Научная статья на тему 'Неорганическая пирофосфатаза и реализация энергообеспечения головного мозга при белковом голодании'

Неорганическая пирофосфатаза и реализация энергообеспечения головного мозга при белковом голодании Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
205
30
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — А. М. Рашидова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Inorganic pyrophosphatase and energo-supply of CNS during protein-free diet

Study of PPi-ase activity in the subcellular fractions of various brain structures during prolonged protein starvation showed that on the 10 and 20th days of the experiment ATP generation on the mitochondrial level didn't disturb. Some decrease of this enzyme's activity on the 30th day of protein less feeding is likely to be related to the decrease of enzymatic activity of hexokinase and increase of G6PD activity. On the strength of conducted studies and available data one can make a conclusion that under protein starvation the activity of PPi-ase undergoes some changes which probably depends on the morphofunctional features of the studied brain structures, the level of the studied brain sub cellular fractions and duration of protein starvation. At the same time some increase of PPi-ase can be related to the intensification of protective function of the body under alimentary insufficiency, namely, protein deficit.

Текст научной работы на тему «Неорганическая пирофосфатаза и реализация энергообеспечения головного мозга при белковом голодании»

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Неорганическая пирофосфатаза и реализация энергообеспечения головного мозга при белковом голодании

А.М.Рашидова

Институт Физиологии им. А.И.Караева НАНА, г.Баку

Одна из важнейших проблем современной биохимии - выяснение механизмов образования и использования, богатых энергией фосфорных соединений, центральное место среди которых, бесспорно, принадлежит соединениям адениловой системы. В настоящее время имеются данные, указывающие на важную роль в ряде биохимических превращений простейшего ангидрида ортофосфорной кислоты - неорганического фосфата (РИ) [7, 13, 14].

Установлено, что у высших эукариот в процессе окислительного фосфорилирования может синтезироваться не только АТР, но и PPi [15].

Неорганическая пирофосфатаза (PPi-ase; КФ3.6.1.1) как фермент, вовлеченный в регуляцию гликолиза, выполняет функцию поддержания уровня PPi и синтеза АТР на уровне ферментов гексокиназы (ГК) и фосфофруктокиназы (ФФК) для поддержания гомеостаза глюкозы в аэробном цикле гликолиза. На уровне ферментов ГК и ФФК, для поддержания гоме-остаза глюкозы в аэробном цикле гликолиза ведет себя как надмолекулярная система, для выполнения функции гликолитических процессов в ЦНС. Учитывая тот факт, что при недостатке белка в пище развивающегося организма одним из уязвимых органов является головной мозг, в данной работе изучали динамику изменения активности PPi-ase на уровне ткани и субклеточных фракций различных отделов головного мозга на модели белкового голодания (БГ).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Для исследования активности фермента PPi-ase и содержания общего белка в тканях и субклеточных фракциях структур головного мозга брали орбитальную (ОК), сенсомоторную (СМК), лимби-ческую кору (ЛК), гипоталамус (Г) и мозжечок (М) 36 беспородных белых крыс годовалого возраста, заранее разделенных на две группы: контрольную и опытную по 18 особей в каждой. Опытную группу крыс содержали на рационе БГ, включающий крахмал, масло подсолнечное, целлюлозу, витаминную и солевую смеси. В рацион контрольных групп животных добавляли также белок казеин.

По 6 особей крыс из каждой группы декапитировали на 10-, 20- и 30-ые сутки БГ. Исследуемые структуры мозга идентифицировали по атласу Светухиной И.М. [9].

Выделение субклеточных фракций производили дифференциальным центрифугированием. Активность PPi-ase

определяли в два этапа двумя взаимосвязанными методами [5, 11] по следующей схеме:

I этап:

Конечная концентрация: 6 mM 24 mM 0.6 mM 0.3 mM 0.9 мл

После 30-минутной инкубации при 25°С, добавив 0,1 мл образца и 50%-ТХУК, смесь инкубировали еще 10 минут и перешли к следующему этапу.

II этап:

Добавляли инкубационную смесь, содержащую 0,1 М ацетатный буфер (pH 7.4); 1%-ный раствор молибденово-кислого аммония, приготовленный на 0,001 М растворе H2SO4 ; 1 %-ый раствор сернокислой меди.

За единицу активности фермента принимали его количество, гидролизующее 1 мкмоль PPi в 1 минуту, при Х=630 нм. Количество белка определяли по методу Бредфорда [10]. Обработку экспериментальных данных подвергали вариационной статистике с применением критерия Стью-дента [8]. Были использованы реактивы фирмы Reanal (Венгрия), Sigma (США) и приборы ULTRALAB - системы LKB (Швеция), СФ-26 (Россия), центрифуги К-24 и VAC - 25 (Германия).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ. Активность фермента PPi-ase на 10 день безбелкового питания в гомогенате тканей исследуемых отделов головного мозга (ОК и СМК, Г и М) несколько выше, кроме ЛК, где она почти в 2 раза выше контроля.

В митохондриальной фракции она находилась в пределах показателей контроля. В цитозольной фракции активность фермента довольно высокая в СМК и ЛК (3-4 раза), а в других исследованных отделах мозга активность в пределах контрольного уровня (график).

Такое состояние активности фермента в изучаемых отделах головного мозга можно объяснить тем, что на этот срок БГ содержание водорастворимых белков существенным изменениям не подвергается и даже принимает тенденцию к повышению. Возбудимость в СМК и ЛК довольно высокая и связана с фактором ответственности этих отделов коры за поведением и внутренним гомеостазом БГ [6, 12] .

Реагенты: 1 mM PPi 4 mM MgCl2 0.1 mM EDTA

0.05 M Трис-HCl буфер, pH 8.0 H2O

Если на фоне 20 и 30 суточного БГ в тканях и субклеточных фракциях ОК, ЛК, Г и СМК активность фермента не высокая, то в М, наоборот, почти в 100 раз выше контроля.

Такое состояние активности фермента на этот срок БГ связано с интенсивностью энергозависимого синтеза PPi для биосинтеза ATP. Начиная с 20 суток БГ, при интенсивном обновлении структурных белков, активность кислых пептидгидролаз повышается [1]. Это, в свою очередь, способствует нарушению вязкости внутренней мембраны митохондрий. Изменение состояния липидов внутренней мембраны МТХ способствует переключению фосфорилирова-ния с образованием ATP на фосфорилирование с образованием PPi. На 30 сутки заметное повышение активности фермента, особенно, в МТХ и Ц фракциях Г и М является доказательством глубокого нарушения внутриклеточных гомеостатических вегетативных центров мозга и связано с координацией поведенческой деятельности животных [2]. Но в других отделах коры головного мозга активность фермента существенно не нарушается. Эти факты свидетельствуют о том, что 30 суточное БГ не нарушает генерацию энергии в структурах мозга (СМК, ЛК и ОК), но сопровождается существенным повышением генерации ATP в гомеостатическом (Г) и координационном (М) отделе мозга, что свидетельствует о существенной активации механизмов энергообеспечения и механизмов внутриклеточной компенсации PPi .

Необходимо отметить, что роль PPi-ase в механизме энергообеспечения ЦНС на модели БГ связано, по-видимому, с генерацией АТР на МТХ уровне. Некоторое снижение активности фермента на 30-сутки безбелкового питания связано со снижением активности фермента гексокиназы (ГК) и повышением активности фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФД) на этот срок БГ [3].

Из литературы известно, что в мозге интактных животных ГК находится преимущественно в ингиби-рованном состоянии. Но некоторая высокая активность фермента в Ц фракции Г и ЛК свидетельствует о том, что лимбическая система, "как висцеральный мозг", находится относительно на высоком уровне функционирования по сравнению с д р у г и м и структурами. На 20-30 сутки БГ некоторое повышение активности фермента во всех исследованных структурах мозга можно связать с взаимопереходами солюби-лизированной и связанной с митохондриями ГК, что обеспечивает значительный "запас мощности" фермента, позволяет быстро менять скорость фосфорили-рования глюкозы при сдвигах энергетического баланса мозга без изменения скорости реакции фермента. Этот механизм контроля активности ГК, чутко реагирующий на сдвиги таких балансовых показателей энергетического обмена, как ATP/AMP и уровень PPi, играет важную роль в регуляции энергетического метаболизма в мозге [4, 6]. Этот механизм четко проявляется и в наших экспериментах. С другой стороны, как показали предыдущие исследования по изучению

активности ферментов гликолитического цикла и пен-тозофосфатного шунта: Г6ФД, ГК, ПК и ЛДГ, при белковом дефиците увеличение их активности первые 30 дней БГ рассматривалось как защитная функция центральной нервной системы [2, 3]. Но, учитывая многократное увеличение активности PPi-ase по сравнению с изученными ферментами при БГ, можно выделить PPi-ase как показательный фермент-маркер состояния центральной нервной системы первых 30 дней белкового дефицита.

На основании проведенных исследований и литературных данных можно сделать определенное заключение о том, что при белковом голодании активность фермента PPi-ase подвергается изменениям, зависящим от морфофункциональных особенностей структуры мозга, уровня исследуемой субклеточной фракции и длительности белковой депривации. В то же

Ткань

срок белкового голодания, дни

Митохондрии

срок белкового голодания, дни

Цигозоль

График зависимости динамики удельной активности PPi-ase от срока белкового голодания.

1 - орбитальная кора; 2 - сенсомоторная кора; 3 - лимбическая

кора; 4 - гипоталамус; 5 - мозжечок; * - достоверность различий по сравнению с контролем; р<0,05.

время, при БГ возрастание активности PPi-ase может говорить об усилении защитной функции организма при алиментарной недостаточности, а именно, белковом дефиците.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агаев Т.М., Садигова А.М. Активность нейтральной пептидгид-ролазы в тканях разных областей коры головного мозга, мозжечка и гипоталамуса крыс при зрительной депривации. - Проблемы Физиологии и Биохимии. Труды Института Физиологии им. А.И.Караева НАНА, Баку, 2004, т.ХХП, с.175-182; 2. Аскеров Ф.Б., Мовсум-заде К.М., Рашидова А.М., и др. Некоторые особенности механизма энергообеспечения мозга на модели безбелкового питания крыс годовалого возраста. - Изв. НАН Азербайджана, 2006, N.3-4, с.111-121; 3. Баба-заде С.Н. Белковое голодание и энергетический обмен в головном мозге белых крыс. - Проблемы Физиологии и Биохимии. Труды Института Физиологии им. А.И.Караева НАНА, Баку, т.ХХП, 2004, с.203-212; 4. Вульфсон Е.Н., Козлов И.А., Мураталиев М.Б. Механизм функционирования митохондриальной Fl-ATP-азы. III. Кооперативность в связывании ADP и неорганического фосфата в каталическом центре Fl-ATP-азы. - Биол. мембр., 1985, т.2, с.160-169; 5. Ефремович Н.В. и др. Выделение и первичная характеристика двух форм неорганической пирофосфатазы из митохондрий сердечной мышцы быка. - Биохимия, 1980, т.45, вып.6, с.1033-1039; 6. Ещенко Н.Д. Энергетический обмен в головном мозге. Биохимия мозга. - СПб.: Изд.-во С-Петерб. Универс., 1999, с.124-159; 7. Курганов Б.И., Любачев А.Е. Проблемы биохимической организации. -Биохимия, 1991, т.56, N.1, с. 19-30; 8. Лакин Г.Ф. Биометрия, М.:На-ука, 1980, 293 с.; 9. Светухина И.М. Цитоархитектоника новой коры мозга в отряде грызунов. - Архив анатомии, эмбриологии, гистологии, 1968, т. 42, N.2, с.31-45; 10. Филлипович Ю.Б., Егорова Т. А. и др. Практикум по общей биохимии. - М.: "Просвещение", 1982, с. 78; 11. Baykov A.A.,Artyukov A.A., Agayeva S.M. BBA, 1976, v. 429, p.982-992; 12. Darnell J.E. Jr., Kerr J.M., Stark G.R. Jak-STAT pathways and transcriptional activation in response to IFNs and other extracellular signaling proteins. - Science, 1994, v.264, p. 1415-1421; 13. Larner A.C., David M., Feldman G.M. et.al. Tyrosine phosphorylation of

DNA-binding protein by multiple cytokines. - Science, 1993, v.261, p.1730-1733; 14. Luc Pellerin and Pierre J. Magistretti. How to balance the brain energy budget while spending glucose differently. - J.Physiol., 2003, v.546, N.2, p.325; 15. Offenbacher S, Kline H. Evidence for polyphosphate in phosphorylated none histone nuclear proteins. - Arch. Biochem. and Biophys., 1984, v.231, p.114-123.

SUMMARY

Inorganic pyrophosphatase and energo-supply of CHS during protein-free diet A.Rashidova

Study of PPi-ase activity in the subcellular fractions of various brain structures during prolonged protein starvation showed that on the 10 and 20th days of the experiment ATP generation on the mitochondrial level didn't disturb. Some decrease of this enzyme s activity on the 30th day of protein less feeding is likely to be related to the decrease of enzymatic activity of hexokinase and increase of G6PD activity.

On the strength of conducted studies and available data one can make a conclusion that under protein starvation the activity of PPi-ase undergoes some changes which probably depends on the morphofunctional features of the studied brain structures, the level of the studied brain sub cellular fractions and duration of protein starvation. At the same time some increase of PPi-ase can be related to the intensification of protective function of the body under alimentary insufficiency, namely, protein deficit.

Поступила 02.05.2007

Клинико-лабораторное течение рецидивирующего генитального герпеса у мужчин

Ф.Р.Махмудов

Азербайджанский медицинский университет, г.Баку

Генитальная герпетическая инфекция - одна из самых актуальных проблем в группе заболеваний, передающихся преимущественно половым путём [2, 5].

Причинами роста заболеваемости в значительной мере является разнообразие клинических форм гени-тальной герпесвирусной инфекции, рецидивирующее течение заболевания, отсутствие полной элиминации вируса из организма при использовании известных лекарственных препаратов. Известно, что реактивация вируса происходит в виде пузырьковых и/или эрозивных высыпаний, атипичной клинической картины, зуда, жжения, сопровождается развитием воспалительных процессов мочеполовых органов или без проявления симптоматики [1, 4, 3, 6].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ. Клинико-лабораторное исследование и наблюдение было проведено нами на 380 больных рецидивирующим генитальным герпесом мужского пола в возрасте от 18 до 65 лет на базе Республиканского кожно-венерологического диспансера.

Лабораторная диагностика герпетической инфекции основывалась на определении в клиническом материале ДНКВПГ-1,2 (метод ПЦР) в совокупности с уровнем антител классов IgG и IgM (метод ИФА). Результат считался положительным в случае совпадения двух используемых методов.

Забор материала проводился со специфических герпетических высыпаний слизистых половых органов мужчин, а также при использовании сыворотки венозной крови обследуемых. Материалом для исследования при манифестных

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.