CC BY
25
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ И ИЗОФЕРМЕНТНОГО СПЕКТРА ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ НОРОК РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ
Т.Н.Ильина1, В.А.Илюха1,2, С.Н.Калинина1, Н.А.Горлякова2, Л.А.Беличева2
3
S-я <и а.
-е-
к
Si
1Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, e-mail: [email protected]
В результате кропотливой селекционной работы от исходного предка -дикой американской норки - были выведены уникальные цветовые типы (окрасы), обладающие не только специфичной цветовой гаммой меха, но и рядом физиологических и морфо-био-химических особенностей (Берестов, 1971; Ильина, 1975). Несмотря на достаточно длительное разведение в неволе и связанные с этим изменения, клеточные норки в основном сохранили динамический стереотип своих диких предков - строгую ритмичность биологических циклов размножения, линьки, обмена веществ.
На клеточном уровне изменения уровня метаболизма, а следовательно, и потребления кислорода, отражаются в перестройке изоферментного спектра лактатдегидрогеназы (ЛДГ). С уровнем потребления кислорода млекопитающими связано и состояние антиок-сидантной системы (АОС), основной функцией которой является поддержание на физиологическом уровне концентрации активных форм кислорода, необходимых для перекисного окисления липидов (ПОЛ) и ряда других биохимических процессов в клетке (Владимиров, Арчаков, 1972; Зенков и др., 2001). Супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза являются ключевыми ферментами защиты клетки от активных форм кислорода (Дубинина, 1992; Зенков и др., 2001; АеЫ, Ш1э8, 1978; Fridovich, 1989). Неферментативное звено АОС представлено низкомолекулярными антиоксидантами, среди которых наиболее значительная роль принадлежит токоферолу (витамин Е). Являясь основным естественным анти-оксидантом и предотвращая окисление ненасыщенных жирных кислот - важнейшего компонента клеточных мембран и органелл, токоферол поддерживает структурную целостность клеток, а следовательно, и всего организма (Зенков и др., 2001; Надиров, 1991).
Целью работы было сравнение состояния системы, регулирующей направленность энергетического обмена, и антиоксидантной системы норок разного генотипа в зависимости от сезона. Учитывая, что на базальном уровне некоторые эффекты могут не прослеживаться, изоферментные спектры ЛДГ, активность СОД, каталазы и концентрацию витамина Е в органах и тканях норок различных окрасов изучали как в период относительного физиологического покоя (осень), так и в период размножения (весна).
Оценка с помощью дисперсионного анализа влияния двух факторов (окрас и сезон) на изоферментные спектры
ЛДГ, активность АОС, и содержание белка в различных тканях норок позволила установить, что генетические различия между животными оказывали значительно меньшее влияние на изучаемые показатели, нежели сезон (рис. 1). При этом для ЛДГ влияние окраса отмечалось только для печени, почек и скелетной мускулатуры. Независимо от окраса сезонные изменения затрагивали в основном «анаэробные» фракции (ЛДГ-4 и ЛДГ-5). Максимальные отклонения в изо-ферментном спектре ЛДГ в осенний период отмечались у сапфировых норок. На АОС влияние фактора окраса было выражено значительно сильнее, чем на ЛДГ, однако и в этом случае меньше, чем сезона. Что касается фактора окраса, то он определял дисперсию лишь в пяти из 36 возможных случаев. Влияние сезона на изученные показатели в сердце и легком было минимальным, а для остальных органов наблюдалось влияние этого фактора практически на все параметры. Сезонные изменения во всех органах отмечены для активности СОД, а также для всех показателей АОС в печени и селезенке.
Установлено значительно большее число сезонных различий у серебристо-голубых норок по сравнению с темно-коричневыми. В целом же наблюдаемые сезонные изменения характеризовались сходной направленностью у темно-
Se а о,
I
о
к £
к
к
О
«I
Рис. 1. Дисперсионный анализ влияния факторов окраса (а) и сезона (б) на изоферментный спектр ЛДГ (А) и активность антиоксидантных ферментов (Б) у норок Условные обозначения: 1 — печень, 2 — почки, 3 — сердце, 4 — легкие, 5 — селезенка, 6 — скелетная мышца.
У §
а
а
J
IP
sc с
S §
<8 I
«g Jg.
S?
Sä
Л
s §
a,
£
коричневых и серебристо-голубых норок и были связаны с теми функциональными сдвигами, которые отмечались в данный сезон: с формированием волосяного покрова и накоплением подкожного жира - осенью, и с функцией воспроизводства - весной. Как известно, интенсивность метаболизма у норок, как и у других сезонно размножающихся млекопитающих, значительно возрастает в период размножения и выкармливания потомства(Сегаль, 1975). В весенний период наблюдалось значительное увеличение вариабельности показателей независимо от направленности изменений их абсолютной величины (снижение или увеличение), окраса животных и типа ткани.
Одной из особенностей изучаемых нами животных является сезонность их жизненного цикла, четкая приуроченность периода размножения к определенному времени года и связанная с этим динамика изменений в ряде физиологических систем. При изучении основного обмена приходится сталкиваться со значительными индивидуальными колебаниями в его уровне. При одинаковых условиях кормления и содержания у разных по размерам зверей упитанность различается: при повышенном обмене потребность в корме больше, чем при пониженном. К тому же хорошо известно, что основной обмен у животных в течение года непостоянен -летом он повышается, зимой - снижается до минимума. Сезонные изменения основного обмена регулируются продолжительностью светового дня. Сообразно этой цикличности меняется и уровень метаболизма норок. Так, осенью у них наблюдается максимальное накопление жировых запасов, а к концу зимы - началу весны - всплеск гормонального фона и усиление метаболизма, связанные с периодом размножения (Сироткина, 1989). В то же время норки обладают сезонной цикличностью не только воспроизводительной функции, но и ряда других физиолого-биохимических показателей.
Общий сдвиг метаболизма у норок разных окрасов в зависимости от сезона сопровождался не только изменениями активности АОС, но и неферментативного звена АОС, в частности, содержания в тканях низкомолекулярного ан-тиоксиданта - витамина Е. Его уровень в сыворотке крови значительно увеличивался весной в период подготовки к гону по сравнению с осенним периодом. Это вызвано активацией обменных процессов в период репродукции, которая приводит к мобилизации эндогенного токоферола в кровь при интенсивном его использовании. Аналогичные результаты по значительному увеличению концентрации токоферола в весенний период были обнаружены у лабораторных крыс и гребенщиковых песчанок (Теплый, 1979), причем у последних, как и у норок, сезонные сдвиги были значительно более выражены, чем у лабораторных животных.
В весенний период при физиологической активации обменных процес-
сов происходит усиление процессов ПОЛ, которому способствует, в первую очередь, снижение мощности АОС. В частности, на фоне снижения активности АОС в большинстве органов происходило увеличение концентрации токоферола. В то же время содержание токоферола в сыворотке крови у норок исследуемых окрасов было различным. Самая высокая концентрация витамина Е как в осенний, так и в весенний период была у норок хэдлунд, что соответствует имеющимся сведениям о высоком уровне окислительного метаболизма у норок данного генотипа (Макридина, 1967). Концентрация токоферола весной у серебристо-голубых по уровню приближалась к таковой у норок хэдлунд, а наиболее низкое содержание было у норок деми-буфф. Таким образом, у норок всех окрасов выявлены значительные сезонные колебания уровня витамина Е в сыворотке крови, однако их выраженность имела различный характер. Очевидно, что характер таких сезонных изменений связан с неодинаковой интенсивностью метаболизма у норок разных генотипов.
Несмотря на общие для всех норок закономерности в распределении токоферола в организме, степень изменения его содержания в органах связана не только с метаболизмом самих тканей, но и с окрасом животных. В печени и почках - органах, способных к резервированию значительного количества токоферола, наиболее высокое его содержание осенью было у серебристо-голубых и деми-буфф норок. Более высокая концентрация токоферола в сердечной мышце была у серебристо-голубых норок, в то время как у стандартных и деми-буфф она находилась на одном уровне. Анализ различий концентраций между стандартными и серебристо-голубыми норками в легких и скелетной мышце выявил лишь незначительные колебания, в то время как концентрация токоферола у норок деми-буфф была значительно выше не только в этих органах, но и в селезенке.
Таким образом, сравнение влияния двух факторов - окраса и сезона, позволило выявить ведущую роль последнего, хотя в ряде случаев окрас (генотип) также оказывает значимое влияние как на изоферментные спектры ЛДГ, так и на активность АОС. Генотипические различия более отчетливо проявлялись в весенний период, когда функциональная нагрузка на организм в целом и на данные ферментные системы в частности была повышенной. Снижение активности СОД в большинстве органов (за исключением почек) и повышение активности каталазы, а также увеличение концентрации витамина Е в сыворотке крови свидетельствуют о тех биохимических перестройках, которые наблюдаются в организме норок в период воспроизводства, в первую очередь, об усилении активности оксидаз и генерации за их счет дополнительных количеств перекиси водорода. Учитывая, что потребление кислорода и в результате этого генерации супероксида весной возрастает, справедливо допустить, что большое количество перекиси могло оказывать тормозное влияние на СОД по типу отрицательной обратной связи (Liochev, Fridovich, 1994) и соответственно увеличение в крови неферментативного антиоксиданта - витамина Е.
Работа выполнена в рамках гранта президента РФ НШ-4310.2006.04.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Берестов В.А. 1971. Биохимия и морфология пушных зверей.-Петроза-водск. 291 с.
Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. 1972. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. - М.: Наука. 252 с.
Дубинина Е.Е. 1992. Биологическая роль супероксидного анион-радикала и супероксиддисмутазы в тканях организма // Успехи совр. биологии. Т.108. Вып.1(4). C. 3-18.
Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньшикова Е.Б. 2001. Окислительный стресс. -М.: Наука. 344 с.
Ильина Е.Д. 1975. Звероводство. - М.: Колос. 288 с.
Корочкин Л.И., Серов О.Л., Пудовкин А.И. 1977. Генетика изоферментов. -М.: Наука.
Макридина К.В. 1967. Теплопродукция стандартных и цветных норок // Учен. зап. Петрозавод. ун-та.-Петрозаводск. Т. 15. Вып. 4. С. 39-46.
Надиров Н.К. 1991. Токоферолы и их использование в медицине и сельском хозяйстве. - М.: Наука, 336 с.
Сегаль А.Н. 1975. Очерки экологии и физиологии американской норки.-Новосибирск: Наука. 260 с.
Сироткина Л.Н. 1989. Гормональная функция половых желез норок и песцов в постнатальном онтогенезе и на разных стадиях репродуктивного цикла. Автореф. ... канд. биол. наук. Л., 17 с.
Теплый Д.Л. 1979. Влияние витамина Е на проницаемость гемато-энцефа-лического барьера // Физиол. журнал СССР. Т. 65. № 10. С. 1506-1512.
Aebi H.E., Wyss S.R. 1978. Acatalasemia // The metabolic basis of metabolic disease, McGraw-Hill, New-York. P. 1792-1807.
Dunstone N. 1993. The mink. London: T&AD Poyster natural history, 232 p.
Fridovich I. 1989. Superoxide dismutases // J. Biol. Chem. V. 264. № 5. P. 7761-7764.
Liochev S.I., Fridovich I. 1994. The role of superoxide in the production of hydroxyl radical in vitro and in vivo // Free Radic. Biol. Med. V. 16. № 1. P. 29-33.
