БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 4, с. 83-85
УДК 597.556.331.1-111.12
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЕМОГЛОБИНА ОКУНЯ
(Perca fluviatilis L.)
© 2014 г. И. М. Камшилов, Р. А. Запруднова, |Ю. П. Чалов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: kim@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 05.03.2013 г.
Изучены сродство гемоглобина к кислороду и эффект Бора у речного окуня Perca fluviatilis L. Рыбинского водохранилища. С буферными и дыхательными особенностями гемоглобиновой системы связывается повышенная устойчивость данного вида рыб к закислению воды и недостатку в ней кислорода.
Ключевые слова: окунь, гемоглобин, буферные и дыхательные свойства, устойчивость. DOI: 10.7868/S032096521404024X
ВВЕДЕНИЕ
Изучению функциональных свойств гемогло-бинов рыб уделяется большое внимание, поскольку эти свойства определяют уровень снабжения тканей организма кислородом [9, 10]. Однако исследования проводятся в основном в физиолого-биохимическом аспекте. Авторы сделали попытку сравнительного анализа функциональных свойств гемоглобина речного окуня Perca fluviatilis L. с таковыми других ранее исследованных видов рыб. Речной окунь обладает повышенной устойчивостью к закислению воды и недостатку кислорода в ней [6, 7]. Однако механизмы этой устойчивости изучены недостаточно.
Цель работы — исследовать сродство гемоглобина к кислороду и эффект Бора у окуня. Предполагается, что функциональные свойства гемоглобина окуня могут лежать в основе широкого диапазона адаптивных реакций этого вида рыб к действию различных факторов внешней среды в сравнении с другими видами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рыб изучали сразу после кратковременного (15—20 мин) отлова неводом в Рыбинском водохранилище летом 2011 г. Кровь брали способом каудотомии хвостового стебля, затем собирали в пробирку, стенки которой смачивали гепарином. Полученные пробы центрифугировали при 3000 об/мин в течение 15 мин. Плазму удаляли, эритроциты трижды отмывали охлажденным физиологическим раствором (4-10-кратный объем) для холоднокровных позвоночных. Затем отмытые эритроциты лизировали дистиллированной
водой. Строму эритроцитов осаждали центрифугированием при 10000—15000 об/мин и температуре 4°C в течение 30 мин.
Кривые кислородного равновесия гемоглобина регистрировали спектрофотометрически при дезоксигенации гелием уравновешенного с воздухом раствора гемоглобина в 5 и 50 мМ калий-фосфатном буфере с рН 6.6 и 7.2. Концентрацию гемоглобина и наличие в растворе метгемоглобина определяли на спектрофотометре Lambda 35 [5].
Характеристическое давление полунасыщения гемоглобина кислородом измеряли графически на кривых кислородного равновесия гемоглобина. Величину эффекта Бора определяли также графически для разной степени насыщения гемоглобина кислородом в соответствии с уравнением Дилла [3]:
г = (lgiPm — lg2Pm)/(рН — рН2), (1)
где Pm — насыщение гемоглобина кислородом.
Проанализировано 26 половозрелых визуально здоровых особей окуня обоего пола длиной тела 120—205 мм, массой 84—176 г. Полученные результаты сопоставляли с таковыми щуки Esox lucius L., европейского сома Silurus gladis L., русского осетра Acipenseridae guldenstaedtii Brandt, а также некоторых других видов рыб [4, 7]. Сравнивали рыб близкого возраста, исследуемых в одинаковых сезонных и температурных условиях, иногда из одних мест отлова. Различия кривых кислородного равновесия гемоглобина оценивали по критерию Стьюдента для уровня достоверности 0.05.
83
6*
84
КАМШИЛОВ и др.
мм. рт. ст.
Кривые кислородного равновесия окуня (1), щуки (2), сома (3) и осетра (4). Буферный раствор: а — 5, б — 50 мМ; рН: 5 — 6.6, 6 — 7.2. По оси ординат — содержание оксигемоглобина, по оси абсцисс — парциальное напряжение кислорода.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При изменении концентрации и кислотности буферного раствора окунь имеет широкий диапазон изменения кривых кислородного равновесия гемоглобина. Высокое сродство гемоглобина к кислороду в 5 мМ калий-фосфатном буфере при рН 7.2 сопровождалось неполной дезоксигенаци-ей гемоглобина, т.е. лишь 65% гемоглобина сохраняли способность отдавать кислород (см. рисунок, а). В 50 мМ буфере и рН 6.6 при крайне низком сродстве гемоглобина к кислороду отмечена неполная оксигенация гемоглобина, когда гемоглобин насыщался кислородом воздуха только на 36% (см. рисунок, б). Величина эффекта Бора у окуня в 5 и 50 мМ буфере составила соответственно 1.73 ± 0.043 и 1.4 ± 0.062.
Окунь отличается высокой устойчивостью к закислению воды — может обитать при рН 3.5. В
ацидных озерах нередко он — единственный представитель ихтиофауны [6]. Жаберные механизмы адаптации этого вида к низким рН воды достаточно хорошо освещены в работе [2]. Результаты исследований свидетельствуют об участии буферной системы гемоглобина в поддержании высокой кислотоустойчивости окуня. На высокую эффективность гемоглобиновой буферной системы окуня в адаптации к низким значениям рН среды указывает большая величина эффекта Бора и низкое сродство гемоглобина к кислороду, сопровождающееся неполной оксигенацией в кислом буферном растворе. Чем выше величина эффекта Бора у рыб, тем более чувствителен гемоглобин к закислению крови. Лишь у щуки, которая также высокоустойчива к закислению воды, обнаружены близкие к речному окуню показатели функциональных свойств гемоглобина: в 50 мМ буфере и рН 6.6 кислородом воздуха насыщались лишь 28% гемоглобина (см. рисунок, б), величина эффекта Бора составляла 1.8 [4, 8]. У самых неустойчивых к закислению воды осетровых рыб минимальная величина эффекта Бора составила 0.43—0.49. Среднеустойчивые к закислению рыбы (представители семейства карповых, а также налим и др.) занимают промежуточное положение между указанными выше видами рыб и по величинам эффекта Бора (1.38—0.9), и по изменению формы кривых. У осетровых кривые кислородного равновесия гемоглобина имеют S-образ-ную форму и инвариантны, т.е. могут быть трансформированы друг в друга с помощью некоторого коэффициента (для русского осетра 0.51). Наибольшие изменения формы кривых вплоть до неполной оксигенации в кислом буферном растворе (рН 6.6) наблюдаются у окуня и щуки. Изменение формы кривых кислородного равновесия гемоглобина, сопровождающееся неполной ок-сигенацией в кислом буферном растворе, можно рассматривать как механизм снижения кислотности внутренней среды организма и, следовательно, как один из способов защиты организма от повреждающего действия водородных ионов.
Окунь относительно устойчив к недостатку кислорода в воде: нормальная жизнедеятельность его возможна при содержании кислорода в воде до 3 мг/л. Коме того, у этого вида сравнительно высокий разрыв между критическим и пороговым содержанием кислорода, что делает его менее уязвимым к изменениям кислородного режима. Кислородные потребности окуня существенно зависят от температуры воды: при низких температурах пороговое содержание кислорода у окуня примерно такое же, как у карася, при высоких — как у плотвы и щуки [7]. Высокое сродство гемоглобина к кислороду, сопровождающееся неполной дезоксигенацией в щелочном буферном
БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД № 4 2014
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЕМОГЛОБИНА ОКУНЯ
85
растворе, наблюдаемое у окуня, — важный молекулярный механизм адаптации к гипоксии, обеспечивающий уменьшение потребления кислорода организмом. Из всех исследованных видов рыб [4, 8] высокое сродство гемоглобина к кислороду с неполной дезоксигенацией в щелочном растворе обнаружено у карпа, карася, сома, линя, угря, т.е. у рыб, наиболее устойчивых к дефициту кислорода в воде. Например, у сома высокое сродство гемоглобина к кислороду наблюдали в кислом 5 мМ буфере (см. рисунок, а), неполную дез-оксигенацию — в 50 мМ щелочном буфере (см. рисунок, б). Кроме того, у этих видов рыб (особенно у факультативных анаэробов) существуют и другие механизмы для повышения устойчивости к гипоксии, которые отсутствуют у окуня [1]. Однако у окуня имеет место самая большая величина реакции процесса окси-дезоксигенации гемоглобина при изменении концентрации и кислотности буферного раствора. Максимальное сродство гемоглобина к кислороду (регистрируемое при рН 7.2 в 50 мМ буфере) отличается от минимального сродства (при рН 6.6 в 5 мМ буфере) у окуня в 122.3, у щуки в 22.9, у сома в 4.2 и у русского осетра в 2.4 раза, у осетровых рыб (севрюги, белуги, сибирского осетра, лопатоноса) в 2.2— 3.0 раза [4, 8], у других костистых рыб эти различия находятся в диапазоне 6—17. Приведенные данные позволяют предположить, что буферные и дыхательные особенности гемоглобиновой системы окуня обеспечивают этому виду повышенную устойчивость к закислению воды и недостатку кислорода в ней.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балашов Д.А., Рекубратский А.В. Отношение гибридов карпа Сурппт carpio и серебряного карася Carassius auratus к дефициту кислорода // Вопр. ихтиологии. 2011. Т. 51. № 5. С. 665-669.
2. Виноградов Г.А. Процессы ионной регуляции у пресноводных рыб и беспозвоночных. М.: Наука, 2000. 216 с.
3. Иржак Л.И. Гемоглобины и их свойства. М.: Наука, 1975. 240 с.
4. Камшилов И.М. Функциональные характеристики гемоглобинов проходных осетровых рыб // Вопр. ихтиологии. 2000. Т. 40. № 6. С. 832-841.
5. Камшилов И.М. Методика определения функциональных свойств гемоглобина у рыб (влияние мет-гемоглобина и АТФ) // Биология внутр. вод. 2001. № 1. С. 96-101.
6. Комов В.Т. Причины и последствия антропогенного закисления озер. Нижний Новгород: Вектор-ТиС, 2007. 112 с.
7. Лукьяненко В.И. Экологические аспекты ихтио-токсикологии. М.: Агропромиздат, 1987. 240 с.
8. Лукьяненко В.И., Васильев А.С., Камшилов И.М. Ге-моглобины рыб: спектральные характеристики и функциональные свойства. Ярославль: Ин-т биологии внутр. вод РАН, 2000. 174 с.
9. Clark T.D., Seymour R.S., Wells R.M.G. et al. Thermal effects on the blood respiratory properties of southern bluefin tuna, Thunnus maccoyii // Comp. Biochem. and Physiol. Part A. 2008. V. 150. P. 239-246.
10. Rasmussen J.R., Wells R.M.G., Henty K. et al. Characterization of the hemoglobins of the Australian lungfish Neo
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.