БИОЛОГИЯМОРЯ, 2013, том 39, № 2, с. 136-143
УДК 591.1.05+592/595 СРАВНИТЕЛЬНАЯБИОХИМИЯ
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ФОСФОЛИПИДОВ КАК КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ СПОСОБНОСТИ РЫБ К ТЕРМОАДАПТАЦИИ1
© 2013 г. Э. Я. Костецкий, П. В. Веланский, Н. М. Санина
Дальневосточный федералъныйуниеерситет, Владивосток 690091 e-mail: kostetsky@nt.pin.dvgu.ru
Статья принята к печати 22.11.2012 г.
Исследованы фазовые переходы кристалл - жидкий кристалл главных фосфолипидов (ФЛ) фосфатидил-холина (ФХ) и фосфатидилэтаноламина (ФЭ), выделенных из мышечной ткани рыб, обитающих при температуре 0—4.1°С (тихоокеанская треска Gadus macrocephalus, получешуйник Гильберта Hemilepidotus gilberti, бело-корый палтус Hippoglossus hippoglossus, шлемоносец Герценштейна Gymnocanthus herzensteini, темная камбала Pleuronectes obscurus, керчак-яок Myoxocephalusjaok), а также при температуре 14 и 18°С (мелкочешуйная красноперка Tribolodon brandti). Установлено, что профили термограмм фазовых переходов ФХ и ФЭ у всех видов рыб имеют специфические особенности. Наибольшая доля площадей термограмм, располагающихся при температурах выше среды обитания, характерна для ФХ (28-40%) и ФЭ (47-82%) шлемоносца, камбалы и керчака, физиологическая активность которых при низких температурах понижена. У трески, получешуйника, палтуса и красноперки этот параметр заметно ниже - 0-18% (ФХ) и 0-39% (ФЭ). У всех рыб, кроме трески и керчака, отмечена симбат-ность в термотропном поведении ФХ и ФЭ. Энтальпия перехода ФХ у всех исследованных видов в2.8 раза выше, чем ФЭ. При интерпретации различных профилей термограмм ФХ и ФЭ рыб с близким составом жирных кислот наиболее информативными оказались данные по составу молекулярных видов этих ФЛ. Показано, что у каждого вида рыб имеется термоадаптационная стратегия, реализующаяся в определенном наборе молекулярных видов.
Ключевые слова: фосфолипиды, жирные кислоты, молекулярные виды фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, морские рыбы, термоадаптация, фазовые переходы кристалл - жидкий кристалл.
Phase transitions of phospholipids as a criterion for assessing the capacity for thermal adaptation in fish.
E. Ya. Kostetsky, P. V. Velansky, N.M.Sanina (Far Eastern Federal University, Vladivostok 690091)
This study examines the crystal-liquid crystal phase transitions of the major phospholipids (PL), phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE), from muscle tissue of marine fish living at a temperature of 0-4.1°C (Pacific cod Gadus macrocephalus, banded Irish lord Hemilepidotus gilberti, Atlantic halibut Hippoglossus hippoglossus, black edged sculpin Gymnocanthus herzensteini, dark colored flounder Pleuronectes obscurus, and plain sculpin Myoxocephalus jaok), as well as offish living at 14 and 18°C (Far-eastern dace Tribolodon brandti). The PC and PE phase transition thermograms of all investigated species displayed specific profiles. The largest share of the thermogram area at temperatures higher than those of habitat was found for PC (28-40%) and PE (47-82%) of black edged sculpin, dark colored flounder, and plain sculpin, which are characterized by reduced physiological activity at low temperatures. In Pacific cod, banded Irish lord, halibut, and Far-eastern dace, this parameter was much lower, 0-18% (PC) and 0-39% (PE). The thermotropic behavior of PC and PE was symbathic in all fish, except cod and plain sculpin. The transition enthalpy of PC in all investigated species was 2.8 times higher than that of PE. To interprete the varied PC and PE thermogram profiles offish with similar fatty acid composition, the data on the composition of molecular species ofthese PL appeared to be most informative. This study suggests that each fish species has its own strategy of thermal adaptation, which is realized through a certain set ofPL molecular species. (Biologiya Morya, 2013, vol. 39, no. 2, pp. 136-143).
Keywords: phospholipids, fatty acids, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, molecular species, marine fish, thermal adaptation, crystal-liquid crystal phase transitions.
В связи с изменением температурного режима в морях и океанах возникает вопрос, каковы потенциальные возможности адаптации рыб к новым условиям среды обитания. Рыбы относятся к группе пойкилотермных организмов, липидный состав которых приспосабливается к изменению температуры окружающей среды (Огасеу й а1., 2004).
В основе термоадаптации рыб лежат компенсаторные приспособления вязкости биологических мембран (гомеовязкостная адаптация), направленные на поддер-
жание оптимального для функционирования мембран жидкокристаллического состояния их липидного ма-трикса (Dey et al., 1993). От эффективности гомеовяз-костной адаптации зависит выживание организма при изменении температурного режима окружающей среды. Основное внимание в исследованиях по выживанию рыб уделено изучению роли липидов мембран, которые первыми реагируют на такие изменения (Zehmer, Hazel, 2004; Welsh et al., 2006). Адаптационная перестройка состава липидов мембран включает изменения в соотно-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования (№ 11.G34.31.0010), ГК № П340 Гос. задания Мин. обр. наукиРФ N4.583.2011.
шении полярных групп, остатков жирных кислот (ЖК) фосфолипидов (ФЛ) и количества холестерина (ХЛ) (Hazel, Williams, 1990). К настоящему времени накоплен значительный объем данных по термоадаптационным механизмам, затрагивающим перестройку липидного матрикса клеточных мембран пойкилотермных организмов, в том числе рыб (Ventrella et al., 1993; Sanina, Kostetsky, 2002; Zehmer, Hazel, 2004; Moya-Falcôn et al., 2006; Welsh et al., 2006; Kakela et al., 2008; Sanma et al., 2008; Веланский, Костецкий, 2009; Grim et al., 2010). Известно, что характер взаимосвязи между термоадаптационными изменениями в составе ЖК и в термотроп-ном поведении липидов мембран определяется, в первую очередь, таксономическим положением организма и зависит от класса липида. Поэтому для установления закономерностей такого сложного процесса, как термоадаптация липидного матрикса, необходимы дальнейшие исследования. Морские рыбы обладают ограниченной способностью к синтезу полиненасыщенных ЖК, играющих важную роль в поддержании вязкости клеточных мембран (Ghioni et al., 1999). Чтобы выявить потенциальные возможности адаптации разных видов рыб, необходимо выяснить, какую роль играют остатки ЖК в термотропном поведении липидов их мембран. Цель настоящей работы - исследование фазовых переходов кристалл - жидкий кристалл главных фосфолипидов фос-фатидилхолина (ФХ) и фосфатидилэтаноламина (ФЭ), полученных из мышечной ткани семи видов морских рыб, обитающих при разных температурах, и определение роли ЖК этих ФЛ в процессах термоадаптации.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объектом исследования послужили 7 видов морских рыб, обитающих в разных температурных условиях (табл. 1). Температуру воды на глубине регистрировали с помощью глубоководного зонда и батометра. Для анализа отбирали
не менее трех рыб каждого вида, мышечные ткани которых объединяли. Сразу после вылова рыб их ткани измельчали и фиксировали в смеси хлороформ-метанол в соотношении 2 : 1, по объему. Из свежей мышечной ткани по методу Блайя и Дайера (Bligh, Dyer, 1959) получали липидный экстракт, который стабилизировали антиоксидантом (0.1-0.05% 2,6-ди-трет-бутил-н-крезола). Содержание ФЛ определяли при помощи молибдатного реагента (Vaskovsky et al., 1975), ХЛ - реакции Либермана-Бурхарда (Кучеренко, Васильев, 1985). ФХ и ФЭ выделяли методом одномерной тонкослойной хроматографии (ТСХ) на силикагеле в системе хлороформ-метанол-вода (65 : 25 : 4, по объему). Содержание ФЛ и ХЛ рассчитывали по результатам трех повторных анализов.
ЖК анализировали в виде метиловых эфиров. Для этого ФЛ помещали в безводный 5% раствор НС1 в метаноле (1ч при 90°С); метиловые эфиры очищали методом ТСХ на силикагеле, подвижная фаза - бензол. Анализ выполняли на газовом хроматографе Agilent 6890GC с пламенно-ионизационным детектором. Колонка Innowax (30 м х 0.25 мм, толщина фазы 0.25 мкм); температура испарителя - 240°С, колонки - 200°С, детектора - 250°С; газ носитель - гелий; линейная скорость -35 см/с. Идентификацию ЖК проводили при помощи метода "углеродных чисел" (Christie, 1988).
Для определения температуры фазовых переходов образцы ФХ и ФЭ в растворе хлороформа вносили в алюминиевые микроконтейнеры, высушивали в вакууме до постоянной массы (8-12 мг) и герметично запаковывали. Фазовые переходы фосфолипидов регистрировали с помощью микрокалориметра ДСМ-2М ("Биоприбор", Пущино) в день получения образца. Сканирование проводили при температуре 60-100°С при скорости нагрева образцов 16 град/мин в диапазоне шкалы теплового потока от 0 до 5 х Ю"3Вт. Температурная шкала калибрована по температурам плавления стандартных образцов ртути, нафталина и индия. Температуру фазового перехода определяли по положению максимума теплопоглощения (Т ), а энтальпию (АН) - по площади термограмм, которую измеряли с помощью планиметра. Для расчета энтальпии использовали энтальпию стандартного образца индия.
Аналитическое разделение молекулярных видов ФХ и ФЭ выполняли методом высокоэффективной жидкостной
Таблица 1. Объекты исследования
Семейство, вид Дата вылова Место вылова Глубина, м Температура, °С
Gadidae
Тихоокеанская треска Gadus macrocephalus 13.10.2009 г. Берингово море 90 4.1
(Tilesius, 1810)
Шлемоносец Герценштейна Gymnocanthus 03.10.2009 г. Зал. Петра 50 3.4
herzensteini (Jordan et Starks, 1904) Великого
Cottidae
Керчак-яок Myoxocephalusjaok (Cuvier, 1829) 10.03.2009 г. Зал. Восток 3 0
Получешуйник Гильберта Hemilepidotus gilberti 13.10.2009 г. Берингово море 90 4.1
(Jordan et Starks, 1904)
Cyprinidae
Мелкочешуйная красноперка Tribolodon brandti 28.07.2009 г. Зал. Восток 3 14
(Dybowskii, 1872) 20.08.2009 г. Б. Киевка 4 18
Pleuronectidae
Белокорый палтус Hippog
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.