CC BY
56
АТФазная АКТИВНОСТЬ В МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ И ЯДЕРНЫХ ФРАКЦИЯХ ТКАНЕЙ КУРИНЫХ ЭМБРИОНОВ В ДИНАМИКЕ
А.Б. Ревина, Г.Ф. Рыжкова
Аннотация. Приводятся результаты исследований АТФазной активности в тканях печени и желудка митохондриальной и ядерной субклеточных фракций 1017-суточных куриных эмбрионов. Именно эти субклеточные структуры обеспечивают интеграцию многочисленных процессов клеточного обмена. Показано, что в митохондриях печени активность транспортных ферментных систем за весь инкубационный период значительно выше, а в ядерных фракциях ниже, чем в желудке. Полученные результаты могут являться критерием, характеризующим преобразование функциональных возможностей организма на рубежах, разделяющих периоды индивидуального развития эмбриона.
Ключевые слова: АТФазная активность, Мg2+, ^, №+- АТФаза, транспортные ферментные системы, куриные эмбрионы, эмбриогенез, митохондрии, ядра, субклеточные структуры, инкубация, инкубационный период.
Изучение биохимии куриного эмбриона представляет особый интерес, так как на этом объекте исследования удается наблюдать определенную последовательность в проявлении отдельных типов и форм обмена, имеющих место в эмбриональном развитии и отражающих в некоторой степени метаболические измене-
ния в процессе филогенетического развития. Кроме того, своеобразие обмена веществ куриного эмбриона связано с условиями развития зародыша, изолированного от внешней среды плотными оболочками.
Современные достижения молекулярной биологии, особенно за последние годы, связаны с изучением биологических мембран и встроенных в них транспортных АТФаз, которые классифицируются по переносимым ими ионам: К+,№+-АТФаза, Ca^-АТФаза, Mg2+-
АТФаза, анионная (HCO^-АТФаза, К+,Н+-АТФаза. Установлено, что от активности АТФаз зависит межклеточное распределение катионов, анионов, моносахаридов и аминокислот в организме. Транспортные АТ-Фазы, встроенные в биологические мембраны, образуют ионные насосы, изучение которых является ведущей проблемой для целого ряда лабораторий.
Основные окислительные процессы и аккумуляция энергии сосредоточены в митохондриях (Kennedy E., Leningeer A., 1948). Именно в этих органеллах образуется 90% всей необходимой для организма энергии. Метаболические процессы в ядре менее изучены, но известно, что в этом органоиде присутствует около 40 различных ферментов.
В этой связи представляет интерес изучение клеточной проницаемости и ионного транспорта электролитов в митохондриальной и ядерной субклеточных
фракциях тканей внутренних органов куриных эмбрионов в динамике.
Целью наших исследований явилось изучение активности Мg2+,K+,Na+-транспортной АТФазы в тканях печени и желудка митохондриальной и ядерной субклеточных фракций 10-17-суточных куриных эмбрионов. Многочисленными исследованиями доказано, что ферменты, катализирующие процессы электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, локализованы в мембранах митохондрий в виде митохондриальных субъединиц и ансамблей (Daleke D.L., 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 (n=80). Яйца инкубировали в инкубаторе «Универсал-55» по режиму и технологии, принятым на производстве с учетом инструкции по инкубации яиц сельскохозяйственной птицы (при t=37,5±0,5 °С; влажности 50-54 %).
Материалом для исследований являлись: печень, желудок куриных эмбрионов. Фрагменты исследуемых органов отбирали непосредственно после окончания инкубирования. Митохондриальную и ядерную субклеточные фракции тканей печени и желудка получали методом дифференциального центрифугирования.
Активность АТФаз в митохондриальной и ядерной субклеточных фракциях печени и желудка определяли в средах, рекомендованных в работе Иващенко А.Т., Бушневой И.А. (1981). При этом активность фермента рассчитывали по приросту неорганического фосфата (Pi) и выражали в нмоль Pi/мг белка/мин.
Полученные в ходе выполнения работы данные подвергались биометрической обработке на ПЭВМ с использованием прикладных программ.
Анализ результатов исследований активности изучаемой ферментной системы в митохондриях и ядрах тканей печени куриных эмбрионов показал, что активность М^2+,К+,№ - АТФазы в митохондриях в процессе эмбрионального развития постепенно увеличивается, достигая максимума на 15 сутки, что согласуется с данными А.А. Симоняна, В.В. Лупашко, Н.И. Карташова и др. (рис. 1,2). В ядерной фракции в отличие от митохондриальной с 10 по 12 сутки, наоборот, наблюдается значительное снижение АТФазной активности, затем некоторый ее подъем на 15 сутки.
Анализируя активность ионной транспортной системы в митохондриях тканей желудка куриных эмбрионов, можно отметить, что в митохондриальной субклеточной фракции активность Mg^^Na"1"- АТФа-зы постепенно снижается, достигая минимального значения к 13 суткам, а затем увеличивается, достигая максимума на 16-е сутки. Это можно объяснить тем, что у кур плодный период длится с 13 по 19 сутки, и в отличие от предплодного, в течение которого происходит быстрый рост временных органов зародыша, в плодном периоде имеет место более быстрый рост его постоянных органов (Рагозина М.Н., 1961).
Таким образом, исследования показали, что активность Mg2^ ,Na+- АТФазы в митохондриях желудка постепенно повышается, начиная с 13-х суток, а в печени - по ходу эмбрионального развития.
Сравнивая показатели АТФазной активности в митохондриях и ядрах тканей печени и желудка куриных эмбрионов (таблица 1), видно, что в митохондриальных субклеточных структурах тканей печени активность Mg^^Na*- АТФазы за весь инкубационный период значительно выше, чем в тканях желудка.
тохондрий тканей печени куриных эмбрионов
В ядерной же фракции наблюдается противоположная картина: ферментативная активность тканей желудка значительно превосходит таковую в тканях печени. Вероятно, это связано с тем, что в плодном периоде наряду с временными органами в обменных процессах все более энергично начинают принимать участие системы постоянных органов; к таковым, в частности, относится функциональная деятельность желудочно-кишечного тракта, сопровождаемая интенсивным развитием пищеварительных желез. Этим, возможно, объясняются различия АТФазной активности в ядерной и митохондриальной субклеточных фракциях желудка, где основные метаболические процессы, вероятно, происходят на ядерном уровне.
тканей печени куриных эмбрионов
Возраст эмбрионов, сут
Рисунок 3 - Активность М^2+,К+,№+- АТФазы митохондрий тканей желудка куриных эмбрионов
Рисунок 4 - Активность Mg2+,К+,Na+- АТФазы ядер тканей желудка куриных эмбрионов
В ядерной же фракции с 10 по 11 сутки инкубации наблюдается значительный рост АТФазной активности, затем ее спад к 13 суткам, незначительное увеличение к 15 суткам и последующее снижение (рисунки 3,4).
Закономерное изменение ферментативной активности в субклеточных структурах изучаемых тканей в инкубационный период можно связать с критическими периодами в жизни эмбриона, когда его сопротивляемость ослабевает. По данным Орлова (1987), первый критический период приходится на первую неделю инкубации с максимумом смертности на 4-5 день. Следующий период - средние дни инкубации с максимумом смертности на 14-15 день. И именно в эти периоды организм мобилизует все силы для дальнейшего роста и
Таблица 1 - АТФазная активность в митохондриальных и ядерных фракциях печени и желудка куриных эмбрионов
Возраст куриных эмбрионов, сут. Активность транспортной Mg2+,R+,Na+ - АТФазы (нМ Pi/мг белка/мин)
Печень Желудок
Митохондрии Ядра Митохондрии Ядра
10 0,35±0,06 1,97±0,11 0,39±0,06 1,80±0,33
11 1,14±0,12* 1,35±0,06* 0,36±0,00 5,33±0,43*
12 1,22±0,07* 0,83±0,03* 0,34±0,14 4,61±0,50*
13 1,31±0,10* 0,94±0,03* 1,12±0,05* 1,82±0,00
14 1,57±0,05* 1,03±0,03* 0,21±0,05* 1,80±0,08
15 1,59±0,07* 1,17±0,07* 0,53±0,10* 2,64±0,25*
16 1,25±0,12* 0,87±0,03* 0,68±0,07* 2,47±0,10*
17 1,14±0,08* 0,65±0,03* 0,61±0,05* 1,65±0,06
(* р<0,05)
развития, что подтверждается результатами проведенных исследований по определению АТФазной активности. Изменение биоэнергетики в субклеточных структурах тканей в процессе их онтогенеза может явиться критерием, характеризующим преобразование функциональных возможностей организма на рубежах, разделяющих периоды индивидуального развития эмбриона.
Список использованных источников
1 Иващенко, А.Т. Выделение и свойства аниончувстви-тельной 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 кн.: Повышение продуктивности сельскохозяйственных животных / В.В. Лупашко, Н.И. Карташов // Труды ХСХИ им. Докучаева. - Харьков. - 1978. - Т.24. - С.43-45.
3 Махинько, В.В. Биохимия и энергетика эмбрионального развития сельскохозяйственных птиц. - В кн.: Ведущие проблемы возрастной физиологии и биохимии/ В.В. Махинько. - М., Медицина, 19бб. - С.294-312.
4 Симонян, А.А. Некоторые стороны энергетического обмена в онтогенезе/ А.А. Симонян. - Ереван.: Изд. АН АрмССР, 1970. - 281 с.
5 Daleke D.L. Regulasion of transbilayer plasma membrane phospholipids asymmetry. J.Lipid Res. 2003.44, 2849 -2857.
6 Kennedy E., Leningeer A., Intracellular structure and the fatty acid oxidase of rat liver // Journal Biol. Chem., - 1948. - V. 172. - P.847-848.
Информация об авторах
Рыжкова Г алина Федоровна, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой физиологии и химии ФГОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. (4712) 53-14-04, Е-mail: academy@kgsha.ru.
Ревина Анна Борисовна, аспирант ФГОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. 8-906-689-60-46, Е-mail: Ann-
yurovchik@yandex.ru.
