % (Р<0,050) во время лактации происходит снижение активности на 17,45 % (Р<0,050), а после отъема поросят снова увеличивается в 1,5 раза.
На удельную активность Мg2+-АТФазы в митохондриях печени свиноматок оказали и уровни йода в рационе подопытных животных. Оптимальный уровень йода в рационе свиноматок первой группы способствовал повышению ее активности в конце супоросности на 12,63 % (Р<0,050), а после отъема поросят на 13,01 % (Р<0,050) по сравнению с животными второй группы.
Активность СДГ в печени 60-суточных плодов первой группы составила 0,27 мкМ трифенилтетразолия хлорида/час/мг белка митохондрий, а к 90-суточному возрасту увеличивается в 1,63 раза и соответственно составляет 0,44. Оптимальный уровень йода в рационе свиноматок этой группы способствовал увеличению активности СДГ в 1,10 раза (табл. 2).
Т а б л и ц а 2. Активность оксидоредуктаз и АТФаз в митохондриях клеток печени плодов при разном уровне йода в рационе свиноматок
Гру ппы Возраст СДГ ЦХО Са2+-АТФаза Мg2+-АТФаза Общая АТФаза
I I II 60 суток 90 суток 90 суток 0,27±0,02 0,44±0,00 0,40±0,01 0,05±0,01 0,19±0,01 0,11±0,01 0,75±0,06 1,19±0,07 1,26±0,06 0,79±0,05 1,05±0,06 0,84±0,08 1,36±0,11 1,56±0,16 1,17±0,11
Примечание: активность СДГ выражена в мкМ трифенилтетразолия хлорида /час/мг белка митохондрий.
Активность ЦХО выражена в мкМ диметилпарафенилендиамина дигидрохлорида /мин./мг белка митохондрий. Активность АТФазы выражена в мкМ неорганического фосфора /час/мг белка митохондрий.
Активность этого фермента в печени свиноматок на 60-е сутки беременности была выше в 2,07 раза (г = 0,98) и на 90 сутки соответственно в 1,57 раза(г = 0,99), чем в печени плода.
Активность цитохромоксидазы в этом внутреннем органе 60-суточных плодов равнялась 0,05 мкМ диметилпарафенилендиамина гидрохлори-да/мин/мг белка митохондрий, а в 90-суточном возрасте уже составляет 0,19 единиц или увеличивается в 3,80 раза.
Активность ЦХО в печени плодов первой группы была в 1,72 раза выше по сравнению со второй группой. При сопоставлении активности цитохромоксидазы в печени свиноматок и их плодов установлено, что к 60-м суткам супоросности активность ЦХО в печени матери была выше в 6,40 раза (г = 0,85) и в 90 суток беременности соответственно в 1,42 раза (г = 0,92) по сравнению с активностью цитохромоксидазы в печени плода.
Активность АТФазы в митохондриях клеток печени 60-суточных плодов первой группы составила: Са2+-АТФазы-0,75, Мg2+-АТФазьг-
213
0,79 и общей АТФазы 1,36 мкМ неорганического фосфора/час/мг белка митохондрий, а в 90-суточном возрасте она составляет: Са2+-АТФазы-1,19, Мg2+-АТФазы-1,05 и общей АТФазы-1,56 единиц или увеличивается соответственно в 1,59; 1,33 и 1,33 раза. Оптимальный уровень йода в рационе свиноматок этой группы способствовал увеличению активности в печени плодов в 90 суточном возрасте Мg 2+-АТФазы - 1,25 раза и общей АТФазы в 1,15 раза.
Заключение. Таким образом, наибольшая удельная активность СДГ и ЦХО в митохондриях клеток печени наблюдается у подсосных маток, а АТФазы - у холостых. Спад активности ЦХО и Мg2+-АТФазы в печени при недостатке йода более выражен у подсосных маток, СДГ и общей АТФаза - у супоросных, а Са2+ АТФаза не зависит от уровня йода в рационе. Активность АТФазы в печени матери на 60 сутки беременности была выше Са2+ - АТФазы в 3,59 раза, Мg2+ - АТФазы -3,37 раза и общей АТФазы в 2,38 раза, а в 90 суток соответственно в 2,54; 3,06; 2,40 раза, чем в печени их плодов.
Таким образом, интенсивность окислительно-восстановительных процессов в печени плодов существенно повышается по мере их роста и развития. При дефиците йода активность ЦХО в печени плодов изменяется в большей степени, а СДГ, наоборот, значительно меньше, чем у матерей. Активность Мg2+- и общей АТФазы у плодов и матерей снижается примерно на одинаковую величину. Удельная активность ЦХО и общей АТФазы в печени свиноматок и плодов наиболее выражено зависит от обеспеченности животных йодом, что подтверждает его роль в обмене энергии (через тиреоидные гормоны и ферменты).
ЛИТЕРАТУРА
1. Авцын, А. П. Микроэлементозы человека / А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш. - М.: Медицина, 1991. - 495 с.
2. Громова, Е. В. Биологические показатели крови / Е. В. Громова, А. В. Кокорев // Проблемы физиологии, биохимии и питания животных. - Саранск, 1998. - С. 213-217.
3. Громова, Е. В. Биологическое обоснование потребности свиней в йоде / Е. В. Громова // Сельскохозяйственная биология. - 2001. - № 6. - С. 51-59.
4. Громова, Е. В. Влияние уровня йода на убойные качества свиней / Е. В. Громова, В. С. Сушков, В. В. Корякин // Физиология, морфология и биохимия. - Саранск, 2001. - С. 161-162.
5. Громова, Е. В. Влияние уровня йода в рационе на функциональную активность щитовидной железы / Е. В. Громова, А. В. Кокорев, В. С. Сушков // Физиология, морфология и биохимия. - Саранск, 2001. - С. 159-160.
6. Громова, Е. В. Гематологические показатели ремонтных свинок при разных уровнях йода в рационе / Е. В. Громова // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. - Горки: БГСХА. 2014. - Вып. 17. - В 2 ч. - Ч. 2. - С. 207-213.
7. Громова, Е. В. Метаболизм йода у свиней в онтогенезе / Е. В. Громова, С. Г. Кузнецов. - Саранск: Мордовское книжное издательство, 2003. - 297 с.
8. Громова, Е. В. Функциональная активность щитовидной железы у свиней с различной обеспеченностью йодом / Е. В. Громова, К. Н. Лобанов // Научно-практические аспекты развития животноводства в слвременных условиях аграрного производства. -Мичуринск-наукоград РФ, 2013. - С. 192-195.
