CC BY
54
АКТИВНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ В ТКАНЯХ КУРИНЫХ ЭМБРИОНОВ В ДИНАМИКЕ
Г.Ф. Рыжкова, А.Б. Ревина
Аннотация. В статье приводятся результаты исследований АТФазной активности в тканях скелетных мышц и головного мозга митохондриальной субклеточной фракции 10-17-суточных куриных эмбрионов. Именно эти субклеточные структуры обеспечивают интеграцию многочисленных процессов клеточного обмена. Показано, что в митохондриях головного мозга активность транспортных ферментных систем за весь инкубационный период значительно выше, чем в скелетной мускулатуре. Полученные результаты могут быть использованы для разработки биохимических тестов, по которым можно судить о состоянии метаболических процессов в организме сельскохозяйственной птицы в эмбриогенезе.
2~\~ -|- -)- ? I
Ключевые слова: АТФазная активность, Mg , К , № - АТФаза и Mg , Са -АТФаза, транспортные ферментные системы, куриные эмбрионы, эмбриогенез, митохондрии, митохондриальный аппарат, субклеточные структуры, инкубация, инкубационный период.
Инкубационные качества яиц зависят от множества факторов, как внешних, так и внутренних. Одним из важнейших является биологическая полноценность яиц, зависящая от адекватного транспорта всех необходимых для эмбриона питательных веществ: витаминов, аминокислот, моносахаридов, макро- и микроэлементов и других, содержание которых играет важную роль в эмбриональном развитии птицы.
Куриное яйцо и развивающийся в нем цыпленок являются удобным объектом для исследований, так как искусственная инкубация яиц делает возможным точно определить стадии развития эмбриона.
В тканях развивающегося зародыша, изолированного от внешней среды скорлупой, происходит самобытный обмен веществ. Особый
интерес представляет исследование механизмов, лежащих в основе превращения энергии в биологических системах. Энергетический обмен у растущих животных играет особо важную роль, так как связан не только с функциональным состоянием живого организма, но с интенсивностью формирования его структур, а, следовательно, биосинтезом тех веществ, которые участвуют в образовании структурнофункциональных элементов.
Основные окислительные процессы и аккумуляция энергии, необходимые для жизнедеятельности организма, сосредоточены в митохондриях. Эти субклеточные структуры обеспечивают интеграцию многочисленных процессов клеточного обмена. Митохондрии вы-
Информация об авторах
Рыжкова Галина Федоровна, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой органической и биологической химии Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова, тел. (4712) 53-14-04, E-mail: academv@kgsha.ru
Ревина Анна Борисовна, аспирант Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова.
полняют свою функцию с самых ранних этапов развития; с возрастом митохондриальный аппарат существенно преобразуется, что обусловлено изменением энергетических потребностей клеток. В этой связи представляется интересным изучение клеточной проницаемости и ионного транспорта электролитов в митохондриях мышечной ткани и головного мозга куриных эмбрионов в динамике.
Целью наших исследований явилось изучение активности транспортных АТФаз: М§2+,К+,Ыа+- АТФазы и Мё2+,Са2+-АТФазы в тканях скелетных мышц и головного мозга митохондриальной субклеточной фракции 10-17-суточных куриных эмбрионов. Многочисленными исследованиями доказано, что ферменты, катализирующие процессы электронного транспорта и окислительного фосфорилирова-ния, локализованы в мембранах митохондрий в виде митохондриальных субъединиц и ансамблей (Ба1еке Б.Ь., 2003).
Экспериментальную часть работы проводили в лаборатории кафедры биологической и органической химии КГСХА им. проф. И.И.Иванова и в отделе эмбриональных вакцин производства №1 ФГУП «Курская биофабрика - фирма «БИОК».
Объектом исследований были 10-17-суточные куриные эмбрионы (п=80). Яйца инкубировали в инкубаторе «Универсал-55» по режиму и технологии, принятым на производстве с учетом инструкции по инкубации яиц сельскохозяйственной птицы (при 1=37,5±0,5 °С; влажности 50-54 %).
Материалом для исследований являлись: скелетные мышцы, головной мозг куриных эм-
брионов. Фрагменты исследуемых органов отбирали непосредственно после окончания инкубирования куриных эмбрионов. Митохондриальную субклеточную фракцию мышц и головного мозга получали методом дифференциального центрифугирования.
Активность АТФаз в митохондриальной субклеточной фракции мышц и головного мозга определяли в средах, рекомендованных в работе Иващенко А.Т., Бушневой И.А. (1981). При этом активность фермента рассчитывали по приросту неорганического фосфата (14) и выражали в нмоль Р1мг белка/мин.
Полученные в ходе выполнения работы данные подвергались биометрической обработке на ПЭВМ с использованием прикладных программ.
Анализ результатов исследований активности изучаемых ферментных систем в митохондриях скелетной мускулатуры куриных эмбрионов показал, что в активности Mg2+,K+,Na+-и Mg2+,Ca2+-АТФаз отмечается общая динамика: так, с 10 по 11 сутки инкубации происходит 4-5-кратное снижение данных показателей, с 11 по 13 сутки отмечается их значительный рост, на 15-е сутки приходится пик ферментативной активности, затем начинается ее снижение, и на 17 сутки АТФазная активность достигает уровня 10-х суток, что согласуется с данными А.А. Симоняна (1970), В.В. Лупашко, И.И. Карташова (1978) и др. (рисунки 1 и 2).
После первых суток инкубации в результате смыкания нервных валиков образуется нервная трубка, из передней части которой начинается формирование головного мозга.
*
/ \
10 11 12 13 14 15 16 17
Возраст эмбрионов, сут
Рисунок 1 - Активность М§2+,К+,Ыа+-АТФазы митохондрий мышечной ткани куриных эмбрионов
Рисунок 2 - Активность М§2+,Са2+-АТФазы митохондрий мышечной ткани куриных эмбрионов
Возраст эмбрионов, сут
Рисунок 3 - Активность М§2+,К+,Ыа+ -АТФазы митохондрий головного мозга куриных эмбрионов
Рисунок 4 - Активность М§2+,Са2+-АТФазы митохондрий головного мозга куриных эмбрионов
Таблица 1 - Активность транспортных АТФаз в митохондриях тканей скелетной мускулатуры и головного мозга куриных эмбрионов
Возраст куриных эмбрионов, сут. Активность транспортных АТФаз (нМ Рі/мг белка/мин)
Скелетная мускулатура Головной мозг
М§2+,К+,№+ -АТФаза М§2+,Са2+ -АТФаза Mg2+,K+,Ш+ -АТФаза Мё2+,Са2+ -АТФаза
10 0,681±0,038* 0,681±0,096 1,151±0,089 1,032±0,074*
11 0,135±0,029* 0,180±0,023* 1,570±0,080* 1,320±0,046*
12 0,542±0,016* 0,45 8±0,024 1,698±0,060* 1,502±0,074
13 0,906±0,269* 0,811±0,080* 1,621±0,039 1,592±0,006*
14 0,603±0,015* 0,563±0,029* 1,690±0,029* 1,353±0,052*
15 1,075±0,131* 1,117±0,019* 1,623±0,188* 1,457±0,077*
16 0,726±0,084* 0,635±0,020* 1,922±0,073* 1,752±0,064*
17 0,600±0,044* 0,643±0,025* 1,854±0,075* 1,523±0,086*
(* р<0,05)
Анализируя активность ионных транспортных систем в митохондриях головного мозга куриных эмбрионов, можно отметить, что активность ]УІ£2+,К+,Ка+- АТФазы постепенно увеличивается в течение всего периода проведения исследований (с 10 по 17 сутки инкубации), достигая максимума на 16-е сутки, что подтверждается исследованиями А А Симоняна
(1970), а активность Шg2+,Ca1+ - АТФазы растет от 10-х к 13 суткам, затем к 14 суткам несколько снижается, а на 16-е сутки достигает своего пика (рисунки 3,4).
Сравнивая показатели АТФазной активности в митохондриях скелетной мускулатуры и головного мозга куриных эмбрионов (таблица 1), видно, что в этих субклеточных структурах
головного мозга активность как М£2+,К+,Ка+-АТФазы, так и М£2+,Са2+-АТФазы за весь инкубационный период значительно выше, чем в скелетной мускулатуре. Особенно значимая разница приходится на 11-е сутки, где данные показатели в головном мозге превосходят таковые в скелетной мышце в 11,6 и 7,3 раза соответственно, наименьшая разница между двумя изучаемыми органами наблюдается на 10-е сутки. В остальные сутки наблюдается превышение в 1,5 - 3,3 раза.
Эти различия, по-видимому, связаны с тем, что органы у эмбрионов закладываются в разное время и имеют неодинаковую скорость роста. Так, установлено (Махинько В.И., 1966), что позднее закладывающиеся органы растут быстрее тех, которые образовались раньше. Так, мышцы и сердце - органы, обладающие высокой скоростью роста, - характеризуются более низким уровнем дыхания, чем печень и мозг - органы с меньшими темпами роста. Можно сделать вывод, что окислительные процессы не являются основными источниками энергии. Процессы дифференциации, протекающие в ряде случаев при сниженных темпах роста, напротив, обеспечиваются энергией окисления; при этом используется энергия мак-роэргических соединений, образующихся в большом количестве в ходе окислительного фосфорилирования.
Таким образом, исследования показали, что активность как Mg2+,K+,Na+- АТФазы, так и Mg2+,Ca2+-ATФaзы в митохондриях головного мозга постепенно повышается по ходу эмбрионального развития, начиная с 12-х суток. Активность данных ферментных систем в изучаемых субклеточных структурах скелетной мускулатуры изменяется скачкообразно в течение эмбриогенеза.
Изучение динамики изменения биохимических показателей при инкубации куриных яиц помогает не только познанию биохимических процессов развития птичьих эмбрионов, но и прогнозированию приобретения ими полезных зоотехнических признаков. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшей разработки биохимических тестов, по которым можно судить о состоянии метаболических процессов в организме сельскохозяйственной птицы в эмбриогенезе в зависимости от возраста.
Список использованных источников
1 Иващенко, А. Т. Выделение и свойства аниончувствительной АТФазы из мембран эритроцитов / А.Т. Иващенко, И. А. Бушнева // Биохимия. - 1981. - Т.46. - Вып. 3. - С.486-488.
2 Лупашко, В.В. Окислительные процессы у эмбрионов и цыплят при скармливании курам сульфата натрия / В.В. Лупашко, Н.И Карташов //В кн.: Повышение продуктивности сельскохозяйственных животных / Труды ХСХИ им. Докучаева. - Харьков, 1978. - Т.24. - С.43-45.
3 Махинько, В.В. Биохимия и энергетика эмбрионального развития сельскохозяйственных птиц / В.В. Махинько // В кн.: Ведущие проблемы возрастной физиологии и биохимии. -М.: Медицина, 1966. -С.294-312.
4 Симонян А А. Некоторые стороны энергетического обмена в онтогенезе. - Ереван.: Изд. АН АрмССР, 1970. - 281 с.
5 Daleke D.L. Regulasion of transbilayer plasma membrane phospholipids asymmetry. J.Lipid Res.- 2003. - 44 - C.2849 - 2857.
