Видовые различия структурного макропортрета сыворотки крови позвоночных животных Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Физиология

Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 2 (2), с. 287-293

УДК 57:612.398:616-074

ВИДОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ СТРУКТУРНОГО МАКРОПОРТРЕТА СЫВОРОТКИ КРОВИ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

© 2011 г. Л.М. Обухова 1, А.В. Дерюгина 2, О.Н. Никифорова 2

1 Нижегородская государственная медицинская академия

2 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского

kfg@bio.unn.ru

Поступила в редакцию 08.06.2011

Проанализирован характер микротрещин структурного макропортрета сыворотки крови позвоночных животных различных таксономических групп: млекопитающих, птиц, земноводных. Проведено сравнение данного показателя в рамках разных родов животных одного семейства (крысы и мыши -семейство Мышиные) и в рамках разных родов одного отряда (свиньи и коровы - отряд Парнокопытные). Показано, что чем более далеки друг от друга организмы в филогенетическом отношении, тем больше различий имеют параметры трещин дегидратированной капли их сыворотки крови. Данные отличия обусловлены зависимостью формирования трещин от структурной конформации молекул белка.

Ключевые слова: клиновидная дегидратация, сыворотка крови, белки, позвоночные животные, грызуны, парнокопытные, млекопитающие, земноводные, птицы.

Введение

Поскольку ранее было доказано, что характер микротрещин в структурном макропортрете содержащей белок жидкости определяется кон-формационным состоянием молекул протеинов, то закономерно ожидать, что у животных различных таксономических групп параметры высохшей капли по данному показателю будут различаться. В доступной литературе сведения о характере и расположении трещин в дегидратированной капле сыворотки или плазмы крови животных достаточно противоречивы, причем объектом исследований становятся исключительно грызуны [1—3].

В связи с этим, цель нашего исследования -изучение характера микротрещин в дегидратированной капле сыворотки различных классов позвоночных животных.

Материалы и методы

Исследованы образцы сыворотки крови позвоночных животных различных классов: земноводных - 7 лягушек (Rana lessonae); птиц - 5 уток (Anas platyrhynchos); млекопитающих - 11 мышей (Mus musculus), 11 крыс (Rattus

norvegicus), 22 коровы (Bos taurus taurus), 3 свиньи (Sus scrofa domesticus). Для изучения использовали молодых половозрелых животных: самцов и самок. Кровь брали натощак: у

коров и свиней из яремной вены, у крыс, мышей, лягушек и уток - декапитацией.

Исследование проводили методом клиновидной дегидратации [4], принцип которого заключается в анализе системной организации биологической жидкости после перевода ее в твердую фазу при испарении воды из капли на подложке. Фазовый переход из жидкого состояния в твердотельное организует определенный структурный статический порядок, который становится наблюдаемым. Данный феномен обусловлен неравновесным состоянием наноструктур белка, возникающим при дегидратации, далекой от термодинамического равновесия открытой системы белок - вода [5]. Такая трансформация дает возможность получить качественно новые сведения о системе в целом или ее отдельных составляющих.

Для описания структурного макропортрета дегидратированной капли сыворотки крови использовали таблицу [6]. Каплю подразделяли на три зоны, в каждой из них оценивали количество, расположение, форму и размер различных признаков. Результаты обрабатывали статистически с использованием ^-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение

При изучении структурного макропортрета сыворотки крови лягушки (класс Земноводные) в краевой зоне высохшей капли наблюдались

трещины в виде сети (100%) (рис. 1, 4). В промежуточной и центральных зонах преобладающими являлись многолучевые трещины (100 и 57.14% соответственно) (рис. 2-4).

Для структурного макропортрета сыворотки крови уток (класс Птицы) было характерно преобладание сети трещин в краевой зоне (80%) и многолучевых трещин в промежуточной зоне (80%), тогда как анализ центральной зоны структурного макропортрета сыворотки крови уток показал преобладание в данной зоне трещин в виде сети (60%) (рис. 1-4).

Сравнение на основании полученных результатов картины высохшей капли сыворотки крови позвоночных животных разных классов (класса Земноводные и класса Птицы), на примере лягушки и утки, выявило различие характера трещин, наиболее выраженное в центральной зоне.

При изучении структурного макропортрета сыворотки крови свиней (семейство Свиньи, отряд Парнокопытные) было выявлено, что в краевой зоне в основном преобладали радиальные аркообразные трещины - 66.67% случаев (рис. 1, 4). В промежуточной зоне во всех изученных случаях имели место прямые радиально расположенные трещины (рис. 2, 4). В центральной зоне также в основном (66.67% случаев) преобладали прямые радиально направленные трещины (рис. 3, 4).

Анализ картины высохшей капли сыворотки крови коровы (семейство Полорогие, отряд Парнокопытные) показал значительное сходство со структурным макропортретом сыворотки крови свиней (рис. 4). Исключением явилось наличие вогнутых трещин (18.18%) в краевой зоне и незначительного количества круглых трещин (9.09%) в центральной зоне в структурном макропортрете сыворотки крови коровы.

Практически полное совпадение было продемонстрировано при сравнении структурного макропортрета сыворотки крови крыс и мышей (семейство Мышиные) (рис. 4). В краевой зоне преобладали радиальные аркообразные трещины (81.82% - у крыс, 60% - у мышей) (рис. 1). В промежуточной зоне в большинстве случаев присутствовали прямые радиально направленные трещины (63.64% - у крыс, 100% - у мышей) (рис. 2).

Результаты проведенных исследований высохших капель сыворотки крови свиньи и коровы (семейство Полорогие, отряд Парнокопытные) и структурного макропортрета сыворотки крови крыс и мышей (семейство Мышиные) свидетельствуют о наличии радикальных различий только в центральной зоне. Так, у крыс и

мышей в центральной зоне преобладали круглые трещины (81. 82% - у крыс, 60% - у мышей) (рис. 3).

Таким образом, можно констатировать, что наибольшее сходство структурного макропортрета сыворотки крови животных наблюдается в рамках одного семейства, возрастая от отряда к классу. Максимальные различия наблюдаются при сравнении трещин дегидратированной капли сыворотки животных разных классов, причем они наиболее выражены между классами Млекопитающих, с одной стороны, и Земноводных и Птиц - с другой стороны. Вышеприведенные различия затрагивают характер трещин во всех трех зонах структурного макропортрета сыворотки, тогда как в рамках класса Млекопитающих отличия наблюдаются, в основном, в одной зоне - центральной.

Учитывая, что характер трещин структурного макропортрета сыворотки обусловлен конформацией молекул белка [7, 8], а в краевой зоне локализуются альбумины [9], анализ трещин высохшей капли сыворотки крови птиц и земноводных свидетельствует о близости пространственной структуры альбуминов у данных классов, при выраженных отличиях с млекопитающими (рис. 1, 4). В рамках класса Млекопитающих конформационная структура альбуминов, определенная методом клиновидной дегидратации, значительных изменений не претерпевает. Вероятно, данный факт обусловлен более низкой скоростью эволюции альбуминов по сравнению с остальными белками сыворотки крови [10].

Кроме того, известно, что в промежуточной зоне структурного макропортрета сыворотки крови локализованы а- и Р-глобулины, в центральной зоне - иммуноглобулины [9]. Анализ структурного макропортрета сыворотки крови в нашем исследовании показал значительную гетерогенность структурной конформации иммуноглобулинов у млекопитающих, что проявилось в различном характере трещин в центральной части дегидратированной капли сыворотки крови: прямые радиально направленные у коров и свиней и закругленные у грызунов. Еще более выражены различия в характере трещин центральной зоны при сравнении сыворотки крови вышеупомянутых животных с птицами и амфибиями, что, вероятно, обусловлено не только несходством структурной организации иммуноглобулинов, но и различием имеющихся классов этих белков: в отличие от млекопитающих, обладающих иммуноглобулинами классов G, М, Е, D, А, птицы и рептилии содержат иммуноглобулины G, М, А классов [11]. При этом

Лягушки, п = 1 Утки, /7 = 5 Мыши, /7=11

100.00%

18.18%

81.82%

80.00%

20.00%

Свиньи, /7 = 3

33.33%

66.67%

40.00%

60.00%

Коровы, и = 22

18.18%

11.21%

4.55%

!!!!!!*!"^' «■««к

III

Я.

Рис. 1. Соотношение форм трещин в краевой зоне высохшей капли сыворотки крови различных видов позвоночных животных: Н - аркообразные; И - прямые; 0 - вогнутые; В - сеть

Лягушки, /7 = 7 Утки, /7 = 5 Мыши, /7=11

100.00% 80.00% 20.00% 40.00% 60.00%

Крысы, /7=11 Свиньи, /7 = 3 Коровы, /7 = 22

36.36%

63.64%

100.00%

100.00%

Рис. 2. Соотношение форм трещин в промежуточной зоне высохшей капли сыворотки крови различных видов позвоночных животных: [О - прямые; □ - без трещин; Н - сеть; ^ - многолучевые

Лягушки, /7 = 7

Утки, /7 = 5

Мыши, /7=11

Крысы, /7=11

Свиньи, /7 = 3

Коровы, /7 = 22

18.18%

81.82%

- - - - _ тжт»

9.09%

90.91%

60.00%

33.33%

66.67%

Рис. 3. Соотношение форм трещин в центральной зоне высохшей капли сыворотки крови различных видов позвоночных животных: Ш - прямые; Н - сеть; ^ - многолучевые; [Э - круглые; □ - без трещин

Рис. 4. Структурный макропортет сыворотки крови различных видов позвоночных животных (х50)

эволюционная преемственность с млекопитающими установлена только для 1§М. Филогенетическая связь других изотипов иммуноглобулинов млекопитающих с изотипами нижестоящих филумов не установлена [12]. Также обращают на себя внимание выявленные отличия в характере трещин центральной зоны высохшей капли сыворотки крови птиц и земноводных между собой. Указанное различие подтверждает известный факт гетерогенности по иммуноглобулинам у животных данных классов [11].

Таким образом, в ходе проведенного экспериментального исследования выявлены межвидовые различия, возникающие в процессе приспособления к условиям среды, обеспечивающие специфику будущего развития вида [10]. Можно констатировать, что чем более далеки друг от друга организмы в филогенетическом отношении, тем больше различий проявляется в структурном макропортрете их сыворотки крови. Обнаруженные отличия обусловлены разным составом и структурной конформацией белков сыворотки крови у животных различных таксономических групп. Обобщая полученные результаты, можно заключить, что использование метода клиновидной дегидратации расширяет экспериментальные возможности, позволяя комплексно оценивать белковые фракции сыворотки крови животных, принадлежащих к различным видам.

Список литературы

1. Кулмагамбетов И.Р., Муравлева Л.Е., Кой-ков В.В., Абдрахманова Ю.Э. Состояние окисли-

тельного метаболизма и кристаллообразующие свойства крови экспериментальных животных при интоксикации несимметричным диметил-гидразином // Биомедицинская химия. 2007. Т. 53. Вып. 3. С. 276-283.

2. Московцева О.М. Влияние янтарной кислоты и ее производных на состояние свободнорадикальных процессов экспериментальных животных: Дис. ... канд. биол. наук. Н. Новгород, 2006. 160 с.

3. Беднов И.А., Тризно Н.Н., Аюпова А.К. Салихов М.Н. Морфоструктурный анализ сыворотки крови крыс при хронической интоксикации серосодержащим газом // Матер. III Всерос. научно-практической конф. «Функциональная морфология биологических жидкостей», Москва, 2004. С. 55-56.

4. Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. Морфология биологических жидкостей человека. М.: Хризостом, 2001. 304 с.

5. Рапис Е.Г. Микрокристаллооптический способ исследования стекловидного тела человека и животных в норме и при гемофтальме // Вестник офтальмологии. 1976. № 4. С. 62-67.

6. Белова Л.М. Морфофизиологический анализ биологически активных продуктов пчелиной семьи: Дис. ... кан. биол. наук. Н. Новгород, 2002. 177 с.

7. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л.: Химия, 1990. 429 с.

8. Rapis E. Symmetry and self-organization in protein. Symmetry // Culture and Science. 1995. V. 6. № 3. Р. 439-441.

9. Обухова Л.М., Конторщикова К.Н. Выявление локализации белков в структурном макропортрете сыворотки крови // Вестник Нижегородского госуни-верситета им. Н.И. Лобачевского. 2008. № 3. С. 116119.

10. Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 277 с.

11. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология / Пер. с англ. М.: Мир, 2000. 592 с.

12. Иммунология: в 3-х томах / Пер. с анг.; под ред. У. Пола. М.: Медицина, 1987-1988. Т. 2. 456 с.

SPECIES DIFFERENCES IN VERTEBRATE BLOOD SERUM STRUCTURAL MACROPORTRAIT

The character of microcracks of blood serum structural macroportrait has been analyzed for various taxonomic groups of vertebrate animals: mammals, birds, amphibians. A comparison of the given indicator has been made in the framework of different species of the same family (rats and mice belong to the same family Muridae) and different branches of the same order (pigs and cows belong to the order Artiodactyla). It has been shown that the greater phylogenetic distinction between the organisms, the more distinctions are observed in the parameters of cracks of their dehydrated blood serum drops. These distinctions are due to the dependence of the formation of cracks on the structural conformation of protein molecules.

Keywords: wedge-shaped dehydration, blood serum, proteins, vertebrates, rodents, Artiodactyla, mammals, amphibians, birds.

L.M. Obukhova, A. V. Deryugina, O.N. Nikiforova