CC BY
29
Труды ИБВВ РАН, 2017, вып. 80(83)
Transactions of IBIW RAS, 2017, issue 80(83)
УДК 591.128:591.175:597.2.5
ЦИТОХРОМНАЯ СИСТЕМА И УРОВЕНЬ МИОГЛОБИНА В СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦАХ КЕФАЛИ-СИНГИЛЯ (LIZA AURATA RISSO) В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПОТЕРМИИ
А. А. Солдатов1'2, И. А. Парфенова2
ФГБУНИнститут морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН 292011 г. Севастополь, просп. Нахимова 2, e-mail: alekssoldatov@yandex.ru 2ФГАОУВО Севастопольский госуниверситет, 299053 г. Севастополь, ул. Университетская 33
Исследовали в условиях эксперимента влияние гипотермии на содержание миоглобина и цитохромов в скелетных мышцах кефали-сингиля (Liza aurata Risso). Контрольная группа рыб содержалась при 15±1оС. Температуру воды в аквариумах понижали со скоростью 0.2оС час-1 до 10±1, 5±1 и 1-2оС и исследовали процесс адаптации к данным условиям на протяжении 46 суток. При температурах близких к 5оС отмечен рост содержания миоглобина и цитохромов в мышечной ткани на 62-67% (p < 0.001). Процесс развивался преимущественно в красных мышцах. При этом организация дыхательной цепи митохондрий приобретала нескомпенсированный характер, свойственный организмам, находящимся в условиях гипоксии. Отношение b/aa3 было меньше единицы и составляло 0.80-0.85, против 1.5-1.65 у контрольной группы рыб. Близкие изменения происходили и при 1-2оС, но они были менее выражены. Обсуждаются причины, лежащие в основе выявленных изменений.
Ключевые слова: гипотермия, гипоксия, скелетные мышцы, миоглобин, цитохромы, стехиометрия ци-тохромов, морские рыбы.
ВВЕДЕНИЕ
Дыхательная цепь митохондрий низших позвоночных способна активно перестраиваться, адаптируя окислительный метаболизм тканей к меняющимся условиям среды. Впервые на это обратила внимание М.В. Савина [Савина и др., 1981(Баута й а1., 1981)]. В экспериментах на круглоротых (миноги) она отметила рост содержания терминальной группы цитохромов (аа3) в мышцах при внешнем дефиците кислорода и гипоксических состояниях [Савина, 1992 (Баута ег а1., 1992)]. Позже эта реакция была выявлена и в условиях экспериментальной гипоксии у костистых морских рыб [Солдатов, Парфенова, 2014 (БоЫа1юу, Parfenova, 2014); БоШоу, БаУпа, 2008].
Гипотермия также способна угнетать окислительные процессы и переключать метаболизм тканей на использование анаэробных источников энергии. Эти состояния чаще всего возникают у теплолюбивых видов рыб при температурах близких к 5оС и ниже [Шекк и др., 1990 (БЬекк ег а1., 1990); Шекк, 2012 (БЬекк ег а1., 2012)]. В данных условиях отмечается увеличение числа гипоксических (анок-сических) зон в скелетных мышцах [Солдатов,
Парфенова, 2009 (Soldatov, Parfenova, 2009)], рост содержания лактата, уменьшение уровня аденилатов и энергетического заряда тканей [Арсан, 1986 а, б (Arsan, 1986 a, b); Гулевский и др., 2007 (Gulevsky et al., 2007)]. Допускается, что это, в определенной степени, связано с аномальной вазоконстрикцией сосудов микро-циркуляторного русла [Солдатов, 2010 (Soldatov, 2010)].
Косвенным свидетельством гипоксиче-ского эффекта гипотермии является индукции синтеза HIF-1 у рыб (hypoxia inducible factor) [Heise et al., 2006], который ранее был идентифицирован в крови форелей [Soitamo et al., 2001]. Показано, что это происходит исключительно в тканях, испытывающих недостаток кислорода.
Учитывая выше сказанное можно допустить, что при гипотермии и развитии состояния гипоксии у рыб может происходить адаптивная перестройка дыхательной цепи митохондрий на нескомпенсированный тип организации. Проверке данного предположения и посвящена настоящая работа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Характеристика материала. В качестве модельного объекта была выбрана кефаль-сингиль. Предварительные наблюдения показали, что у данного вида при температурах близких к 5оС отмечаются явные признаки асфиксии. В работе использовали особей обоего
пола в возрасте 3-4 лет. Масса тела - 140— 250 г, длина тела — 22—27 см.
Моделирование гипотермии. Эксперименты были выполнены в аквариумах емкостью 1.5 м3. Контрольную группу рыб содержали при температуре воды 15±1оС. В ходе опыта температуру снижали со скоростью
0.2оС час"1 от 15 до 1оС, оставляя в процессе снижения группы особей при 10±1, 5±1 и 1-2оС. После этого изучали процесс адаптации к указанным температурам в течение 46-ти суток. Отбор проб крови и тканей производили на 1-5, 14-15 и 36-40-е сутки содержания. Эксперимент был выполнен в парном варианте, то есть на каждую опытную группу рыб приходилась своя контрольная.
Отбор проб. Образцы мышечной ткани получали из большой белой боковой (m. lateralis magnus) и поверхностной красной боковой (m. lateralis superficialis) мышц, расположенных позади спинного плавника. Кусочки красных и белых мышц, полученных для биохимических исследований, взвешивали на торсионных весах и замораживали в жидком азоте.
Лабораторная обработка проб. Количественное определение содержания цитохромов (aas, b, c, ci) проводили по методу Чанса в модификации [Евдотиенко, Мохова, 1967 (Evdo-
tienko, Mohova, 1967)]. Измерения выполняли на гомогенатах тканей, так как при выделении митохондрий происходит частичная потеря цитохромов группы с [Van Handel et al., 1977], что важно при расчете стехиометрических отношений. Гомогенаты готовили на среде, содержащей 120 mM KCl и 20 mM трис-HCl буфера (рН 7.4). Измерения выполняли на спектрофотометре ДСФ-2. Уровень миоглобина в мышцах оценивали спектрофотометрически по методике [Reynafarie, 1963].
Статистическая обработка и графическое оформление полученных результатов проведены с применением стандартного пакета Grapher (версия 7). Результаты представлены в виде x + SX. Достоверность различий оценивали при помощи t-критерия Стьюдента. О нормальности распределения выборочных совокупностей судили по значениям критерия Пирсона.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Температура 15оС. При данной температуре содержалась контрольная группа рыб. Максимальный уровень миоглобина и цитохромов отмечали в красных мышцах (табл. 1). В белых мышцах он был в 11-20 раз ниже. Эти различия отвечают особенностям структурно-функциональной организации данных типов скелетной мускулатуры. Дыхательная цепь митохондрий красных мышц соответствовала
скомпенсированному типу организации. В составе цитохромов явно преобладал цитохром Ь (рис. 1). Отношение Ь/ааз было существенно выше единицы - 1.58±0.04 (табл. 2). В белых мышцах цитохромная цепь, напротив, была организована по нескомпенсированному типу. Уровень терминальной группы цитохромов (ааз) был выше, а отношение Ь/ааз ниже единицы - 0.74±0.06.
Таблица 1. Содержание миоглобина и цитохромов в скелетных мышцах кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии
Table 1. The content of myoglobin and cytochromes in the skeletal muscle of mullets in experimental hypothermia
Условия эксперимента Experimental conditions n Миоглобин, мг г-1 Myoglobin, mg g-1 Цитохромы, нмоль г-1 Cytochroms, nmol g-1
r w r w
15оС
(контроль) (control) 8 5.08+0.25 0.22+0.04 65.3+5.6 5.96+1.10
10оС
1-5 суток (days) 5 5.02+0.28 0.22+0.04 70.9+6.6 6.20+1.00
14-16 суток (days) 6 4.93+0.18 0.20+0.04 86.4+3.5 8.65+0.49
41-46 суток (days) 5оС 1-5 суток (days) 5 5.20+0.34 0.21+0.03 88.9+6.9 8.22+0.83
6 5.13+0.26 0.21+0.04 67.7+2.5 6.22+0.75
14-16 суток (days) 7 8.26+0.41 0.18+0.03 111.3+3.9 9.89+0.49
41-46 суток (days) 5 8.46+0.32 0.18+0.04 114.6+6.4 9.80+0.71
1-2оС
1-5 суток (days) 5 5.44+0.29 0.24+0.04 65.3+4.7 6.14+0.69
14-16 суток (days) 5 6.10+0.26 0.19+0.03 80.2+3.6 6.36+0.63
Примечание: n - число особей (fish number); r - красные мышцы (red muscle); w - белые мышцы (white muscle).
Температура 10оС. Снижение температуры воды до 10оС не вызывало заметного изменения содержания миоглобина в скелетных мышцах кефалей. Имеющиеся различия не были статистически значимы (табл. 1). Уровень
же цитохромов в красных и белых мышцах на 14-16 сутки эксперимента, напротив, повышался на 36 и 45% соответственно (р < 0.05). Рост затрагивал в равной степени все группы цитохромов (рис. 1). Поэтому существенных
изменении стехиометрических отношении не наблюдали. Их величины совпадали с контрольными значениями (табл. 2).
Температура 5оС. В первые 5 суток содержания особеИ кефали при 5оС не наблюдали существенных отличий между контрольной и опытной группами рыб. Однако к концу экс-
40 г 150С
ч контроль
20
0 40
20
0 40
20
0 40
20
Л
перимента (36-41 сутки) отмечали увеличение концентрации миоглобина и суммарного содержания цитохромов в красных мышцах на 62-67% (p < 0.001) (табл. 1). Рост содержания цитохромов происходил и в белых мышцах кефали, тогда как концентрация миоглобина оставалась на уровне контрольных значений.
1
2
ааз c 1 c b
10oC
1 -5 сут. -г
ааз ci c b
5oC 1 -5 сут. т
ааз ci c b 1-2oC 1 -5 сут.
I
Ш
аа c c b
14-16 сут.
dJ Ш ci c b
14-16 сут
Ш
ааз ci c b 14-16 сут
□J
ааз ci c b
41-46 сут.
ÖJ аак
Ш ci c b
I
41-46 сут
Ш
аа c c b
Виды цитохромов
Рис. Содержание цитохромов в скелетных мышцах кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотер-мии (1 - красные мышцы; 2 - белые мышцы).
Fig. The content of cytochromes in skeletal muscle of mullets in experimental hypothermia (1 - red muscle; 2 -white muscle).
Таблица 2. Стехиометрические отношения цитохромов в скелетных мышцах кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии
Table 2. The stoichiometric ratio of cytochromes in skeletal muscle of mullets in experimental hypothermia
Условия эксперимента Experimental conditions n b/aa3
r w
15оС (контроль) (control) 8 1.58+0.04 0.74+0.06
10оС
1-5 суток (days) 5 1.50+0.22 0.88+0.12
14-16 суток (days) 6 1.36+0.11 0.95+0.05
41-46 суток (days) 5 1.49+0.06 0.91+0.08
5оС
1 -5 суток (days) 6 1.57+0.15 0.84+0.06
14-16 суток (days) 7 0.81+0.04 0.95+0.03
41-46 суток (days) 5 0.83+0.06 0.90+0.06
1-2оС
1 -5 суток (days) 5 1.59+0.14 0.72+0.07
14-16 суток (days) 5 1.08+0.10 0.74+0.07
Примечание: n - число особей (fish number); r - красные мышцы (red muscle); w - белые мышцы (white muscle)
Из рисунка видно, что наибольшие изменения в красных мышцах претерпела кон-
центрация цитохрома aa3 - маркерного компонента дыхательной цепи митохондрий. Содер-
0
жание его увеличилось в 2.6 раза (p < 0.001). Рост концентрации цитохромов: c, c1, Ъ, был менее выражен и составил соответственно: 68% (p < 0.01), 48% (p < 0.05) и 37% (p < 0.05). В белых мышцах кефали, несмотря на общее увеличение содержания переносчиков в ткани, соотношение отдельных компонентов в цито-хромной системе оставалось прежним.
О стехиометрии переносчиков дыхательных ансамблей мышечных митохондрий можно судить по сопоставлению отношений цитохромов: b/aa3, c/aa3, c1/aa3, c+c1/aa3 (табл. 2). Из этого следует, что митохондрии красных мышц кефали на 36-41 сутки содержания рыб при 5оС были качественно иные, чем в начальный момент адаптации к данной температуре ( 1-5 сутки эксперимента) или при 15оС (контрольная группа). Дыхательные цепочки по отношению к цитохрому aa3 были на 47% (p < 0.001) меньше насыщены цитохро-мом Ъ, на 36% (p < 0.001) цитохромом c и на 41% (p < 0.001) цитохромом c1. Отношение c1+c/aa3 также было на 38% (p < 0.001) ниже контрольного уровня. При этом стехиометрия цитохромов в белых мышцах кефали не претерпевала статистически значимых изменений.
Температура 1-2оС. При данной температуре суммарное содержание цитохромов в белых и красных мышцах сохранялось на уровне контрольных значений. Отсутствовало изменение и концентрации миоглобина в мышечной ткани (табл. 1). Необходимо отметить, что эксперимент был прерван на 14-16 сутки ввиду гибели посадочного материала.
ОБСУЖДЕНИЕ
Миоглобин. Миоглобин образован одной полипептидной цепью и содержит гемовую группу, основу которой составляет протопор-фирин IX [Takano, 1977]. Он обладает высоким сродством к кислороду. Величина полунасыщения для данного белка составляет 0.70.8 гПа и сопоставима с таковой для цитохро-моксидазы [Takano, 1977]. Кривая диссоциации оксимиоглобина имеет вид гиперболы [Takano, 1977]. Эти свойства миоглобина, с одной стороны, позволяют красным мышцам кефали резервировать дополнительный объем кислорода, а, с другой стороны, поддерживать высокий РО2 на уровне гемато-паренхиматозного барьера, что способствует диффузионным процессам.
Значительна роль миоглобина и в обеспечении облегченной диффузии кислорода в рамках мышечной ткани. Молекулы данного белка способны диффундировать в клетке в
Анализ компонентов цитохромной системы кефали при 1-2оС показал увеличение содержания цитохрома aa3 в красных мышцах на 54% (p < 0.01) (14-16 сутки эксперимента) (рис. 1). Концентрация других переносчиков в ткани не претерпевала существенных изменений. Состояние цитохромной системы белых мышц при 1-2оС также совпадало с отмеченным у контрольной группы рыб (15оС).
Рост концентрации цитохрома aa3 в красных мышцах приводил к изменению организации цитохромной системы в данной ткани в целом. Наиболее лабильным являлось соотношение b/aa3 (табл. 2). Его значения уменьшались на 32 % (p < 0.001). Отношение c1+c/aa3 понижалось на 20% (p < 0.01). Следует отметить, что изменение стехиометрии ци-тохромов при 1-2оС было менее выражено, чем при температуре 5оС.
Резюмируя рассмотренные выше данные можно заключить, что при понижении температуры, начиная с 5оС, в скелетных мышцах кефали-сингиля происходил ряд характерных изменений:
• повышалось содержание миоглобина и цитохромов;
• стехиометрия дыхательной цепи митохондрий приобретала нескомпесированный характер, о чем свидетельствовал значительный рост содержания цитохрома аа3 в мышцах.
Данные изменения затрагивали преимущественно красные мышцы. Эффективность этих процессов понижалась при температурах близких к 0оС.
РЕЗУЛЬТАТОВ
соответствии с концентрационными градиентами кислорода и тем самым поддерживать уровень окислительных процессов в мышечном волокне [Schechter, 2008].
Все выше перечисленное позволяет констатировать, что рост содержания миоглобина в красных мышцах кефали-сингиля при температурах близких к 5оС представляет собой компенсационную реакцию. Она направлена на поддержание кислородного режима в мышечной ткани в условиях внешней гипотермии.
Цитохромная система. Гипотермия вызывала и ряд адаптивных сдвигов на уровне цитохромной системы скелетных мышц кефалей. Это выражалось в увеличении содержания суммарных цитохромов. Данные изменения затрагивали, как красные, так и белые мышцы. Сходные результаты в условиях низких температур были получены ранее для представителей пресноводной ихтиофауны [Демин и др.,
1989 (Demin et al., 1989); Клячко и др., 1992; (Klyachko et al., 1992) Озернюк и др., 1993 (Ozernyuk et al., 1993)]. В печени карпа при понижении температуры воды до 5оС был зарегистрирован рост активности цитохромок-сидазы [Романенко, 1991 (Romanenko, 1991)]. Повышение содержания дыхательных переносчиков должно облегчать процесс утилизации молекулярного кислорода в условиях пониженного тканевого РО2.
Наряду с ростом общего содержания ци-тохромов в мышцах при гипотермии, наблюдали также изменение их соотношения (стехиометрии). Оно затрагивало исключительно красные мышцы. Так, если при 15оС отношение b/aa3 было выше единицы (1.36-1.58), то при 5оС оно существенно понижалось до уровня 0.81-0.83. Такой тип организации отражает процесс адаптации дыхательной цепи митохондрий к функционированию в среде с низким напряжением кислорода [Wodtke, 1981; Johnston, Bernard, 1982]. В ряде работ оно получило название "гипоксическая некомпенсированная стехиометрия" [Савина, 1992 (Savina, 1992)].
Следует отметить, что в белых мышцах перестройка цитохромной цепи не была выражена. По-видимому, это связано с тем, что она изначально была организована по нескомпен-сированному типу. Ранее было показано, что напряжение кислорода в белых мышцах рыб в условиях нормоксии значительно ниже, чем в
красных. Доля гипоксических и аноксических зон (менее 8 гПа) в них может достигать 50%, против 8% для красных мышц, что требует адекватной организации цепи переноса электронов в митохондриях [Солдатов, Парфенова, 2009; 2014 ^оЫаЮу, Райепоуа, 2009, 2014)].
Из представленной выше информации следует, что процессы, происходящих в мышечной ткани кефалей, носят явно адаптивный характер и направлены на компенсацию ги-поксического эффекта гипотермии. Механизмы, лежащие в основе развития данного функционального состояния, обсуждались нами ранее. Высказано предположение, что это связано с чрезмерной вазоконстрикцией сосудов периферического русла и высоким тепловым эффектом реакции оксигенации гемоглобина при низких температурах [Солдатов, 2010 ^оЫаЮу, 2010)].
Таким образом, при адаптации особей кефали-сингиля к температурам близким к 5оС в течение 41-46 суток в скелетных мышцах происходило увеличение содержания миогло-бина и цитохромов. Процесс развивался преимущественно на уровне красных мышцах. При этом организация дыхательной цепи митохондрий приобретала нескомпенсированный характер, свойственный организмам, находящимся в условиях гипоксии. Отношение b/aa3 становилось меньше единицы. Близкие изменения происходили при 1-2оС, но они были менее выражены.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Арсан О.М. Роль температуры водной среды в регуляции процессов гликолиза и трикарбонового цикла в организме рыб // Гидробиол. ж. 1986. Т. 22. С. 57-62.
Арсан О.М. Участие Са2+ в регуляции процессов гликолиза и трикарбонового цикла в тканях карпа при различном температурном режиме водной среды // Гидробиол. ж. 1986. Т. 22. С. 71-74.
Гулевский А.К., Релина Л.И., Жегунова Е.Г. и др. Роль гликолиза при холодовой адаптации карася серебряного Carassius шг^ш gibelio // Пробл. криобиологии. 2007. Т. 17. С. 64-70.
Демин В.И., Андросова И.М., Озернюк Н.Д. Адаптации энергетического обмена у рыб: влияние скорости плавания и температуры на цитохромную систему скелетных мышц // Докл. АН СССР. 1989. Т. 308, № 1. С. 241-246.
Евдотиенко Ю.В., Мохова Е.Н. Механизмы дыхания, фотосинтеза и фиксации азота. М.: Наука, 1967. 154 с.
Клячко О.С., Полосухина Е.С., Озернюк Н.Д. Функциональные различия мышечной лактатдегидрогеназы у рыб, адаптированных к различным температурам среды // Докл. АН СССР. 1992. Т. 325. С. 1246-1251.
Озернюк Н.Д., Булгакова Ю.В., Демин В.И., Андросова И.М., Стельмащук Е.В. Механизмы эволюционных и онтогенетических температурных адаптаций метаболизма у пойкилотермов // Изв. АН СССР (серия биология). 1993. Т. 5. С. 703-705.
Романенко В.Д., Арсан О.М., Соломатина В.Д. Механизмы температурной акклимации рыб. К.: Наук. думка, 1991. 192 с.
Савина М.В. Механизмы адаптации тканевого дыхания в эволюции позвоночных. С. -Петербург: Наука, 1992. 200 с.
Савина М.В., Маслова Г.М., Демин В.И., Бакланова С.М. Исследование цитохромов в соматической и сердечной мышцах миноги Lampetra fluviatiUs Ь. // Ж. эволюц. биохим. физиол. 1981. Т. 17, № 3. С. 246-253.
Солдатов А.А. Влияние экспериментальной гипотермии на состояние капиллярной сети скелетных мышц морских рыб // Совр. пробл. физиол. биохим. водных организмов. Сб. научных статей. Т. 1. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2010. С. 278-282.
Солдатов А.А., Парфенова И.А. Напряжение кислорода в крови, скелетных мышцах и особенности тканевого метаболизма кефали-сингиля в условиях экспериментальной гипотермии // Проблемы криобиологии. 2009. Т. 19. С. 290-300.
Солдатов А.А., Парфенова И.А. Стехиометрия цитохромов и напряжение кислорода в скелетных мышцах морских рыб // Укр. биохим. журн. 2014. Т. 96, № 2. С. 60-67.
Шекк П.В. Биолого-технологические основы культивирования кефалевых и камбаловых. Херсон: ЧП Гринь, 2012. 306 с.
Шекк П.В., Куликова Н.И., Руденко В.И. Возрастные изменения реакции черноморского сингиля Liza aurata на низкую температуру // Вопросы ихтиологии. 1990. Т. 30. С. 94-106.
Heise K., Puntarulo S., Nikinmaa M. et al. Oxidative stress and HIF-1 DNA binding during stressful cold exposure and recovery in the North Sea eelpout (Zoarces viviparus) // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2006. Vol. 143. P. 494-503.
Johnston I. A., Bernard L. M. Ultrastructure and metabolism of skeletal muscle fibres in the tench: effect of long-term acclimation to hypoxia // Cell Tiss. Res. 1982. Vol. 227. P.179-199.
Reynafarie B. Simplified method for the determination of myoglobin // J. Lab. Clin. Med. 1963. Vol.61, N1. P.138 145.
Schechter A. N. Hemoglobin research and the origins of molecular medicine // Blood. 2008. Vol. 112. No 10. P. 39273938.
Soitamo A.J., Raabergh C.M.I., Gassmann M. et al. Characterization of a Hypoxia-inducible Factor (HIF-1) from Rainbow Trout: Accumulation of protein occurs at normal venous oxygen tension // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. P. 19699-19705.
Soldatov A.A., Savina M.V. Effect of hypoxia on the content and stoichiometry of cytochromes in muscle of the gray mullet Liza aurata // J. Evolut. Biochem. Physiol. 2008. Vol. 44, No 5. P. 599-604.
Takano T. Structure of myoglobin refined at 2.0 A resolution. II. Structure of deoxymyoglobin from sperm whale // J. Mol. Biol. 1977. Vol. 110, No 3. P. 569-584.
Van Handel P.J., Sandell W.R., Mole P.A. Effects of exogenous cytochrome c on respiratory capasity of head and skeletal muscle // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1977. Vol. 27. P. 1213-1219.
Wodtke E. Temperature adaptation of biological membranes. Compensation of the molar activity of cytochrome C oxidase in the mitochondrial enegy-transducing membrane during thermal acclimation of the carp (Cyprinus carpio L.) // Biochim. biophys. acta. 1981. Vol. 640. No 3. P. 710-720.
REFERENCES
Arsan O.M. 1986. Rol temperaturi vodnoi sredi v regulyatsii protsesov glikoliza i trikarbonovogo tsikla v organizme ryb [The role of the temperature of the water environment in the regulation of glycolysis and tricarboxylic cycle in fish body] // Gidrobiologicheskii Zurnal. T. 22. S. 57-62. [In Russian]
Arsan O.M. 1986. Uchastie Ca2+ v regulyatsii protsesov glikoliza i trikarbonovogo tsikla v tkanyah karpa pri razlihnom temperaturnom regime vodnoi sredi [The involvement of Ca2+ in the regulation of glycolysis and tricarboxylic cycle in the tissues of common carp at different temperatures of the water environment] // Gidrobiologicheskii Zurnal. T. 22. S. 71-74. [In Russian]
Demin V.I., Androsova I.M., Ozernyuk N.D. 1989. Adaptatsii energeticheskogo obmena u rib: vliyanie skorosti plavaniya i temperature na tsitochromnuyu sistemu skeletnih mishts [Adaptation of energy metabolism in fish: the influence of swimming speed and temperature on the cytochrome system of skeletal muscle] // Dokl. AN SSSR. T. 308, № 1. S. 241-246. [In Russian]
Evdotienko Yu.V., Mohova E.N. 1967. Mehanizmi dihaniya, fotosinteza i fiksatsii azota [The mechanisms of respiration, photosynthesis and nitrogen fixation] M.: Nauka. 154 s. [In Russian]
Gulevskii A.K., Relina L.I., Gegunova E.G. 2007. Rol glikoliza pri holodovoi adaptacii karacya serebryanogo Carassius auratus gibelio [The Role of glycolysis in cold adaptation of silver crucian carp Carassius auratus gibelio] // Problemi kriobiologii. Т. 17. S. 64-70. [In Russian]
Heise K., Puntarulo S., Nikinmaa M. 2006. Oxidative stress and HIF-1 DNA binding during stressful cold exposure and recovery in the North Sea eelpout (Zoarces viviparus) // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. Vol. 143. P. 494-503.
Johnston I.A., Bernard L.M. 1982. Ultrastructure and metabolism of skeletal muscle fibres in the tench: effect of long-term acclimation to hypoxia // Cell Tiss. Res. Vol. 227. P. 179-199.
Klyachko O.S., Polosuhina E.S., Ozernyuk N.D. 1992. Funktsionalnie razlichiya mishechnoi laktatdegirdogenazi u rib, adaptirovannih k razlichim temperaturam sredi [Functional differences in muscle lactate dehydrogenase in fish adapted to different temperatures of the environmental] // Dokl. AN SSSR. T. 325. S. 1246-1251. [In Russian]
Ozernuyk N.D., Bulgakova Yu.V., Demin V.I., Androsova I.M., Stelmaschuk E.V. 1993. Mehanizmi evolutsionnih I ontogeneticheskih temperaturnih adaptatsii metabolizma u poikilotermov [Mechanisms of evolutionary and ontogenetic temperature adaptations of metabolism in poikilotherms] // Izv. AN SSSR (seriya biologicheskaya). T. 5. S. 703-705. [In Russian]
Reynafarie B. 1963. Simplified method for the determination of myoglobin // J. Lab. Clin. Med. Vol. 61, No1. P. 138145.
Romanenko, Arsan O.M., Solomatina V.D. 1991. Mehanizmi temperaturnoi akklimatsii rib [Mechanisms of temperature acclimation in fish]. K.: Naukova dumka. 192 s. [In Russian]
Savina M.V. 1992. Mehanizmi adaptatsii tkanevogo dihaniya v evolyutsii pozvonochnih. [Adaptation mechanisms of
tissue respiration in evolution of vertebrates] S.-Peterburg: Nauka. 200 s. [In Russian] Savina M.V., Maslova G.M., Demin V.I., Baklanova S.M. 1981. Issledovanie tsitohromov v somaticheskoi i serdechnoi mishtsah minogi Lampetra fluviatilis L. [Study of cytochromes in somatic and heart muscles of the lamprey Lampetra fluviatilis L.] // Z. Evolyuts. Biohim. Fiziol. T. 17 № 3. S. 246-253. [In Russian] Schechter A. N. 2008. Hemoglobin research and the origins of molecular medicine // Blood. Vol. 112, No 10. P. 3927-3938.
Shekk P.V. 2012. Biologo-tehnologiheskie osnovi kultivirovaniya kefalevih i kambalovih. [Biotechnological basis of
the cultivation of mullet and flatfish] Herson: CHP Grin, 2012. 306 s. [In Russian] Shekk P.V. Kulikova N.I., Rudenko B.I. 1990. Vozrastnie izmeneniya reaktsii chernomorskogo singilya na nizkuyu temperature [Age-related changes in the response of the bl ack sea mullet Liza aurata at low temperature] // Voprosi ihtiologii. T. 30. S. 94-106. [In Russian] Soitamo A.J., Raabergh C.M.I., Gassmann M. 2001. Characterization of a Hypoxia-inducible Factor (HIF-1) from Rainbow Trout: Accumulation of protein occurs at normal venous oxygen tension // J. Biol. Chem. Vol. 276. P. 19699-19705.
Soldatov A.A. 2010. Vliyanie eksperimentalnoi gipotermii na sostoyanie kapillyarnoi seti skeletnih mists morskih ryb // Sovremennie problem fiziologii I biokhimii vodnikh organizmov. [Influence of hypothermia on experimental condition of the capillary network in skeletal muscles of marine fish] Sbornik nauhnih statei. T. 1. Petrozavodsk: KarNTS RAN. S. 278-282. [In Russian] Soldatov A.A., Parfoynova I.A. 2009. Napryagenie kisloroda v krovi, skeletnikh mistsakh i osobennosti tkanevogo metabolizma kefali-sigilya v usloviyah eksperimentalnoi gipotermii [Oxygen tension in the blood, skeletal muscle and tissue features of metabolism mullet in experimental hypothermia] // Problemi kriobiologii. T. 19. S. 290-300. [In Russian]
Soldatov A.A., Parfyonova I.A. 2014. Stehiometria tsitohromov i napryazenie kisloroda v skeletnih mishtsah morskih rib [The stoichiometry of cytochromes and oxygen tension in skeletal muscles saltwater fish] // Ukr. Biohim. Zurn. T. 96, № 2. S. 60-67. [In Russian] Soldatov A.A., Savina M.V. 2008. Effect of hypoxia on the content and stoichiometry of cytochromes in muscle of the
gray mullet Liza aurata // J. Evolut. Biochem. Physiol. Vol. 44, No 5. P. 599-604. Takano T. 1977. Structure of myoglobin refined at 2.0 A resolution. II. Structure of deoxymyoglobin from sperm whale
// J. Mol. Biol. Vol. 110, No 3. P. 569-584. Van Handel P.J., Sandell W.R., Mole P.A. 1977. Effects of exogenous cytochrome c on respiratory capasity of head and
skeletal muscle // Biochem. Biophys. Res. Commun. Vol. 27. P. 1213-1219. Wodtke E. 1981. Temperature adaptation of biological membranes. Compensation of the molar activity of cytochrome C oxidase in the mitochondrial enegy-transducing membrane during thermal acclimation of the carp (Cyprinus carpio L.) // Biochim. biophys. acta. Vol. 640, No 3. P. 710-720.
THE CYTOCHROME SYSTEM AND THE LEVEL OF MYOGLOBIN IN SKELETAL MUSCLE
OF GOLDEN MULLET (LIZA AURATA RISSO) UNDER EXPERIMENTAL HYPOTHERMIA
A. A. Soldatov, I. A. Parfenova
A. O. Kovalevsky Institute of Marine Biological Studies RAS 29011 Sevastopol, Ave Nakhimov 2. e-mail: alekssoldatov@yandex.ru
The effect of hypothermia on the content of myoglobin and cytochromes in the skeletal muscle of golden mullet (Liza aurata Risso) were investigation under the experimental conditions. Control group fish were kept at 15±1 oC. The water temperature in the tanks was lowered at a speed of 0.2oC h-1 to 10±1.5±1 and 1-2°C and examined the process of adaptation to these conditions for 46 days. The concentration of myoglobin and cytochromes in muscle tissue marked increase to 62-67% (p < 0.001) at temperatures close to 5oC. The process developed mainly in red muscles. The organization of mitochondria respiratory chain was acquired uncompensated nature, characteristic of the organisms under hypoxia. The ratio of b/aa3 was less than unity and accounted for 0.80-0.85, versus 1.5-1.65 in the control group of fish. Similar changes occurred at 1-2°C, but they were less pronounced.
Keywords: hypothermia, hypoxia, skeletal muscle, myoglobin, cytochromes, the stoichiometry of cytochromes, marine fish
