CC BY
29
УДК 577.15:599:591.132
ИНГИБИТОРЫ ПРОТЕАЗ МОЛОЗИВА МЛЕКОПИТАЮЩИХ, ИХ ФУНКЦИЯ В ПРОЦЕССАХ ПИЩЕВАРЕНИЯ И ЗАЩИТЕ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ
Mammals' Colostrum Protease Inhibitors, their Function in Digesting and Protection of Animals
Поляков В.Ф., д. биол. н., профессор Ипатова О.М., канд. биол.н. Усачев И.И., д. вет. н., профессор кафедры Polakov V.F., Ipatova O.M., Usachov I.I.
ГНУ ВИЭВ им. ЯР. Коваленко 109428, Москва, Рязанский проспект, 24, к.1.
All-Russian Research Institute of experimental veterinary science of Ya.R. Kovalenko
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ 243365, Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино, ул.Советская, 2а
Bryansk State Agrarian University
Реферат. В результате исследований установлено, что протеолитические ферменты, содержащиеся в молозиве млекопитающих, выполняют важную роль в защитной функции новорожденных животных. Выявлена значимость ингибиторов протеаз в жизнедеятельности животных, их влияние на обмен веществ. Кроме того, установлено, что молозивный ингибитор трипсина способствует поступлению в кровяное русло новорожденных колостральных антител, защищая их от повреждения проте-азами. Ингибиторы протеаз выявлены в молозиве коров, свиней и других млекопитающих. Однако до настоящего времени остается открыт вопрос об участии ингибитора ферментов в процессах пищеварения новорожденных.
Summary. It is established in the researches that the proteolytic enzymes in colostrum of mammals has got an important role in protective function of newborn animals. The significance ofproteases inhibitors in animals' activity, and their influence on metabolism are revealed. Besides, it is established that the colos-tric trypsin inhibitor promotes colostric antibodies flux into the bloodstream of newborn animals, protecting them from being damaged by proteases. The protease inhibitors are revealed in cows, pigs and other mammals' colostrum. However, the question of enzymes inhibitor participation in digesting of newborns remains open so far.
Ключевые слова: млекопитающие, новорожденные животные, ингибитор трипсина, молозиво.
Key words: mammals, newborn animals, trypsin inhibitor, colostrum.
Введение. Протеолитические ферменты выполняют ключевую роль в белковом обмене живых организмов, принимая активное участие как в распаде, так ив образовании биологически важных белков и пептидов - ферментов, гормонов, структурных белков, белков крови, молока, молозива и т.д. В настоящее время установлено участие протеолитических ферментов в механизме секреции белковых веществ, в защитных реакциях организма и других жизненно важных процессах [5, с. 106-107]. В связи с этим особое значение придается изучению биологических механизмов регуляции протеоли-тической активности. Так, установлено три основных способа регуляции активности протеолитических ферментов у живых организмов [3, с. 35]. Таким образом, ингибиторы ферментов в организме животных связаны с регулирующим влиянием на обмен веществ. Это касается не только эндогенных ингибиторов протеаз, но и экзогенных, поступающих с пищей [4, с. 247]. В этой связи важное значение приобретает изучение состава и качества молозива, единственного корма новорожденных, от свойств которого в значительной степени зависит становление иммунной системы и жизнеспособность молодняка [2, с. 262].
Важное физиологическое значение ингибиторов протеолитических ферментов подтверждается и тем, что их недостаточность может приводить к тяжелым заболеваниям у животных и человека. Так нарушение равновесие между протеолитическими ферментами и их ингибиторами является одним из важных факторов, способствующих злокачественному росту.
У млекопитающих способность кишечника доставлять неразрушенные белки в кровяное русло закрепилась как средство передачи иммуноглобулинов молока в организм новорожденного. Полагают, что молозивный ингибитор трипсина способствует этому механизму передачи пассивного иммунитета [18, с. 311].
Поглощение гаммаглобулинов в неонатальный период развития видоспецифично. Так, интенсив-
ная избирательная передача иммуноглобулинов с молозивом у жвачных животных ограничена 1-2-дневным возрастом детенышей до, так называемого «закрытия кишечного барьера» [16, с. 362-363]. В этот период проницаемость кишечника велика для всех белков и селективности в транспорте гаммагло-булинов не наблюдается. Организм животного получает много иммуногобулинов класса У, вследствие его увеличенного содержания в молозиве матери. Содержание гаммаглобулинов в сыворотке крови увеличивается от неопределяемого уровня до уровня взрослого Животного и выше. Поэтому у новрож-денных телят получавших первые порции молозива не всегда удается эксперементально воспроизвести энтерит введением патогенных штаммов кишечной палочки и ряда вирусов [12, с. 56].
В отличие от полигастричных, у грызунов имеет место как постнатальная, так и преднатальная иммунизация. Период, так называемого, «закрытия кишечного барьера» увеличивается до 20 дней. При этом транспорт белка явно селективен: удалось обнаружить преимущественное проникновение гомологичных гаммаглобулинов. Весь процесс локализован в тощей кишке, на проксимальных энте-роцитах которой было доказано существование рН-зависимых Бе- рецепторов.
Важнейшее значение для всасывания иммуноглобулинов организмом новорожденного имеют, с одной стороны, функциональное состояние и способность слизистой пищеварительного тракта, а с другой - наличие ингибиторов протеолитических ферментов, задерживающих расщепление белков молозива, включая иммуноглобулины.
Всасывание и накопление иммуноглобулинов в желудочно-кишечном тракте новорожденных находится в прямой пропорциональной зависимости от времени после рождения или иными словами, от возраста новорожденного, достигая максимум через 24-48 часов посоле рождения. Однако такая закономерность характерна не для всех биологических сред организма новорожденных животных [9, с. 45]. Изучая содержание иммуноглобулинов классов М, А и С в слизистых оболочках тонкого кишечника установили наименьшее их содержание у ягнят суточного возраста и дальнейшее увеличение белка с возрастом ягнят, которое в 30-60 суточном возрасте достигало величины взрослых животных 4-5 летнего возраста [17, с. 72].
Следовательно, у новорожденных организмов пропуская через себя огромное количество защитных компонентов, в том числе и иммуногобулинов, сам тонкий кишечник имеет нужную иммунологическую защищенность. Процесс закрытия кишечного барьера физиологически можно представить, как прекращение проникновения всасываемых белков через клеточную мембрану во внутриклеточную область. Текучесть, проницаемость и др. связывают с полипренами - интегральными компонентами биологических мембран [1, с. 83]. Однако таких данных о влияние этих компонентов на абсорбцию клетками белков иммунного характера нет. По-видимому, именно этот процесс является доминирующей стадией «закрытия кишечного барьера», а не, как предполагалось ранее, недоступность или неспособность белковых макромолекул по каким-либо причинам проникнуть в тубуло-везикулярную систему энтероцитов тонкого отдела кишечника [15, с. 138].
Как уже отмечалось выше, желудочно-кишечный тракт новорожденных телят, а по мнению автора и ягнят, не способен к селективной адсорбции иммунноглобулинов. Всасываются все белки сыворотки молозива, однако низкомолекулярные быстро выводятся почками из кровяного русла в течение 24-36 часов, вызывая, так называемую, протеинурию новорожденных [17, с. 73].
В первые дни и даже часы жизни в желудочно-кишечном тракте новорожденных происходят глубокие биохимические морфологические изменения: «закрытие кишечного барьера», формирование «белкового профиля крови», протеинурия и т.д. Следует отметить, что немаловажную роль во всех этих процессах, особенно у полигастричных животных, играет молозивные ингибитор трипсина, однако механизм воздействия его на организм новорожденного до сих пор не выяснен [11, с.23-24].
Ингибитор активности трипсина был обнаружен в молозиве различных млекопитающих, например, в молозиве женщин, коров и свиней. Вскоре после его открытия было выдвинуто предположение, что физиологическая роль ингибитора молозива всех млекопитающих заключается в предохранении антител молозива от протеолиза в желудочно-кишечном тракте новорожденных. Это предположение подтверждается тем, что содержание ингибитора трипсина в молозиве коррелирует с содержанием иммуноглобулинов в течение первых 5 дней после родов. Наибольшая их концентрация в первых порциях секрета.
Первым был выделен в чистом виде и наиболее изучен ингибитор трипсина в молозиве свиней [10, с. 48].
Иммунохимические исследования показали, что ингибитор трипсина из молозива свиней является антигеном и иммунологически не связан с ингибитором трипсина или какими-либо другими белками из сыворотки крови.
Также как и в молозиве свиней ингибитор трипсина из молозива коров представляет собой бе-
лок, строго специфичный для секретов молочной железы крупного рогатого скота, несомненно, отличающиеся от других природных ингибиторов протеина, включая ингибиторы протеолитических ферментов, продуцируемые организмом коровы [9, с. 18].
В последние годы появилось значительное число исследований посвященных изучению молекулярных механизмов образования комплексов протеаза-ингибитор. Накопленные данные позволяют сделать общий вывод о том, что ингибиторы ведут себя в реакции с ферментами подобно субстратам ограниченного протеолиза. На поверхности молекулы ингибитора располагается его «реактивный центр» - участок, который вступает в непосредственный контакт с активным центром фермента. В состав реактивного центра ингибитора обычно входит относительно короткая аминокислотная последовательность, содержащая аминокислотный остаток, природа которого во многом определяет специфичность данного ингибитора[9, с. 43].
Работами ряда исследователей был показано, что объем всосавшегося в желудочно-кишечном тракте белка может быт увеличен одновременным применением ингибитора. Кроме того, установлено увеличение всасывания иммуноглобулинов из молозива и сыворотки кроме свиней поросятами после скармливания им очищенного препарата ингибитора из молозива коров. При использовании очищенного препарата ингибитора, выделенного из сои такого эффекта обнаружить не удалось.
Специфическое ингибирующее действие молозивного ингибитора трипсина на некоторые пищеварительные протеиназы (особенно трипсин) делает возможным их участие в предохранении чувствительных к трипсину белков от разрушения при всасывании последних в желудочно-кишечном тракте новорожденного [14, с. 240].
Но, с другой стороны, экспериментально было показано, что ингибитор трипсина из молозива свиней всасывается параллельно с иммуногобулинами и, затем, быстро, в течении 20 часов выводится из организма с мочой [17, с. 72, 7, с. 34].
Заключение. Таким образом, значение ингибитора трипсина молозива для жизнедеятельности новорожденного может быть только при одновременном рассмотрении глубоких биохимических и морфологических изменений, происходящих в организме в первые дни и даже часы жизни животного. До настоящее времени остаются дискуссионными роль и значение ингибитора протеаз в процессах пищеварения новорожденного, степени причастности его к ассимиляции иммуноглобулинов молозива. Поэтому изучение молозивного ингибитора трипсина, его физико-химических свойств, динамики содержания в молозиве и молоке в зависимости от рациона, породы, возраста животных, стадии лактации позволят полнее понять физиологическую роль ингибитора, поможет расшифровать тонкие биохимические механизмы возникновения пассивного иммунитета у млекопитающих, роль и участие в этих процессах самого ингибитора протеаз.
Библиографический список
1. Деева А.В., Пронин А.В. Средства для профилактики и лечения - фоспренил, свойства и механизмы биологического действия. Новые фармакологические средства в ветеринарии // Материалы 16 международной межвузовской научно-практической конференции. СПб., 2004. С. 82-84.
2. Канышков Т.Г., Бунева В.Н., Невинский Г.А. Биологические функции молока человека и его компонентов. Ж.: Успехи совр. биол., 2002. Т. 122, № 3. С. 259-271.
3. Мосолов В.В. Белковые ингибиторы как регуляторы процессов протеолиза. М.: Наука, 1983.
4. Николаевская В.Р., Черников М.П. Успехи современной биологии. 1981. Т. 91. Вып. 2. С. 241-251.
5. Савченко О.В., Усачев И.И. Микробиоценоз в химусе тощей кишки взрослых овец и ягнят в раннем постнатальном онтогенезе // Экологические и селекционные проблемы племенного животноводства: сборник научных трудов. Брянск, 2009. С. 106-107.
6. Усачев И.И., Усачев К.И. Способы повышения жизнеустойчивости животных в раннем постнатальном онтогенезе // Вестник Брянской ГСХА. 2007. № 6. С. 56-61.
7. Усачев И.И. Динамика иммуноглобулинов и бактериоценоза в организме ягнят в раннем постнатальном онтогенезе: автореф. дис. ... канд. вет. наук. М., 1994.
8. Усачев И.И., Поляков В.Ф. Роль иммуноглобулинов в жизнедеятельности животных: монография. Брянск, 2007.
9. Усачев И.И., Поляков В.Ф. Микробиоценоз различных отделов кишечника и фецеса у овец. Брянск, 2013.
10. Нормативы кишечной микрофлоры у овец: методические положения / И.И. Усачев, В.Ф. Поляков, В.В. Понаморев, Н.Н. Чеченок, К.И. Усачев, И.В. Каничева, О.В. Гомонова. Брянск, 2013.
11. Рекомендации по оценке микробиоценоза подвздошной, слепой, ободочной и прямой кишок ягнят в молозивный, молочный и смешанный периоды питания (1-60 суток) / И.И. Усачев, В.Ф.
Поляков, И.В. Каничева, К.И. Усачев. Брянск, 2015.
12. Усачев И.И., Поляков, В.Ф. Коррекции энтеральных дисбиотических нарушений у животных // Вестник Брянской ГСХА. 2009. № 2. С. 53-57.
13. Усачев К.И., Усачев И.И. Результаты исследований микробиоценоза слизистой оболочки подвздошной кишки овец // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2012. Т. 38, № 5. С. 135-136.
14. Усачев И.И., Поляков В.Ф. Роль бактериоценоза желудочно-кишечного тракта в жизнедеятельности животных: монография. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2007. 138 с.
15. Федоров Ю.Н., Абдулов А.И., Крапина Е.В. Влияние хитозана и фитохитодеза на иммунный статус организма у телят // Научные проблемы производства продукции животноводства и улучшение ее качества: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Брянск, 2004. С. 359-363.
16. Микробиоценоз взрослых овец в различные сезоны года / Н.Н. Чеченок, О.В. Савченко, И.И. Усачев, К.И. Усачев // Овцы, козы, шерстяное дело. 2009. № 3. С. 71-73.
17. Carlsson L.C.T., Westrom B.R., Karlsson B.W. Biol. Neonate, 1980. V. 38. P. 309-313.
References
1. Deyeva A.V., Pronin A.V. Means for prevention and treatment - fosprenil, properties and mechanisms of biological action // New pharmacological means in veterinary science: Materials of the 16th international interuniversity scientific and practical conference. St. Petersburg, 2004. - P. 82-84.
2. Kanyshkov T.G., Buneva V.N., Nevinsky G.A. Biological functions of human milk and its components// Biology Bulletin Reviews, 2002. Vol. 122, № 3. P. 259-271.
3. Mosolov V.V. Protein inhibitors as regulators ofproteolysis processes. M.: Science, 1983.
4. Nikolaevskaya V.R., Chernikov M.P. Achievements of Modern Biology, 1981. Vol. 91, № 22. P. 241-251.
5. Savchenko O.V., Usachev I.I. Microbiocenosis in a himus of a lean gut of adult sheep and lambs in early post-natal ontogenesis// Environmental and selection problems of livestock breeding: scientific works. Bryansk, 2009. P. 106-107.
6. Usachev I.I., Usachev K.I. Ways to improve sustainability of animals in the early postnatal ontogenesis// Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2007. № 6. P.56-61.
7. Usachev I.I. Dynamics of immunoglobulins and bacteriocenosis in the body of lambs in early postnatal ontogenesis: Abstract of Diss... of Cand. Veterinary. Moscow, 1994.
8. Usachev I.I., Polyakov V.F. The role of immunoglobulins in animals' life. Monograph. Bryansk, 2007.
9. Usachev I.I., Polyakov V.F. Microbiocenosis of different parts of the intestine and feces of sheep. Bryansk, 2013.
10. Standards of the intestinal microflora in sheep. Methodical provision/ I.I. Usachev, V.F. Polyakov, V.V. Ponomarev, N.N. Chechenok, K.I. Usachev, I.V. Kanicheva, O.V. Gomonova. Bryansk, 2013.
11. Recommendations for the assessment of microbiocenosis iliac, blind, colon and rectum of the lambs at colostric, dairy and mixed feeding periods (1-60 days) / I.I. Usachev, V.F. Polyakov, I.V. Kanicheva, K.I. Usachev. Bryansk, 2015.
12. Usachev I.I., Polyakov V.F. Correction of enteral dysbiotic disorders in animals// Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2009. № 2. P. 53-57.
13. Usachev K.I., Usachev I.I. The study results of microbiocenosis of the mucous membrane of sheep's ileum// Bulletin of the Orel State Agrarian University. 2012. Vol.38. № 5. P. 135-136.
14. Usachev I.I., Polyakov V.F. The bacteriocenosis of the digestive tract in animals' vital activity. Monograph. Bryansk. 2007. 138p.
15. Fedorov Yu.N., Abdulov A.I., Krapina E.V. Influence of chitosan andphytochitodes on the immune status of calves's organisms// Scientific Problems of Livestock Production and its Improvement: Mater. of International Scientific and Practical Conference. Bryansk, 2004. P. 359-363.
16. Microbiocenosis of adult sheep in different seasons of the year / I.I. Chechenok, O.V. Savchenko, I.I. Usachev, K.I. Usachev //Sheep, goats, wool business. 2009. № 3. P. 71-73.
17. Carlsson L.C.T., Westrom B.R., Karlsson B.W. Biol. Neonate, 1980. V. 38. P. 309-313.
