CC BY
56
© Д.А. Бедняков, А.Н. Неваленный, В.Ю. Новинский, 2009
УДК [597-113.32:597.442-143.4]:551.46.087 ББК 28.693.32:28.071
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ АДАПТАЦИИ ФЕРМЕНТОВ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ОТРЯДА ACIPENCERIFORMES
Д.А. Бедняков, А.Н. Неваленный, В.Ю. Новинский
В работе приведены данные по исследованию особенностей температурных адаптаций некоторых ферментов слизистой оболочки кишечника различных представителей отряда осетрообразных (белуга, севрюга, стерлядь, русский осетр и веслонос), исторически сформировавшихся в различных условиях. Показано, что температурные адаптации пищеварительной системы осетрообразных видов рыб реализуются благодаря перестройкам ферментных систем, при этом установленные адаптационные характеристики связаны с биологией видов, эволюционировавших в разных условиях среды обитания.
Ключевые слова: температурная адаптация, ферменты, отряд осетрообразных, мальта-за, щелочная фосфатаза, суммарная протеиназа.
Температура - один из важнейших экологических факторов, действующих на все живые организмы, а степень устойчивости организма к высоким температурам обычно определяется устойчивостью его ферментативного белка. В то же время известно, что активность гидробионтов возможна во всем диапазоне температур, в пределах которого вода сохраняет жидкое состояние. В настоящее время установлено, что температурные адаптации пищеварительной системы животных реализуются главным образом благодаря перестройкам ферментных систем [4, с. 52; 5, с. 269; 7, с. 153].
Целью представляемой работы являлось исследование особенностей температурной адаптации некоторых ферментов слизистой оболочки кишечника различных представителей отряда осетрообразных (белуга, севрюга, стерлядь, русский осетр и веслонос), исторически сформировавшихся в различных условиях.
Материал был собран и обработан в 2007-2008 годах. Были использованы годовики белуги (Huso huso L.), севрюги (Acipencer stellatus P.), стерляди (Acipencer ruthenus L.), русского осетра (Acipencer guldenstadti B.), веслоноса (Polyodone spathula W.), выращенные в искусственных условиях. Пойманных рыб в течение 1-2 ч доставляли в лабораторию, где у них на холоде изымали желудочно-кишечный тракт и специальным скребком снимали слизистую оболочку кишечника. Гомогенаты готовили при помощи гомогенизатора, добавляя охлажденный до 2-4 оС раствор Рингера для холоднокровных животных в соотношении 1:49. Эксперименты проводились в условиях in vitro. Количество рыб в каждой точке эксперимента составляло 10 экз. Уровень активности маль-тазы (КФ 3.2.1.20) определялся модифицированным глюкозооксидазным методом, щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1) - по степени гидролиза и-нитрофенилфосфата. Общую протеолитическую активность (суммарная активность трипсина, К.Ф. 3.4.21.4, химотрип-сина, К.Ф. 3.4.21.1 и различных пептидаз) определяли по приросту тирозина модифицированным методом Ансона [3, с. 74]. Актив-
ность фермента выражали в мкмоль продуктов гидролиза, образующихся за 1 минуту инкубации в расчете на 1 г влажной массы слизистой. Статистическая обработка данных проводилась по общепринятым методикам [2, с. 27].
В таблицах 1-3 представлены данные
о влиянии температуры инкубации на уровень активности ряда пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника различных представителей отряда осетро-образных.
Таблица 1
Уровень активности щелочной фосфатазы слизистой оболочки кишечника рыб отряда Acipenseriformes в зависимости от температуры инкубации (мкмоль/г^мин)
Т емпература, оС Вид
Белуга Стерлядь Севрюга Русский осетр Веслонос
0 0,56 ± 0,02 0,41 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,30 ± 0,01 0,26 ± 0,01
10 0,58 ± 0,01 0,43 ± 0,02 0,24 ± 0,03 0,29 ± 0,01 0,32 ± 0,01
20 0,75 ± 0,01 0,49 ± 0,02 0,3 ± 0,03 0,38 ± 0,01 0,41 ± 0,02
30 1,06 ± 0,02 0,64 ± 0,01 0,42 ± 0,03 0,51 ± 0,01 0,73 ± 0,01
40 1,81 ± 0,01 0,91 ± 0,01 0,74 ± 0,03 0,82 ± 0,01 1,11 ± 0,05
50 2,46 ± 0,02 1,13 ± 0,01 0,94 ± 0,03 1,14 ± 0,01 1,66 ± 0,02
55 2,96 ± 0,03 1,24 ± 0,01 1,23 ± 0,04 1,37 ± 0,01 1,87 ± 0,02
60 3,02 ± 0,03 1,24 ± 0,01 1,29 ± 0,04 1,46 ± 0,02 1,78 ± 0,01
65 2,96 ± 0,09 1,20 ± 0,02 1,24 ± 0,05 1,47 ± 0,02 1,68 ± 0,01
70 2,57 ± 0,04 0,98 ± 0,01 1,05 ± 0,04 1,18 ± 0,02 1,18 ± 0,02
Таблица 2
Уровень активности мальтазы слизистой оболочки кишечника рыб отряда Acipenseriformes в зависимости от температуры инкубации (мкмоль/г^мин)
Т емпература, оС Вид
Белуга Стерлядь Севрюга Русский осетр Веслонос
0 3,84 ± 0,17 5,34 ± 0,08 3,88 ± 0,23 3,93 ± 0,13 1,71 ± 0,08
10 4,98 ± 0,15 5,95 ± 0,08 4,59 ± 0,19 5,51 ± 0,25 2,11 ± 0,04
20 7,45 ± 0,11 8,60 ± 0,19 7,58 ± 0,09 8,32 ± 0,13 2,79 ± 0,15
30 11,08 ± 0,19 13,00 ± 0,21 11,06 ± 0,28 12,95 ± 0,4 3,39 ± 0,04
40 17,18 ± 0,17 18,48 ± 0.15 15,67 ± 0,04 17,46 ± 0,15 5,72 ± 0,08
50 19,36 ± 0,17 19,27 ± 0,17 18,35 ± 0,17 18,10 ± 0,06 7,73 ± 0,11
55 19,85 ± 0,04 19,70 ± 0,06 18,78 ± 0,23 18,82 ± 0,15 8,54 ± 0,08
60 19,23 ± 0,09 20,15 ± 0,13 19,19 ± 0,09 19,59 ± 0,13 9,20 ± 0,17
70 9,20 ± 0,34 5,08 ± 0,19 2,90 ± 0,15 7,49 ± 0,25 3,22 ± 0,057
Таблица 3
Уровень активности суммарной протеиназы слизистой оболочки кишечника рыб отряда Acipenseriformes в зависимости от температуры инкубации (мкмоль/г^мин)
Вид
Температура, С Белуга Стерлядь Севрюга Русский осетр Веслонос
0 1,37 ± 0,14 0,53 ± 0,04 0,8 ± 0,05 1,68 ± 0,46 0,89 ± 0,09
10 1,44 ± 0,09 0,52 ± 0,04 0,77 ± 0,05 1,28 ± 0,14 1,59 ± 0,17
20 3,81 ± 0.09 0,75 ± 0,05 0,85 ± 0,05 2,03 ± 0,16 3,20 ± 0,09
30 6,82 ± 0,21 1,40 ± 0,05 1,49 ± 0,09 3,88 ± 0,21 6,94 ± 0,36
40 10,68 ± 0,63 2,63 ± 0,10 2,02 ± 0,12 7,47 ± 0,33 11,78 ± 0,38
50 13,77 ± 0,35 4,51 ± 0,08 3,30 ± 0,12 12,82 ± 0,34 16,98 ± 0,26
60 11,41 ± 0,19 4,26 ± 0,12 1,82 ± 0,18 9,04 ± 0,48 17,71 ± 0,27
70 2,47 ± 0,21 1,46 ± 0,09 0,72 ± 0,05 1,91 ± 0,17 9,69 ± 0,17
Вопрос о существовании температурных адаптаций пищеварительных ферментов пой-килотермных животных на протяжении долгого времени оставался дискуссионным [1, с. 371; 6, c. 120]. При этом, исследуя влияние температуры на уровень активности пищеварительных гидролаз, как правило, сравнивались виды, занимающие различное систематическое положение. В связи с этим в ходе исследования были сопоставлены температурные характеристики одноименных ферментов кишечника некоторых видов рыб одного отряда - осетрообразных, эволюционировавших в разных условиях среды обитания, но выращенных в идентичных условиях.
Как видно из приведенных данных, температурный оптимум для мальтазы, суммарной протеиназы и щелочной фосфатазы слизистой оболочки кишечника различных представителей отряда осетрообразных (белуги, стерляди, севрюги, русского осетра и веслоноса) имеет довольно узкий диапазон. Так, для мальтазы оптимальные значения температуры были найдены в диапазоне от 50 до 60 оС, для щелочной фосфатазы от 55 до 65 оС для всех исследованных видов рыб. Оптимальные значения уровня активности суммарной протеиназы слизистой оболочки кишечника белуги, севрюги, стерляди, русского осетра установлены при 50 оС, а у веслоноса - 60 оС.
Еще в XIX в. при исследовании некоторых ферментов рыб были получены данные, свидетельствующие об их способности функционировать при температурах, близких к 0 оС, когда ферменты теплокровных животных практически утрачивают активность [7, с. 132]. При исследовании различных осетро-образных видов рыб нами установлено, что при 0 оС уровень активности мальтазы слизистой оболочки кишечника составляют 20 % от максимума для белуги, севрюги, русского осетра и веслоноса и 27 % для стерляди. Уровень активности щелочной фосфа-тазы при 0 оС у белуги, севрюги и русского осетра составляет 19 % от максимума и 14 и 33 % у веслоноса и стерляди соответственно. У протеиназы слизистой оболочки кишечника белуги, стерляди и русского осетра уровень активности фермента колеблется от 10 до 13 %, у севрюги составляет 24 %, у веслоноса - 5 %. Также отмечается высокий уро-
вень активности всех исследованных ферментов в зоне постмаксимальных температур (70 оС).
Известно, что температурные характеристики отражают условия существования вида в историческом прошлом. Веслонос, характерный представитель бассейна реки Миссисипи в естественных условиях, обитает в других температурных условиях, нежели представители Волго-Каспийского бассейна, помимо этого веслонос - единственный из исследованных видов - является зоопланктофагом. Возможно, именно с этим связаны самые низкие значения уровня активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника веслоноса при 0 оС.
Таким образом, подтверждено, что температурные адаптации пищеварительной системы пойкилотермных организмов (проведенные на основе анализа уровня активности пищеварительных ферментов представителей отряда осетрообразных) реализуются главным образом благодаря перестройкам ферментных систем. Можно предположить, что имеет место, по-видимому, эволюционная адаптация гидролитической функции кишечника рыб к температурным условиям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Егорова, В. В. Некоторые температурные характеристики и температурные адаптации ферментов, обеспечивающих мембранное пищеварение у пойкилотермных и гомотермных животных I В. В. Егорова, Н. Н. Иезуитова, Н. М. Тимофеева, Е. Х. Туляга-нова, Е. Г. Гурман, Г. Г. Щербаков, A. М. Уголев II Журнал эволюционной биохимии и физиологии. -1974. - Т. 10, J№ 3. - С. 371-394.
2. Лакин, Г. В. Биометрия : учеб. пособие I Г. В. Лакин. - М. : Высш. шк., 1968. - 284 с.
3. Неваленный, A. Н. Энзимология і учеб. пособие I A. Н. Неваленный, Д. A. Бедняков, И. С. Дзержинская. - Aстрахань : ФГОУ ВПО «Aстрахан. гос. техн. ун-т», 2005. - 83 с.
4. Неваленный, A. Н. Функциональная организация и адаптивная регуляция процессов пищеварения у рыб I A. Н. Неваленный, A. В. Туктаров, Д. A. Бедняков. - Aстрахань : ФГОУ ВПО «Aстра-хан. гос. техн. ун-т», 2003. - 152 с.
5. Уголев, A. М. Мембранное пищеварение и процессы усвоения пищи в мире животных
I A. М. Уголев II Журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 1972. - Т. 8, №9 3. - С. 269-278.
6. Уголев, А. М. Пищеварение и его приспособительная эволюция / А. М. Уголев. - М. : Высш. шк., 1961. - 306 с.
7. Уголев, А. М. Пищеварительные процессы и адаптации у рыб / А. М. Уголев, В. В. Кузьмина. -СПб. : Гидрометеоиздат, 1993. - 283 с.
TEMPERATURE ADAPTATION OF MUCUS SHELL INTESTINES ENZYMES OF SOME ACIPENCERIFORMES ORDER REPRESENTATIVES
The article contains some data on peculiarity of temperature adaptation research on some mucus shell intestines enzymes among acipenceriformes order representative (beluga, stellate sturgeon, sterlet, Russian sturgeon and paddlenose), historically formed in different conditions. It was proved, that temperature adaptation of fish acipenceriformes species digestive system occurs due to rebuilding of enzyme system. The established adaptation characteristics are connected with species biology evolved in different environmental conditions.
Key words: temperature adaptation, enzymes, acipenceriformes order, maltase, alkaline phosphatase, summary protease.
D.A. Bednyakov, A.N. Nevalennyy, V.Yu. Novinsky
