ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 43, № 5, с. 621-628
УДК 594.124:577.15(262.5)
АНТИОКСИДАНТНЫЙ ФЕРМЕНТНЫЙ КОМПЛЕКС ТКАНЕЙ ДВУСТВОРЧАТОГО МОЛЛЮСКА Mytilus galloprovincialis Lam. В НОРМЕ И УСЛОВИЯХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА (ОБЗОР)
© 2007 г. А. А. Солдатов, О. Л. Гостшхина, И. В. Головина
Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского НАН Украины Севастополь 99011, Крым, Украина e-mail: alekcsoldatov@yandex.ru Поступила в редакцию 30.10.2006 г.
Обобщены результаты исследований тканевой специфики антиоксидантного (АО) ферментного комплекса двустворчатого моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. Показано, что наибольшую окислительную нагрузку испытывают жабры. АО комплекс этой ткани в большей степени зависит от условий среды, чем от состояния моллюска, что позволяет использовать её для целей экодиагности-ки. Отмечено, что снижение содержания каротиноидов в тканях подавляет активности ключевых ферментов антирадикальной защиты супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы (КАТ) и сопровождается падением ресурса восстановленного глутатиона (rSH). Изучено состояние АО комплекса тканей моллюска в условиях естественного (нерест) и искусственного (действие катионного ПАВ) окислительного стресса.
Двустворчатые моллюски (ВгуаЫа) относятся к уникальной группе организмов-фильтраторов. Перемещая значительные количества воды через мантийную полость, они способны аккумулировать в тканях разнообразные ксенобиотики в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые величины [1-3]. В этой связи состояние окислительного стресса для них является скорее нормой, чем исключением. Уровень активных продуктов тиобарбитуровой кислоты (ТБК-АП), диеновых конъюгатов в их тканях существенно превышает значения, известные для других систематических групп организмов [4]. Это определяет интерес исследователей к состоянию АО комплекса данных животных, позволяющему сохранять функциональную полноценность клеточных структур в условиях регулярных повышенных окислительных нагрузок.
Сравнительные исследования показали, что ткани двустворчатых моллюсков имеют высокий уровень каротиноидных пигментов [5-7]. Эта группа соединений является одной из самых эффективных "ловушек" синглетного кислорода (Ю2), в 35-540 раз превосходящая связывающую способность а-токоферола [8]. Данное качество дополняет высоко эффективный АО ферментатив-
1 Сокращения: АО - антиоксидантный; ТБК-АП - активные продукты тиобарбитуровой кислоты; СОД - супероксиддис-мутаза; КАТ - каталаза; ПЕР - пероксидаза; Г8Ы - восстановленный глутатион; ГSSГ - окисленный глутатион; ГП -глутатионпероксидаза; ГТ - глутатионтрансфераза; ГР -глутатионредуктаза; ГПС - глутатионпероксидазная система; ПОЛ - перекисное окисление липидов; ТДТМА - тетра-децилтриметиламмоний бромид.
ный комплекс. Ресурсы TSH и активности сопряженных с ним ферментов: глутатионредуктазы (ГР), глутатионпероксидазы (ГП) и глутатионтрансфе-разы (ГТ) многократно превышают значения, определяемые для наземных позвоночных [9-15]. Аналогичные результаты получены и в отношении активностей КАТ и СОД [9, 13, 14, 16].
Двустворчатые моллюски являются общепризнанными организмами-биомониторами [17-19]. Они активно используются в диагностике состояния водной среды, особенно представители рода Mytilus [2, 20]. Считается, что контроль за состоянием АО комплекса животных позволяет косвенно судить о качестве морских акваторий [21, 22]. Однако выбор критериев оценки не всегда совпадает. Во многих работах приоритет отдается изучению интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ) [4, 23, 24]. Ряд исследований строится на анализе состояния глутатионпероксидазной системы (ГПС)[10, 11], активностей КАТ и СОД [25]. Необходимо также отметить, что авторы обычно не учитывают естественную динамику активности АО ферментов, которая тесно коррелирует с состоянием животных, абиотическими условиями среды и не всегда адекватна величине антропогенной нагрузки.
В настоящей работе представлены результаты многолетних исследований АО ферментного комплекса тканей одного из массовых видов двустворчатых моллюсков Mytilus galloprovincialis Lam., рассмотрено его состояние в норме, условиях естественного и искусственного окислительного стресса, что позволяет определить ряд новых подходов
Таблица 1. Тканевая специфика антиоксидантного комплекса тканей Mytilus galloprovincialis Lam. [12-15]
Ткань ТБК-АП, мкмоль МДА/мг белка rSH, мкг/г ткани ГП, ммоль rSSr/мин мг белка ГР, ммоль НАДФН/мин мг белка ПЕР, ммоль Н2О2/мин мг белка КАТ, ммоль Н2О2/мин мг белка СОД, ммоль НАДН/мин мг белка
Жабры Гепатопанкреас Нога 1446.3 ± 133.9 883.1 ± 59.0 883.1 ± 59.0 154.8 ± 17.6 384.8 ± 55.0 190.1 ± 50.7 40.2 ± 3.9 39.3 ± 4.3 30.5 ± 5.3 115.4 ± 11.3 82.9 ± 7.5 40.5 ± 4.4 276.7 ± 52.3 452.0 ± 50.0 78.2 ± 9.9 1312.9 ± 227.9 4022.1 ± 258.8 405.0 ± 42.7 2038.9 ± 221.5 1142.3 ± 154.6 8634.1 ± 1003.8
Примечание: Содержание ТБК-АП определяли по реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой с образованием триметинового комплекса [26]; содержание ^Н оценивали по реакции с аллоксановым реактивом [27]; активность ГП определяли по накоплению окисленного глутатиона ГSSГ [28]; активность ГР - по убыли НАДФН [28]; активность ПЕР - по снижению концентрации Н2О2 [29]; активность КАТ - по реакции Н2О2 с молибдатом аммония с образованием желтоокрашенного комплекса [30]; активность СОД - по степени ингибирования восстановления нитросинего тетразолия в присутствии НАДН и феназинметасульфата [28]; содержание белка оценивали по Лоури [31].
в диагностике состояния морской среды на основе АО ферментной системы.
ТКАНЕВАЯ СПЕЦИФИКА АО СИСТЕМЫ
Mytilus galloprovincialis Lam.
Антиоксидантный комплекс двустворчатого моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. имел выраженную тканевую специфику [12, 14]. Исследовали три основные ткани животного: жабры, ге-патопанкреас и ногу. Результаты представлены в табл. 1.
Жабры. Уровень окислительных процессов в этой ткани был максимальным, о чем свидетельствует самое высокое содержание ТБК-АП. В сравнении с гепатопанкреасом и ногой различия составляли соответственно 1.6 (p < 0.01) и 2.2 (p < < 0.001) раза. Окислительная нагрузка компенсировалась в основном со стороны глутатионперок-сидазной системы. Об этом свидетельствовали максимальные активности ГР и ГП, которые наблюдались на фоне минимального содержания rSH в ткани. Такое соотношение процессов свидетельствует об активном использовании ресурса rSH в метаболических реакциях. Роль остальных ферментов (СОД, КАТ и пероксидазы (ПЕР)) в АО комплексе жабр, по-видимому, была менее значима. Их активности были в 1.6 (p < 0.05), 3-4 (p < 0.001) раза ниже величин, зарегистрированных для гепатопанкреаса и ноги.
Жабры - орган, находящийся в вентилируемой мантийной полости моллюска и непосредственно взаимодействующий с морской средой. Высокий уровень ТБК-АП в них может быть обусловлен структурно-функциональными особенностями организации их тканевых структур. Известно, что толщина жаберного эпителия незначительна [32]. Это является необходимым условием для полноценного газообмена между гемолимфой и мантийной жидкостью. Отсутствие защитных структур в эпителии жабр и объясняет наличие значительной
окислительной нагрузки, которую может испытывать ее ткань при взаимодействии с токсическими соединениями морской среды.
Гепатопанкреас. Отличительной особенностью АО комплекса данного органа являются высокие активности КАТ и ПЕР (табл. 1). Они в 2-3 раза (p < 0.05-0.01) превышали значения, отмеченные для жабр, и в 6-10 раз (p < 0.001) - для ноги моллюска. Участие глутатионпероксидазного комплекса в нейтрализации окислительной нагрузки, по-видимому, не имело существенного значения. Об этом свидетельствовал высокий уровень TSH в данной ткани при сравнительно низких активностях ГР и ГП.
В сравнении с ГП, КАТ обладает низким сродством к пероксиду водорода, то есть нейтрализует только высокие концентрации Н2О2 в ткани [33]. Высокая активность КАТ, зарегистрированная в гепатопанкреасе, свидетельствует о том, что среди активных форм кислорода значительные концентрации приходятся на Н2О2. КАТ обычно функционирует в связке с СОД, нейтрализующей
02- [34]. Низкая активность СОД, отмеченная в настоящей работе для данного органа, позволяет говорить о том, что реакция дисмутации не определяет высокие значения активности КАТ (табл. 1). ПЕР является ферментом, родственным КАТ, и принимает участие в сходных с ней процессах
[35], однако уступает КАТ в скорости ферментативной реакции. Наряду с Н2О2, она осуществляет инактивацию и других перекисных соединений
[36]. Сочетание свойств КАТ и ПЕР позволяет включаться им в каскад АО реакций на разных этапах развития свободнорадикальных процессов, особенно в условиях лавинообразного нарастания Н2О2. Это обеспечивает сдерживание роста ПОЛ и защиту клеточных структур от окислительного повреждения. Уровень ТБК-АП в гепатопанкреасе мидий, действительно, был в 1.6 раза ниже (p < 0.01), чем в жабрах (табл. 1). Отмечен-
ная выше особенность организации АО комплекса гепатопанкреаса моллюска, по-видимому, определяется функциональным предназначением этого органа.
Гепатопанкреас у моллюсков сочетает в себе свойства печени и поджелудочной железы [37]. Принимая участие в пищеварении, он также нейтрализует значительное количество токсических соединений, поступающих в организм с пищевыми массами. Это могут быть соединения как антропогенной, так и естественной природы. Известно, что значительную долю в питании двустворок составляет детрит, представляющий собой мертвое органическое вещество преимущественно растительного происхождения, уровень окислительных процессов в котором повышен [38].
Нога. АО комплекс ноги моллюска отличался крайне высокой активность СОД (табл. 1). В сравнении с жабрами и гепатопанкреасом различия составляли соответственно 4.2 и 7.6 раза (р < 0.001). При этом активности КАТ, ПЕР, ГР, ГП, уровень ТБК-АП были минимальны, что свидетельствует о низком уровне окислительных процессов в данной ткани. Столь высокая активность СОД, очевидно, обусловлена функциональной спецификой данного органа. Моллюс
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.