CC BY
10УДК:577.1: 597
Влияние хронической интоксикации ацетатом свинца на фракционный состав белков, содержание липидов и антиоксидантую активность головного мозга сеголеток карпа (Cypr¡nus сarpio I..)
Б. С. Мусаев, Г Р. Мурадова, А. И. Рабаданова, Н.Н. Вагаева
Дагестанский государственный университет, Махачкала
Статья посвящена изучению влияния ацетата свинца, в концентрации 0,5 мг/дм3, на содержание белковых и липидных компонентов в головном мозге сеголеток карпа. Опыты проводились на 5-й, 15-й и 30-й дни воздействия ацетата свинца. Полученные результаты позволяют заключить, что токсическое воздействие ацетата свинца на сеголеток карпа приводят к изменени-
ям в липидных и белковых компонентах, а также в показателях окислительно - антиоксидантной защиты сеголеток карпа, которые носят зависимый характер от длительности пребывания рыб в среде с тяжелым металлом.
Ключевые слова: белки, холестерин, липиды, головной мозг, карп
Введение. Загрязнение большинства водоемов тяжелыми металлами приобретает угрожающие масштабы. Одним из самых токсичных и наиболее распространенных металлов является свинец, под воздействием которого могут происходить изменения структурного и функционального характера различных систем организма рыб [13].
Известно, что вредные метаболиты при определенной концентрации нередко проникают в головной мозг через гематоэнцефалический барьер [15].
Мозг обладает повышенной чувствительностью к окислительному стрессу, что связано с особенностью его химического строения и метаболизма, а именно высокой степенью насыщения кислородом (1/5 от общего количества кислорода в организме), преобладанием полиненасыщенных жирных кислот, присутствием «активной формы» железа и низкой активностью отдельных звеньев антиоксидантной защиты, в частности, активности каталазы [11]. Вместе с тем, метаболизм головного мозга отличается высокой интенсивностью аэробных окислительных процессов. При патологических состояниях в мозговой ткани создаются условия для интенсивной генерации радикальных продуктов, повышения окислительной деструкции белков, липидов, что приводит к нарушению структуры и функции клеточных мембран, изменению их проницаемости и ионного баланса [11, 7]. Интенсификация процессов окислительной модификации компонентов клеточной мембраны головного мозга может являться причиной изменений, связанных со способностью мембран генерировать, проводить и воспроизводить нервный им-
пульс, нарушением рецепторных, медиаторных и энергетических систем.
В последнее время повышен интерес исследователей к изучению нарушений белкового и липидного обмена в различных тканях рыб под влиянием тяжелых металлов [17]. Все еще не до конца ясен механизм влияния большинства факторов среды на уровень и динамику соотношения белково-липидных компонентов тканей рыб.
Исходя из вышеизложенного, представляется актуальным изучение некоторых показателей липидного и белкового обмена в головном мозге рыб под влиянием ацетата свинца.
Материал и методы исследования. Работа выполнена на базе лаборатории физиологии человека и животных и ихтиологии Дагестанского государственного университета и КАСПНИР-Ха г.Махачкалы. В качестве объекта исследования использованы сеголетки карпа (Сурппи сагрю Ь.), массой 100-150 г, выращенные в прудах Широкольского рыбокомбината Тарумов-ского района республики Дагестан, которые перед переброской в пруды для зимовки, отлавливались и переносились в аквариумы объемом 300 литров с содержанием ацетата свинца 0,5 мг/ дм3 (ПДК - 0,1 мг/дм3) [5]. Контролем служили рыбы, содержавшиеся в чистой воде. Температура воды составляла 19-230С. Кормили рыб живым трубочником (ТиЬйех ШЬ^ех). В опытах использовано 132 особи. Нами изучена динамика содержания суммарных фосфолипи-дов [2], общего холестерина [14], общего белка [22] и его фракций [16] в головном мозге. Кроме того, исследовали показатели окислительно-антиоксидантной защиты: катал азную [10], супероксиддисмутазную (СОД) [9] и общую ан-
к яппные объекты Российской Федерации сбрасы-9,2 куб. км подлежат очистке. Свыше 72 процен
сбрасываются вид _ загрязнен.
щенньши, 17 процентов пу , иыми без очистки и только 11 процентов (2 куо. км; очищенными до установленных нормативов.
Водная стратегия Российской Федерации
на период до 2020 года
тиоксидантную (ОАА) [8] активность, а также интенсивность процессов перекисного окисления липидов по содержанию МДА [1] и диеновых конъюгатов [6] в хроническом эксперименте в головном мозге на 5-, 15- и 30-е сутки после внесения ацетата свинца в воду.
Полученные результаты подвержены вариационно-статистической обработке [12].
Результаты и обсуждение. Результаты исследования представлены на рис. 1-3.
Биохимические анализы, проведенные на сеголетках карпа после 5-дневной интоксикации водной среды ацетатом свинца, показывают (рис.1), что содержание суммарных фосфолипидов в ткани головного мозга незначительно снижается на 6.5%, тогда как содержание общего холестерина, напротив, увеличивается на 22.2% по сравнению с контролем.
Известно, что полиненасыщенные жирные кислоты составляют основную массу липидов головного мозга водных обитателей и подвержены атаке свободных радикалов и кислорода при стрессе с образованием новых окислительных радикалов по цепной реакции с активацией процессов перекисного окисления липидов. Наши данные согласуются с представлениями о том, что холестерин способствует конденсации фосфолипидных «хвостов» или их уплотнению, чтобы таким образом защитить жирно-кислотные ряды от прооксидантов [18]. Можно полагать, что уже при 5-дневной интоксикации рыб ионами РЬ2+ суммарные фосфолипиды головного мозга подвергаются пероксидации, а увеличение содержания общего холестерина, возможно, имеет компенсаторный характер, так как формирование мембран в условиях окислительного стресса происходит за счет активного внедрения в фосфолипидные ряды холестерина.
Содержание диеновых конъюгатов в головном мозге рыб падает в 2.6 раза в гептано-вой фазе и растет в изопропанальной фазе на 23.0 % по сравнению с контролем. При этом соотношение диеновых конъюгатов, извлекаемых гептаном и изопропиловым спиртом, резко нарушается и содержание их в гептановой фазе почти в 6 раз ниже по сравнению с изопропанальной фазой. Известно, что диеновые конъюгаты в структуре ненасыщенных жирных кислот образуются на стадии свободных радикалов и их количество стехиометрически соответствует начальной стадии ПОЛ [21]. Исходя из этого, можно предположить, что пе-рекисные процессы в гептановой фазе подавлены из-за активации в стрессовой ситуации антиокислительной системы. В связи с разно-качественностью липидов, извлекаемых изо-пропанолом, в этой фазе процессы ПОЛ усиливаются. Так как фракции фосфолипидов, содержащих фосфатидилэтаноламин и фос-
фатидилсерин, обладают легкой окисляемо-стью [20] и входят во внутренний слой мембраны, можно допустить, что усиление ПОЛ в изопропанальной фазе при интоксикации рыб ацетатом свинца приводит к модификации ас-симетричности мембран, обеспечивающей межклеточные взаимодействия [1].
Наряду с усилением процессов пероксидации липидов (на 34.8%) в головном мозге наблюдается снижение суммарной антиоксидантной активности (на 47.9%), что коррелирует с повышением активности СОД в 4.9 раз по сравнению с контролем. При этом изменения активности каталазы в головном мозге сеголеток карпа на данном этапе не наблюдается.
Повышение активности СОД в наших опытах, вероятно, индуцировано оксидативным стрессом. При нормальном функционировании нейронов активные формы кислорода вовлекаются в реализацию сигнальных механизмов, обеспечивающих метаболический ответ клетки на внешние факторы. Так как головной мозг отличается самым высоким потреблением кислорода на единицу веса из всех органов, то нарушение кислородного режима в метаболизме мозга может привести к ацидозу ткани, что в свою очередь инициирует более выраженное повреждающее действие оксидантов. При этом в головном мозге содержится небольшое количество каталазы и сравнительно мало глутати-онзависимых ферментов, а содержание таких низкомолекулярных антиоксидантов, как витамин Е - ниже, чем в печени и мышцах [4]. Таким образом, важная роль в антиоксидантной защите головного мозга принадлежит СОД, чем, вероятно, и объясняется высокая активность фермента на начальном этапе интоксикации рыб ионами свинца (рис. 1) [2].
Значительные изменения наблюдаются и в белковом составе головного мозга сеголеток карпа: содержание общего белка повышается на 17.0% относительно контроля (рис. 3). Причиной увеличения содержания общего белка, коррелирующего с повышением концентрации альбумина на 5.5%, может быть активация биосинтеза олигопептидов, выполняющих защитные функции.
500
400
300
200
100
-100
3 4 5 6
15-й день □ 30-й день
Рис.1. Показатели окислительно-антиоксидантной защиты головного мозга сеголеток карпа при хроническом действии ацетата свинца: 1 - малоновый диальде-гид, 2 - гептановая фаза, 3 - изо-пропанальная фаза, 4 - активность каталазы, 5 - общая антиоксидант-ная активность, 6 - активность су-пероксиддисмутазы
0
% 40
30
20
10
-10
-20
Рис.2. Динамика содержания ли-пидных компонентов в головном мозге сеголеток карпа при хронической интоксикации водной среды ацетатом свинца: 1 - суммарные фосфолипиды, 2 - общий холестерин
-30
П 5-й день
15-й день □ 30-й день
0
1
2
В глобулиновых фракциях на 5-е сутки интоксикации водной среды ацетатом свинца наблюдаются разнонаправленные изменения: как в сторону повышения (фракции al- глобулинов в 1.6 раз), так и понижения (фракции a2- и у-глобулинов ~ в 2 раза) процентного содержания белков. Содержание р-глобулинов находится в пределах контроля. При этом соотношение альбумины/глобулины (А/G- индекс) повышается незначительно.
Пролонгирование интоксикации водной среды ионами свинца до 15 суток приводит к снижению содержания общего холестерина на 27.8%, тогда как содержание суммарных фос-
фолипидов от нормы не отличается (рис.2). На фоне роста общей антиоксидантной и суперок-сиддисмутазной активности в 1.8 и 6.5 раза соответственно наблюдается повышение содержания МДА в 2.3 раза и снижение каталазной активности на 31.7% по сравнению с контролем. Концентрация диеновых конъюгатов в гептановой и изопропанальной фазе липидов снижается на 44.6 и 11.9 % соответственно.
Содержание общего белка и альбуминов при этом снижается относительно контроля на 5.0% и 14.3% соответственно. Количество а1- и в -глобулинов повышается на 31.5% и 33.3% соответственно по отношению к началу опытов.
Значительное повышение наблюдается в содержании у-глобулинов (в 4.1 раз относительно 5-го дня и в 1.9 раз относительно контроля). Наблюдается повышение в содержании а2 - глобулинов (в 1.9 раз относительно предыдущей серии опытов). Изменения в соотношении альбуминов и глобулинов отразились на повышении Л/О - индекса до 0.61, что соответствует уровню контроля [3].
Дальнейшее продление пребывания сеголеток карпа до 30 суток в токсической среде с ацетатом свинца приводит к значительному понижению содержания суммарных фосфолипидов и общего холестерина в головном мозге на 16.0 и 14.8 % соответственно по сравнению с контролем. Усиление процессов ПОЛ на 56.7 % приводит к увеличению ОАА на 59.3 % и снижению каталазной активности на 53.6 % по сравнению с контролем. Активность СОД под влиянием ионов РЬ2+ падает по отношению к предыдущей серии опытов (15-е сутки), что, вероятно, связано с ингибиро-ванием молекулы фермента в связи с усилением процессов перекисного окисления липидов некомпенсированных каталазной активностью. Однако активность СОД в головном мозге сеголеток при этом выше контроля в 2.5 раза.
Концентрация диеновых конъюгатов в обеих фазах экстрактов головного мозга имеют тенденцию к стабилизации на достаточно низком уровне по отношению к контролю: для гептано-вой и изопропанальной фазы - на уровне 30.0 и 11.6 % соответственно.
На данном этапе опыта содержание общего белка, альбуминов, а1- и а2 - глобулинов оказывается ниже на 5.0; 14.0; 15.0 и 40.0 %, тогда как количество в- и у - глобулинов в 2.1 и 1.2 раза
выше контроля. Однако соотношение А/G остается на уровне контроля (рис.3).
ВЫВОДЫ
1 Динамика содержания белково-липидных компонентов головного мозга сеголеток карпа под влиянием ацетата свинца находится в зависимости от длительности воздействия токсиканта.
2 В показателях окислительно-антиоксидантной системы головного мозга сеголеток карпа наиболее значимые изменения наблюдаются на 15-й день эксперимента, выражающиеся в повышении содержания МДА, общей антиоксидантной и су-пероксиддисмутазной активности, понижении содержания диеновых коньюгатов в гептановой и изопропанальной фазах и снижении активности каталазы.
3 Содержание суммарных фосфолипидов ниже нормы снижается на протяжении всего эксперимента и более значительное его снижение наблюдается на 30-й день, количество же общего холестерина вначале опыта возрастает, а затем снижается.
4 Динамика белкового состава мозговой ткани под влиянием ацетата свинца носит разнонаправленный характер: более значительные изменения наблюдаются на 5-й день эксперимента, в дальнейшем намечается тенденция к стабилизации за исключением компонентов глобулиновой фракции, уровень которых на 30-й день опыта значительно ниже (а2- глобулины) и выше (в- и у- глобулины) контроля.
120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80
Рис. 3. Динамика содержания белков в головном мозге сеголеток карпа при хронической интоксикации ацетатом свинца:
1 - общий белок;
2 - альбумины;
3 - а1-,
4 - а2-,
5 - в-,
6 - у - глобулины.
□ 5-й день □ 15-й день □ 30-й день
2
6
3
1
4
5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреева Л.И., Кожемякин А.А., Кишкун А.А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лаб. дело, 1988. № 11. - С. 41-43.
2. Биологические мембраны. Методы / Под. ред. Дж. Б.Финдлея, У. Г.Эванза: Мир, 1990. - 424 с.
3. Болдырев А.А. Матриксная функция биологических мембран //Сорос. образ. журн. Биология, 2001. Т.7. № 7. - С. 2-8.
4. Болдырев А.А. Окислительный стресс и мозг // Сорос. образ. журн. Биология, 2000. Т. 7. № 4. - С. 21-28.
5. Волошина Г.В. Экологиче ская оценка состояния поверхностных вод реки Понура // Эколог. вест. Север. Кавказа, 2006. Т.2. № 1. - С.118-122.
6. Волчегорский И.А., Налимов А.Г., Яровинский Б.Г., Лившиц Р.И. Сопоставление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови // Вопр. мед. химии, 1989. Т. 35. № 1. - С. 127-131.
7. Грубинко В.В., Леус Ю.В. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у рыб (Обзор) // Гидробиология, 2001. Т.37. № 1. -С.64-78.
8. Демчук М.Л., Левченко Л.И., Промыслов М.Ш. Процессы перекисного окисления липидов при черепно-мозговой травме // Нейрохимия, 1990. Т.9. №1. - С.108-110.
9. Дубинина Е.Е. Активность и свойства СОД эритроцитов и плазмы крови человека в онтогенезе // Укр. биох. журн., 1988. Т.66. - С. 20-24.
10. Королюк М.А., Иванова Л.К., Майорова И.Г., Токарева В.А. Метод определения активности катала-зы // Лаб. дело, 1988. № 4. - С.44-47.
11. Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран. - Л.: Наука, 1981. - 339 с.
12. Лакин В. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. - 300 с.
13. Леонова Г.А., Ломоносов И.С., Сутурин А.Н., Ше-потько А.О. Токсическое действие соединений свинца на гидробионты и водоплавающих птиц (Обзор) // Гидробиол. журн., 1992. Т.28. № 4. - С.68-75.
14. Методы биохимических исследований / Учебное пособие под ред. проф. М.И.Прохоровой- Л., 1982. -272 с.
15. Обухов Д.К., Крючков В.И. Исследования влияния нефтяного загрязнения на морфофункциональ-ное развитие молоди осетровых рыб // Вопросы р ыбоводства, 2000. Т. 1. Вып. 4. - С. 98-117.
16. Пушкина С.В. Биохимические методы исследования. - М.: Наука, 1963. - 230 с.
17. Руднева И.И. Эколого-физиологические особенности антиоксидантной системы рыб и процессов перекисного окисления липидов // Усп. совр. биол., 2003. Т. 123. № 4. - С. 391-400.
18. Суховская И.В., Смирнов Л.П., Немова Н.Н., Ко-мов В.Т. Влияние ртути на фракционный состав низкомолекулярных пептидов мускулатуры речного окуня Perca Fluviatilis // Вопр. ихтиологии, 2001. Т. 41. №5. - С. 699-703.
19. Таранова Н.П. Липиды центральной нервной системы при повреждающих воздействиях. - Ленинград «Наука», Ленинградское отд-ние, 1988. - 158с.
20. Туманова С.Ю. Липиды ЦНС, структура клеточных мембран / Нейрохимия. - М.: изд-во института биомедицинской химии РАМН, 1996. - С. 98-114.
21. Ушкалова В.Н. Контроль перекисного окисления липидов. - Новосибирск: изд-во новосибирского ун-та, 1993. - 182с.
22. Lowry D.H., Rosebrough H.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the Folinphenol reagent // J. Biol. Chem., 1951. Vol. 193. - P. 265 - 275.
B.S. Musayev, G.R. Muradova, A.I. Rabadanova, N.N. Vagayeva
The influence of the chronic intoxication by lead acetate on the fractional structure of proteins, content of lipids and anti-oxidant activity of carp young brain (Cyprinus сarpio L.)
Dagestan State University, Makhachkala
The influence of lead acetate in concentration of 0.5 mg/dm3 on the content of protein and lipid components in the brain of carp young was studied on 5-th, 15-th and 30-th day after exposure to lead acetate. The outcome of the research allows to conclude that the toxic effect of lead acetate on the carp young leads to changes in lipid and protein components and in parameters of oxidative- antioxidant protection in the carp young as well which depends on the duration of the presence of fishes in a medium containing heavy metals.
Материал поступил в редакцию 10.07.09
