CC BY
46
Физико-химическая биология Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 2 (2), с. 174-177
УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НА НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПЕРЕКИСНОГО ГОМЕОСТАЗА ХЛОРОПЛАСТОВ ГОРОХА
© 2011 г. Е.А. Васильева, Ю.В. Синицына, Е.О. Половинкина,
Е.С. Яшина, А.П. Веселов
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
Поступила в редакцию 12.05.2011
Импульсные магнитные поля с различными характеристиками вызывали нарушения в состоянии компонентов перекисного гомеостаза хлоропластов гороха. Показано, что изменения со стороны анти-оксидантной системы были более выраженными в ответ на действие поля меньшей частоты, а со стороны перекисного окисления липидов мембран - после воздействия поля большей частоты.
Ключевые слова: переменное магнитное поле, растения, перекисный гомеостаз.
Введение
Человек и биосфера миллионы лет существовали в сравнительно узком диапазоне изменения таких параметров, как естественные напряженности постоянных электрических и магнитных полей. Однако с развитием цивилизации интенсивность этих физических факторов среды в биосфере возросла [1].
Возможные механизмы влияния слабых переменных и постоянных магнитных полей на биологические процессы широко обсуждаются. Показано воздействие комбинированных полей на скорость гравитропической реакции через Са-зависимые ферменты и процессы гидролиза ряда белков и пептидов; переменных магнитных полей частотой 50 Гц на набухание семян через усиление активности эстераз [2, 3]. При этом в качестве первичных рецепторов предлагаются липиды, в том числе липиды бислоя мембран. В настоящее время не существует единой гипотезы возникновения биологических эффектов магнитных полей с различными характеристиками. В первую очередь это связано с тем, что характер эффектов, наблюдаемых в результате действия полей, отличающихся, например, по частотным характеристикам, может сильно варьироваться.
Материалы и методы
Объектом исследования служили двухнедельные растения гороха Pisum sativum L., сорта «Альбумен», выращенные в лабораторных условиях.
Для генерации импульсного магнитного поля первого типа (ИМП-1) использовалась магнитотерапевтическая установка УМТИ-3Ф «Колибри», создававшая вихревое импульсное низкоинтенсивное магнитное поле со значением магнитной индукции 3.5 мТл, частотой магнитного поля в соленоиде 100 Гц, максимальной амплитудой силы тока в соленоиде 25±3 мА. Импульсное магнитное поле второго типа (ИМП-2) (пачки из 20 импульсов длительностью 227 мкс с амплитудой 1.5 мТл, следующих с частотой 15 Гц) создавали с помощью генератора фирмы Electro-Biology Inc. Длительность обработки 15, 30, 60 и 120 мин. Контролем служили растения, выдержанные в условиях нормального геомагнитного поля.
Выделение суспензии хлоропластов проводили методом дифференциального центрифугирования [4]. Для оценки перекисного гомеостаза определяли содержание диеновых конъюгатов (ДК) [5], активность супероксиддисмутазы (СОД) [6], содержание аскорбиновой кислоты (АК) [7].
Статистическую обработку результатов (подсчет среднего и ошибки среднего) проводили с использованием программных продуктов BIOSTAT и Microsoft Excel for Windows и методов параметрической статистики по Гланцу [8]. Достоверность данных определяли с помощью коэффициента Стьюдента с поправкой Бонферрони.
Результаты и их обсуждение
В результате действия ИМП-1 наблюдалась модификация процессов перекисного окисления
липидов (ПОЛ) мембран хлоропластов, а именно, содержание продукта ПОЛ - ДК было минимальным после 60-минутной экспозиции и составило 6З.7%. К 120-минутной экспозиции этот показатель возрастал, но так и не достиг контрольного уровня. ИМП-2 не вызывало статистически значимого изменения уровня ДК (рис. 1).
ИМП-1 изменяло активность СОД; уже на 15-й минуте она возрастала в 2 раза относительно контроля; на 40% была ниже контроля после З0 минут экспозиции, почти равной кон-
трольной после 60 и 120 мин воздействия. Действие ИМП-2 на динамику активности СОД носило схожий характер с действием ИМП-1. Всплеск активности после 15-минутной экспозиции сменялся ее снижением после 30минутного воздействия. Однако более длительная обработка вновь повышала уровень активности СОД, достигавшего второго максимума после 120-минутной экспозиции (рис. 2).
ИМП-1 вызывало и изменение уровня аскорбиновой кислоты, который снижался и достигал своего минимума после 60-минутной экспози-
Рис. 1. Изменение содержания ДК в хлоропластах гороха после обработки ИМП-1 и ИМП-2
Рис. 2. Активность СОД в хлоропластах гороха после воздействия ИМП-1 и ИМП-2
Рис. 3. Содержание АК после воздействия ИМП-1 и ИМП-2
ции (60% от контроля) и возвращался к контрольному после 120-минутной экспозиции. Однако, в отличие от ИМП-1, ИМП-2 вызывало не снижение, а увеличение уровня АК после 60минутной экспозиции. Дальнейшая обработка растений полем возвращала этот показатель к контрольному уровню (рис. 3).
Резкий всплеск активности СОД должен был сопровождаться накоплением продукта реакции дисмутации - пероксида водорода. В хлоропластах функцию по его утилизации берет на себя аскорбатпероксидазный цикл, компонентом которого является аскорбиновая кислота [9]. В результате действия ИМП-1 не происходила активация ферментов этого цикла [10], что приводило к снижению уровня восстановленной формы АК после 60-минутного воздействия поля. Накопление пероксида водорода могло способствовать снижению активности СОД после 30-минутной экспозиции и возвращению ее к контрольному уровню после более длительной экспозиции. Предполагаемое накопление пероксида, по-видимому, носило сигнальный характер и приводило к снижению уровня ДК ниже контрольного после 60-минутной экспозиции.
Быстрая активация СОД в результате действия ИМП-2 была поддержана увеличением уровня аскорбиновой кислоты, что может говорить о включении и других компонентов аскор-батпероксидазного цикла, принимающих на себя роль утилизаторов пероксида водорода и снижающих его ингибирующий эффект на су-
пероксиддисмутазу при длительных экспозициях. Это предположение подтверждается ростом активности СОД после 60-минутной обработки растений ИМП-2, достигавшей второго максимума после 120-минутной экспозиции. Активная работа компонентов антиоксидантной защиты, по-видимому, сдерживала дальнейшее развитие ответа на действие поля со стороны мембран хлоропластов, что подтверждается неизменным уровнем ДК.
Итак, оба воздействия вызывали изменения состояния компонентов перекисного гомеостаза хлоропластов гороха. Причем меньшие экспозиции (15 и 30 минут) вызывали схожий ответ: быструю активацию СОД при отсутствии изменения уровня АК и ДК. Более длительное воздействие по-разному отражалось на исследуемых компонентах. 60-минутная обработка растений более мощным полем снижала активность антиоксидантной системы, что, по-видимому, приводило к изменению процессов ПОЛ и отражалось в снижении уровня ДК. То же время воздействия менее мощного поля, наоборот, активировало вторую линию антиоксидантной защиты и вызывало повторное увеличение активности СОД, что сохраняло процессы ПОЛ на контрольном уровне.
Таким образом, антиоксидантная система хлоропластов гороха оказалась более чувствительной к полю с меньшими характеристиками, тогда как более мощное поле вызывало ответ со стороны как антиоксидантной системы, так и процессов перекисного окисления мембран.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-04-9710р).
Список литературы
1. Петин В.Г. Биофизика неионизирующих физических факторов окружающей среды. Обнинск: МРНЦ РАМН, 2006. 265 с.
2. Аксенов С.Н., Грунина Т.Ю., Горячев С.Н. Особенности влияния низкочастотного магнитного поля на набухание семян пшеницы на разных стадиях // Биофизика. 2001. Т. 46. Вып. 6. С. 1127-1132.
3. Белова Н.Л., Леднев В.В. Влияние крайне слабых переменных магнитных полей на гравитропизм растений // Биофизика. 2001. Т. 46. Вып. 1. С. 122-125.
4. Arnon D.L., Allen M.V., Whatly Z.B. Photosyn-tesis by isolated chloroplasts. Genetic concept and com-panison of free photochemical reaction // Biochimica et Biophysica Acta. 1956. V. 20. P. 449-461.
5. Камышников В.С. Справочник по клиникобиохимической диагностике. Минск: Изд-во «Беларусь», 2000. 896 с.
6. Чевари С., Чаба И., Секей И. Роль суперок-сиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах II Лабораторное дело. 1985. Вып. 11. С. 578-681.
7. Методы биохимического исследования растений I Под ред. А.И. Ермакова. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.
8. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
9. Asada K. The water-water cycle in chloroplasts: scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons // Annual Reviews Plant Physiology Plant Molecular Biology. 1999. V. 50. P. 601-639.
10. Васильева Е.А., Синицына Ю.В., Половинки-на Е.О., Цыганова М.И., Веселов А.П. Изменение некоторых параметров перекисного гомеостаза хло-ропластов гороха в ответ на действие физических факторов низкой интенсивности II Вестник №жего-родского университета им. H.R Лобачевского, 2010. № 2 (2). С. 498-503.
THE EFFECT OF PULSED MAGNETIC FIELDS WITH DIFFERENT PARAMETERS ON SOME COMPONENTS OF PEA CHLOROPLAST PEROXIDE HOMEOSTASIS
E.A. Vasilyeva, Yu.V. Sinitsyna, E.O. Polovinkina, E.S. Yashina, A.P. Veselov
Magnetic fields with different parameters caused disturbances in the state of components of pea chloroplast peroxide homeostasis. It is shown that the changes of the antioxidant system are more pronounced in response to the field of lower frequency, while the changes in peroxidation of membrane lipids are more pronounced in response to the field of higher frequency.
Keywords: alternating magnetic field, plants, peroxidation homeostasis.
