CC BY
8БИОЛОГИЯ М.Д Дубровская: Н.К. Кличханов, Ж.Г. Исмаилова. Влияние искусственной гипотермии на степень окислительной модификации белков плазмы крови сусликов
УДК 591.111.05
Влияние искусственной гипотермии на степень окислительной модификации белков плазмы крови сусликов
М.Д. Дубровская, Н.К. Кличханов, Ж.Г. Исмаилова
Процессы метаболизма в тканях сопровождаются образованием активных форм кислорода (АФК). АФК вызывают окислительную модификацию белков: липидов, углеводов и нуклеиновых кислот. Окислительная модификация белков, в отличие от других биомолекул, характеризуется наличием множественных путей, что обусловлено разнообразием аминокислотного строения белков. Общим для всех белков является образование в результате воздействия АФК карбонилпроизводных, которые считаются маркерами окислительной модификации белков [6].
Зимняя спячка млекопитающих эволюционно выработанный механизм, позволяющий переживать неблагоприятные условия среды. Она характеризуется наличием разнообразных механизмов адаптации. Одним из этих механизмов выступает мощная антиоксидантная система, участвующая в регуляции уровня АФК в тканях в течение всей спячки [7]. Необходимость в эффективной антиоксидантной системе при этом связана с тем, что глубокие изменения в токе крови и потреблении кислорода, происходящие во время входа в оцепенение и пробуждения в каждом бауте, могут создавать условия, похожие на ишемию; с последующей реперфузией, сопровождающиеся выработкой АФК. Тоен с сотрудниками [10] обнаружили повышение содержания АФК в тканях во время пробуждения сусликов. В то же время неизвестно как изменяется интенсивность свободнорадикальных процессов при погружении животных в оцепенение, а также при их искусственной гипотермии.
Целью настоящей работы явилось выяснение зависимости интенсивности окислительной модификации белков плазмы крови от температуры тела б ходе искусственной гипотермии летних бодрствующих сусликов.
Материалы и методы исследозания. Опыты проведены на малых кавказских сусликах Citeltus pygmaeus Pallas, Гипотермию вызывали наружным охлаждением. Температуру тела снижали в течение часа до 20 °С и в течение двух часов до 10 °С. Контролем служили активные летом животные. Интенсивность окислительной модификации белков оценивали по реакции с 2-, 4-динитрофенилгидразином [8]. Содержание белка в плазме крови определяли по методу Лоури. Содержание среднемолеку-лярных пептидов (СМИ) определяли во фракции плазмы крови, растворимой в хлорной кислоте [5].
Полученные результаты и их обсуждение. Как видно из таблицы, по мере снижения температуры тела уменьшается концентрация белка в плазме крови. Снижение содержания белка в плазме крови при гипотермии обнаружено и у незимоспящих животных [3], что связывают с выходом части белков, особенно мелкодисперсных, из сосудистого русла. Вместе с белками из русла крови уходит вода, что ведёт к гемокон-центрации и повышению вязкости крови. Вместе с тем при одной и той же температуре вязкость крови зимоспящих животных (суслики) намного ниже, чем у незимоспящих животных (крысы) [9].
Частично снижение уровня плазменных белков при гипотермии может быть связано с ускорением их протеолиза. Одним из продуктов протеолиза белков являются СМП, поэтому об интенсивности протеолитических процессов в крови мы судили по их содержанию в плазме. Оказалось, что при гипотермии 20 °С содержание СМП в плазме крови возрастает на 32,4 % по отношению к контролю. При глубокой гипотермии содержание СМП в плазме крови снижается по отношению к предыдущему уровню гипотермии, но остаётся несколько выше контроля. Таким образом, гипотермия способствует протеолизу белков и накоплению в плазме крови СМП. СМП являются биологиче-
БИОЛОГИЯ М.Д. Дубровская: Н.К. Кличханов, Ж.Г. Исмаилова. Влияние искусственной гипотермии на степень окислительной модификации белков плазмы крови сусликов
ски активными соединениями. Они нарушают Ыа-К-баланс эритроцитов, изменяя проницаемость мембран и мембранный транспорт, нарушают тканевое дыхание, микроциркуляцию и лимфодинамику. Различные компоненты СМП участвуют в регуляции уровня свободнорадикальных процессов в тканях [1]. Эти и другие данные свидетельствуют о том, что СМП обладают высокой функциональной активностью и при соответствующих условиях могут выступать в роли активных токсических факторов.
Содержание белка и среднемолекулярных пептидов в плазме крови, а также карбонильных групп в белках плазмы крови сусликов при искусственной гипотермии (М ± т: п = 4 - 6)
Таблица
Состояние Содержание ¡Содержание 'Содержание карбонильных групп в бел-| животного 'белка, г/л !среднемоле- !ках: нмоль/мг белка I
|кулярных пеп-|Цсходный уровень ¡Через 15 мин. инку-1 ¡тидов, г/л |бации in vitro i
: I
Контроль
97,5+3,03
0,812+0,070
¡Гипотермия 20 сС
93,7±3,3 i 1,07510,140 !
Гипотермия 10 °С
92,4±2,7 р<0.01
0.883±0,085
2,76±0,19
2.29±0,12 р<0,05
3;50±0:22 р<0,05
48,76±1,45 |
"4041±1"~95
р>0,01 i
40,80±3.04 |
р<0.02 _ !
Важнейшей причиной ускоренного протеолиза белков считается их окислительная модификация, поскольку такие белки легче и быстрее атакуются протеиназами [2]. 3 связи с этим была исследована интенсивность окислительной модификации белков плазмы крови. Как видно из таблицы, уровень карбонильных групп в плазменных белках при гипотермии 20 °С достоверно ниже, чем в контроле. Однако при гипотермии 10 °С содержание карбонильных групп в белках возрастает на 26,8 % по отношению к контролю. В условиях in vitro в пробах, инкубируемых в присутствии оксидантов при гипотермических состояниях карбонильные группы в белках накапливаются в меньшей степени, чем в контроле. Меньшая окисляемость плазменных белков при гипотермии может быть связана с: 1) уходом из сосудистого русла части белков с легко окисляемыми аминокислотными остатками; 2) частичным протеолизом таких белков по мере снижения температуры тела; 3) изменением конформации белков, в результате которого снижается доступ АФК к аминокислотным радикалам.
Одним из источников АФК в крови являются эндотелиальные клетки, продуцирующие супероксид, пероксид и пероксинитрит. которые частично попадают в кровоток [4]. Однако усиленная продукция АФК эндотелиоцитами наблюдается при вазодилята-ции, но не вазоконстрикции, характерной для состояния гипотермии. Другим источником АФК в крови являются металлы переменной валентности (Fe, Си). Нами показано, что при глубокой гипотермии наблюдается усиление внутри со суд и сто го гемолиза эритроцитов [3]. В результате этого в плазме крови возрастает содержание гемового и негемового железа. Свободное железо и железо в составе гема стимулирует образование АФК. Возможно, что некоторая стимуляция окислительной модификации белков, обнаруженная при гипотермии 10 °С. отражает этот процесс.
Литература
1. Владыка A.C., Левицкий Э.Р., Поддубный Л.П., Габриэлян ИМ, «Средние молекулы» и проблема эндогенной интоксикации при критических состояниях различной этиологии Н Анестез. и реаним. 1987. № 2. - С. 37-42.
БИОЛОГИЯ М.Д- Дубровская. H К. Кличханов. Ж.Г. Исмаилова. Влияние искусственной гипотермии на степень окислительной модификации белков плазмы крови сусликов
2. Дубинина Е.Е. Некоторые особенности функционирования ферментативной антиокси-дантной защиты плазмы крови человека // Биохимия. 1993. Т. 58. Вып. 2. - С. 263-279.
3. Кличханов Н.К. Метаболические и структурно-функциональные изменения в плазме крови и эритроцитах при гипотермии // Научная мысль Кавказа. Приложение. Спецвыпуск. -2001. -С. 38-50.
4. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К., Сафина А.Ф. Механизмы развития окислительного стресса при ишемическом и реперфузионном повреждении миокарда // Успехи совр. биологии. 1997. Т. 117. Вып. 3. -С. 363-371.
5. Осипович В.К., Туликова З.А., Маркелов Н И. Сравнительная оценка экспресс-методов определения средних молекул//Лаб. дело. 1987. № 3. - С. 221-223.
6. Dalle-Donne !., Ross R., Guistarini D., Milzani A., Colombo R. Protein carbonyl groups as biomarkers of oxidative stress // Clinica Chimica Acta. 2003. V. 329. - P. 23-38.
7. Drew K.L., Rice E.M., Kunn В.T., Smith A.M. Neuroprotective adaptation in hibernation: therapeutic implications for ischemia-preperfusion, traumatic brain injury and neurodegenerative disease II Free radical biology and medicine. 2001. V. 31. N. 5. - P. 563-573.
8. Levine R.L.. Garlana D., Oliver C.N., Amici A., Climent I., Lenz A.-Z., Ahn R.-W., Shaltiel S.: Stadman E. Determination of carbonyl content in oxidatively modified proteins // Methods in Enzym. 1990. V. 186. - P. 464-478.
9. Maclean G.S. Blood viscosity of two mammalian hibernators: spermophilus tridecemlineatus and tamias striatus // Physiol. Zool. 1981. V. 54. N. 1. - P 122-131.
10. Toien O., Drew K.L., Chao M.L., Rice M.E. Ascorbate dynamics and oxygen consumption during arousal from hibernation in Arctic ground squirrels // J. Physiol. Regulatory Integrative Сотр. Physiol. 2001. V. 281. - P. 572-583
