ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2007, том 47, № 1, с. 101-106
УДК 597.55.577.151.42
АКТИВНОСТЬ ЦИТОХРОМА Р-450 У СИГА COREGONUS LAVARETUS И ЩУКИ ESOX LUCIUS ИЗ ВОДОЕМОВ СУБАРКТИКИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СТОЧНЫХ ВОД ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© 2007 г. Д. Н. Морозов*, Р. У. Высоцкая*, Н. Н. Немова*, Н. А. Кашулин**
* Институт биологии Карельского научного центра РАН, Петрозаводск ** Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН, Апатиты
* E-mail: daimon1004@yandex.ru Поступила в редакцию 07.09.2006 г.
Показано, что реакция гидроксилазной активности цитохрома Р-450 из микросом печени рыб на загрязнение среды обитания зависит от видовой принадлежности и характера загрязнений. Различия в активности фермента у сига Coregonus lavaretus и щуки Esox lucius обусловлены особенностями экологии и разной чувствительностью видов к промышленным стокам. Сиги реагировали на загрязнение снижением активности цитохрома Р-450. У щук активность фермента под воздействием техногенных вод повышалась. Самцы обоих видов были менее устойчивы к указанным поллютантам, чем самки. Полученные результаты позволяют рекомендовать определение активности цитохрома Р-450 в качестве индикатора степени загрязненности водной среды промышленными отходами, в том числе содержащими тяжелые металлы.
Антропогенное загрязнение природных вод тяжелыми металлами приобретает масштабы глобальной проблемы, наиболее ярко проявляющейся в высокоширотных регионах. Это связано, с одной стороны, с особенностями переносов загрязняющих веществ воздушными массами в северном полушарии, а с другой - с деятельностью местных источников загрязнения. Долговременное развитие горно-перерабатывающего промышленного комплекса северо-западных регионов России привело к значительному ухудшению качества природных вод, что не могло не сказаться на состоянии гидробионтов, включая ценные промысловые виды рыб (Кашулин и др., 1999, 2005). При этом наибольшую опасность представляют тяжелые металлы, в значительных количествах попадающие в воду вместе со стоками горнодобывающей и металлургической промышленности, а также в результате процессов глобального загрязнения (Лукьяненко, 1987; Моисеенко, Кудрявцева, 1995; Лукин и др., 1998). В условиях обострения экологической ситуации для раскрытия механизмов наблюдаемых деградационных изменений в организмах и популяциях рыб возникает необходимость в изучении действия загрязняющих веществ на защитные системы организма, выполняющие барьерную функцию на клеточном уровне (Мишин, Ляхович, 1985). В частности, было показано, что поллютанты могут оказывать воздействие на микросомаль-ные ферменты, ответственные за адаптацию и резистентность живых организмов. Микросо-
мальные монооксигеназы эволюционно возникли для метаболизма эндобиотиков, затем стали осуществлять превращение и ксенобиотиков органической и неорганической природы (Саприн, 1991; Исидоров, 1997; Кулинский, 1999). Как правило, изучая влияние поллютантов на гидробионтов, мы имеем дело с комплексным загрязнением: это могут быть и вышеупомянутые тяжелые металлы, и различные органические соединения.
Рыбы часто являются конечными звеньями трофических цепей в водной среде и отражают происходящие в ней изменения на всех предыдущих уровнях, поэтому они успешно используются в качестве тест-объектов при изучении водных экосистем (Кашулин и др., 1999; Немова, Высоцкая, 2004).
Важнейший компонент системы биотрансформации ксенобиотиков - микросомальная мо-нооксигеназная система, главную роль в которой играет цитохром Р-450 (Арчаков, 1975; РасШа, Fracchia, 1995). Функция данного комплекса состоит в образовании гидрофильных функциональных групп в молекуле, что изменяет свойства токсических веществ. Цитохром Р-450 является индуцибельным ферментом и часто используется при биотестировании воздействий химических веществ на живые организмы (Гуляева и др., 1994; Дудкин, Корниенко, 2005).
Целью настоящей работы было изучение размерно-весовых характеристик и гидроксилазной активности цитохрома Р-450 у рыб, обитающих в
водоемах Мурманской области с разным уровнем техногенного загрязнения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Район исследований и характеристика загрязнения. Исследования проводили в 4 водоемах Мурманской области, испытывающих неодинаковую антропогенную нагрузку. Это оз. Ковдор и водохранилище Нижняя Пиренга, принадлежащие озерно-речной системе р. Ковдора-р. Ена-р. Пиренга-р. Нива (бассейн Белого моря), а также оз. Куэтсиярви и водохранилище Раякоски, входящие в систему р. Пасвик (бассейн Баренцева моря). При этом озера Ковдор и Куэтсиярви испытывают мощное загрязнение сточными водами соответственно Ковдорского горно-обогатительного комбината (АО "Еврохим") и плавильных цехов комбината "Печенганикель" (Кольская горнометаллургическая компания, АО "Норильский никель"), а также коммунально-бытовыми стоками расположенных на их берегах населенных пунктов - г. Ковдор и пос. Никель. Водохранилища Н. Пиренга и Раякоски были выбраны в каче-
стве "условно чистых". Ковдорский ГОК занимается добычей и обогащением комплексных железных и апатит-баделитовых руд. В пос. Никель расположены плавильные цеха одного из крупнейших в Европе медно-никелевого комбината. Многолетняя деятельность этих предприятий привела к значительным изменениям гидрохимического состава исследованных озер. За счет сброса высокоминерализованных стоков в водоемах-приемниках качество вод претерпело существенное изменение (табл. 1). Увеличилась как общая минерализация (за счет увеличения содержания основных ионов), так и содержание токсичных микроэлементов, концентрации которых порой превышают ПДКрыбхоз.
Объекты и методы исследований. Для анализа в осенне-летний период отлавливали сигов Соге-gonus lavaretus с гонадами III стадии зрелости и щук Esox 1иси с гонадами П-Ш стадии.
Гидроксилазную активность цитохрома Р-450 определяли в микросомах печени у самок и самцов сига из 3 озер: Нижняя Пиренга, принятого за условно чистый водоем; Ковдор, загрязняемого стоками горно-обогатительного комбината
Таблица 1. Некоторые гидрохимические параметры исследованных водоемов (среднегодовые значения, в скобках - диапазон изменений)
Параметры
Водоемы
оз. Ковдор вдхр. Н. Пиренга оз. Куэтсиярви вдхр. Раякоски
рН 7.98 (7.58-8.68) 7.01 (6.66-7.23) 7.09 (6.72-7.30) 7.04 (6.89-7.18)
Cond20, мкС/см 315.63 (270-389) 33.65 (18-41) 109.77 (100-137) 26.95 (26-28)
Щелочность, мкэкв/л 1302 (1109-1786) 215 (117-346) 301 (250-359) 176 (168-184)
НС03, мг/л 79.5 (67.7-109) 13.1 (7.1-21.1) 18.4 (15.3-20.9) 10.7 (10.3-11.2)
SO4, мг/л 87.7 (76.6-105) 3.9 (1.6-5.4) 30.2 (26-40.3) 2.4 (2.37-2.59)
С1, мг/л 4.4 (3.3-6) 1.0 (0.6-1.1) 3.9 (3.5-4.8) 0.9 (0.83-1.14)
КН4, мкг/л 31 (3-131) 18 (1-104) 33 (3-71) 11 (3-30)
N0^ мкг/л 1217 (623-2300) 43 (2-270) 64 (1-320) 15 (5-25)
N мкг/л 1442(809-2500) 141 (35-460) 244 (134-390) 164 (126-235)
Р04, мкг/л 166 (90-320) 0.2 (0-1) 6.2 (1-26) 1.2 (1-2)
Р фильтр, мкг/л 170 (91-330) 2 (2-5) 7(2-25) 2 (1-4)
Р н/фильтр, мкг/л 222 (145-375) 7 (5-13) 22 (11-60) 4 (4-5)
Si, мг/л 4.7 (3.9-5.8) 2.8 (2-6.93) 1.9 (1.3-3.0) 2.0 (2.01-2.07)
А1, мкг/л 69.7 (11-200) 47.0 (18-153) 25.7 (12.6-63) 14.7 (9.4-20.5)
Fe, мкг/л 100 (40-220) 73 (36-246) 79 (23-350) 42 (37-46)
Си, мкг/л 1.4 (0.6-2.9) 0.7 (0.4-2) 7.6 (5.4-10.9) 1.8 (0.4-4.3)
№, мкг/л 2.2 (0.3-7) 1.6 (0.4-6.3) 112 (77-182) 1.6 (0.8-2.5)
Со, мкг/л 0.9 (0.2-1.6) 0.2 (0.2-0.2) 0.4 (0.1-1.9) 0.2 (0.2-0.2)
Zn, мкг/л 1.8 (0.9-2.7) 1.4 (0.4-3.9) 5.1 (1.8-23) 2.1 (0.5-4.9)
Мп, мкг/л 42.9 (5.1-200) 6.2 (1.6-23) 39.6 (3.6-238) 3.9 (2.4-5.2)
Sr, мкг/л 1242 (795-1528) 44 (20-64) 72.9 (47-94) 18.7 (17.6-20)
Cd, мкг/л 0.2 (0.01-0.68) 0.1 (0.01-0.15) 0.1 (0.05-0.22) 0.1 (0.06-0.26)
Таблица 2. Размерно-весовые характеристики (М ± т, п = 10-12) сига Coregonus ^агеШ из водоемов с разным уровнем техногенного загрязнения
Озеро Пол Масса, г Длина (АС), см
Нижняя Пиренга самки 259.00 ± 19.78 28.40 ± 0.76
самцы 268.14 ± 12.42 28.90 ± 0.35
Ковдор самки 93.88 ± 3.05 20.15 ± 0.13
самцы 113.50 ± 32.18 20.63 ± 1.01
Куэтсиярви самки 101.2 ± 8.3 20.7 ± 0.6
самцы 103.4 ± 11.5 21.2 ± 0.6
Таблица 3. Размерно-весовые характеристики (М ± т, п = 12) щуки Esox 1иси из водоемов с разным уровнем техногенного загрязнения
Озеро Пол Масса, г Длина (АС), см
Раякоски самки 337.67 ± 31.99 37.00 ± 1.27
самцы 258.50 ± 51.05 32.15 ± 2.11
Куэтсиярви самки 448.00 ± 142.61 27.40 ± 1.10
самцы 339.67 ± 60.86 33.83 ± 2.89
(г. Ковдор); Куэтсиярви, в которое попадают стоки комбината ГМК "Норильский Никель" (пос. Никель). Одновременно исследовали активность этого фермента в микросомах печени щуки из оз. Раякоски ("чистая зона") и оз. Куэтсиярви. Во всех случаях было проведено сравнение размерно-весовых характеристик исследованных рыб.
Для исследований отбирали живую, только что выловленную рыбу. Печень, взятую от исследуемых рыб, замораживали в жидком азоте, транспортировали в лабораторию и хранили до анализа при температуре -20°С. Замороженный материал гомогенизировали в изотоническом КС1/№, К-фосфатном буфере (рН = 7.4), гомоге-нат осветляли центрифугированием. В суперна-танте определяли активность микросомального цитохрома Р-450 по методу, описанному в работе Мазела (Maze1, 1972). Реакционная смесь для выявления гидроксилазной активности фермента содержала: 0.5 мМ NADPH, 25 мМ Mga2, 10 мМ глюкозо-6-фосфата, 50 мМ никотинамида и 5 мМ анилина в качестве субстрата. Пробы инкубировали в течение 30 мин при температуре 37°С. Реакцию останавливали добавлением в пробу 20%-ной трихлоруксусной кислоты с последующим центрифугированием в течение 15 мин при 12000 об./мин. В надосадочную жидкость добавляли реагенты для окрашивания продукта реакции - п-аминофенола, и через 30 мин измеряли оптическую плотность раствора при 640 нм против контрольной пробы. Активность фермента выражали в мкг пара-аминофенола на 1 г сырой массы ткани в минуту.
Статистическую обработку результатов проводили общепринятыми методами (Кокунин, 1975). Достоверность различий между сравниваемыми группами оценивали по непараметрическому критерию и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.