научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЛАКТАТА И АЛАНИНА В ЦЕЛОМИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ МОРСКОГО ЕЖА MESOCENTROTUS NUDUS (A. AGASSIZ, 1864) (ECHINOIDEA: STRONGYLOCENTROTIDAE) СВИДЕТЕЛЬСТВУЕТ О НАЛИЧИИ АНАЭРОБНОГО ГЛИКОЛИЗА Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЛАКТАТА И АЛАНИНА В ЦЕЛОМИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ МОРСКОГО ЕЖА MESOCENTROTUS NUDUS (A. AGASSIZ, 1864) (ECHINOIDEA: STRONGYLOCENTROTIDAE) СВИДЕТЕЛЬСТВУЕТ О НАЛИЧИИ АНАЭРОБНОГО ГЛИКОЛИЗА»

БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2015, том 41, № 4, с. 285-289

УДК 593.9 + 577 БИОХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЛАКТАТА И АЛАНИНА В ЦЕЛОМИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ МОРСКОГО ЕЖА MESOCENTROTUS NUDUS (A. AGASSIZ, 1864) (ECHINOIDEA: STRONGYLOCENTROTIDAE) СВИДЕТЕЛЬСТВУЕТ О НАЛИЧИИ АНАЭРОБНОГО ГЛИКОЛИЗА1

© 2015 г. К. А. Дроздов1, А. Л. Дроздов23

1Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. ЕляковаДВО РАН, Владивосток 690022;

2Институт биологии моря им.А.В.ЖирмунскогоДВО РАН, Владивосток 690041;

Дальневосточный федеральныйуниверситет, Владивосток 690091 e-mail: drovsh@yandex.ru

Статья принята к печати 05.02.2015 г.

Методом ЯМР-епектроекопии выявлено наличие лактата и аланина в целомической жидкости черного морского ежа Mesocentrotus nudus (A. Agassiz, 1864), что свидетельствует о наличии у иглокожих анаэробного метаболизма. Этот путь энергетического обмена интенсифицируется в стрессовых ситуациях при недостаточном поступлении кислорода внутрь клеток. Подобная компенсаторная реакция энергетического обмена является важным приспособительным механизмом к изменению условий среды.

Ключевые слова: лактат, аланин, целомическая жидкость, морской emMesocentrotus nudus, гликолиз.

A variation in the content of lactate and alanine in the coelomic fluid of the sea urchin Mesocentrotus nudus (A. Agassiz, 1864) (Echinoidea: Strongylocentrotidae) indicates anaerobic glycolysis. K.A. Drozdov1, A. L. Drozdov2 3 ('G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690022; 2A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041; 3Far Eastern Federal University, Vladivostok 690091)

By using the method of nuclear magnetic resonance spectroscopy, lactic acid, alanine, and aspartate have been revealed in the coelomic fluid of the black sea mchinMesocentrotus nudus, which indicates anaerobic metabolism in echi-noderms. Energy metabolism of this type is intensified in stressful situations when the inflow of oxygen into cells becomes insufficient. This compensatory response of energy metabolism is an important mechanism of adaptation to changing environmental conditions. (Biologiya Morya, 2015, vol. 41, no. 4, pp. 285-289).

Keywords: lactate, alanine, coelomic fluid, sea urchin Mesocentrotus nudus, glycolysis.

У морских ежей, как и у большинства беспозвоночных животных, гликолиз и цикл трикарбоновых кислот Кребса лежит в основе катаболического обмена. В результате гликолиза (анаэробного расщепления глюкозы) в тканях животных происходит образование лактата (молочной кислоты). Он синтезируется с помощью фермента лактатдегидрогеназы из пировиноградной кислоты - пирувата, образующегося из распавшейся молекулы глюкозы. Ранее считалось, что у позвоночных животных лактат не способен включаться в метаболизм, и чтобы вывести его из метаболического тупика, необходимо лактат снова превратить в пируват. Гликолиз, являющийся начальным этапом расщепления глюкозы и протекающий вне митохондрий, заканчивается образованием пировиноградной кислоты. Обычно пировиноградная кислота перемещается в митохондрии и при наличии кислорода участвует в цикле трикарбоновых кислот с полным окислением до углекислого газа и воды. При дефиците кислорода пировиноградная кислота под влиянием фермента лакгатдегидрогиназы восстанавливается до молочной кислоты (Лабори, 1970). Однако современ-

ные тонкие методы биохимического анализа, в частности ядерно-магнитнорезонансная (ЯМР) спектроскопия, позволили накопить данные, свидетельствующие о том, что лактат является не метаболическим тупиком, а активным метаболитом, мигрирующим между клетками и органами (Halestrap et al., 1997).

Интенсификация анаэробного метаболизма - это важный приспособительный механизм к изменению условий среды (Мещерякова и др., 2010), поскольку он представляет собой компенсаторную реакцию энергетического обмена при снижении интенсивности окислительного фосфорилирования в клетках. У позвоночных животных анаэробный гликолиз включается только при дефиците кислорода, когда невозможно окислить пируват. Лактат диффундирует в кровь, затем поступает в печень, где через пируват может вновь превратиться в глюкозу. В стрессовой ситуации лактат накапливается в тканях и крови. Увеличение содержания лактата в плазме крови млекопитающих может свидетельствовать о таких серьезных нарушениях кровообращения, как геморрагический шок, острое отравление и инсульт (Menzel

1 Работа выполнена при поддержке программы "Дальний Восток", проект № 15-1-6-005о.

et al., 1999; Дроздов, 2013). По-видимому, анаэробный гликолиз был самым древним вариантом метаболизма, и все современные организмы сохраняют ферментные системы для его обеспечения.

Внутренняя полость иглокожих заполнена цело-мической жидкостью, омывающей внутренние органы, солевой состав которой близок к таковому морской воды (Barrington, 1979), но повышена концентрация хлористого калия, липидов, белков, Сахаров и целомоцитов (Smith, 1981; Chia, Xing, 1996). Целомическая жидкость морских ежей выполняет разнообразные функции, включая транспорт веществ, выделение, движение, защиту внутренних органов и гуморальный иммунитет (Chia, Xing, 1996).

Методом 'Н-ЯМР-спектроскопии мы исследовали целомическую жидкость черного морского ежа Mesocentrotus nudus, находящегося в разных экологических условиях. Этот метод позволяет количественно определить содержание различных метаболитов во внутренних жидкостях животных (Agar et al, 1991).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Для оценки стрессорной реакции на гипоксию в целоми-чеекой жидкости контрольных и подопытных особей черного морского ежа Mesocentrotus (= Strongylocentrotus) nudus (А. Agassiz, 1864) измеряли относительное изменение содержания лактата. Для экспериментов животных с диаметром панциря 50-60 мм собирали в Уссурийском заливе и зал. Восток (зал. Петра Великого, Японское море).

Контрольных морских ежей содержали в аквариумах с проточной морской водой в аквариальной Института биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН при температуре 18°С. Подопытных морских ежей помещали в сосуды с небольшим количеством воды, чтобы она покрывала менее четверти тела животного, и выдерживали в течение 72 ч при температуре 4°С. Во время экспериментов морских ежей не кормили, однако они оставались живыми, что контролировали, наблюдая за подвижностью их игл и амбулакральных ножек, а также по активности внутренних органов животных. Эксперименты проведены в трех повторах, в каждом из которых участвовало по 10 контрольных и опытных особей. Для определения степени активности внутренних систем исследуемого объекта проводили магнитно-резонансную томографию на томографе Pharmascan 7 Тл методом FLASH-3D. По оптической плотности на полученных томограммах можно идентифицировать активность внутренних органов морского ежа по интенсивности циркуляции жидкости (Неинвазивный способ, 2011).

Целомическую жидкость использовали в чистом виде. Ее отбирали из целомической полости животных, фильтровали через фильтровальную бумагу, помещали в пробирки типа Эппендорф и замораживали в холодильнике до проведения анализа. Исследование проводили на ЯМР-спектрометре DRX-5 (Bruker, Германия) с резонансной частотой 300 МГц при температуре 36°С. Для автоматической настройки однородности магнитного поля по дейтериевому каналу образцы разбавляли тяжелой водой (D20) в пропорции 1:1.

Проведение протонных ЯМР исследований биологических жидкостей сопряжено с двумя проблемами: 1) основной компонентой биожидкостей является вода, и на фоне сигнала от ее протонов сигналы от анализируемых метаболитов силь-

но искажаются, усложняя их обнаружение, что заставляет подавлять пик сигналов от воды в спектре; 2) широкие сигналы от белковых соединений существенно снижают чувствительность ЯМР исследования метаболитов.

Для подавления сигналов от воды мы использовали метод преднасыщения протонов воды перед проведением основного ЯМР исследования (Braun et al., 1998). Сигналы от белковых соединений удаляли из спектра путем детерминации по разнице времен Т2-релаксации низкомолекулярных и белковых соединений (Nicholson, Wilson, 1989; Колоколова и др., 2008).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На ЯМР спектрах целомической жидкости исследованных особей морского ежа Mesocentrotus nudus удалось идентифицировать пики, соответствующие подвижным липопротеинам, ^-ацетильным группам гликопротеи-нов, а также аланину и лакгату. Пики от ^-ацетиловой группы и липопротеинов не являются специфичными сигналами, они соответствуют сигналам от нескольких соединений (Fukuzako, 1995; Колоколова и др., 2008) и поэтому не могут использоваться для сравнительного анализа в отличие от пиков лактата и аланина.

Сравнительный анализ спектров целомической жидкости контрольных и содержавшихся при пониженной температуре в условиях гипоксии морских ежей позволил установить, что через 144 ч у подопытных животных состав целомической жидкости изменяется. В целомической жидкости морских ежей, находившихся в условиях гипоксии, содержание лактата увеличилось более чем в 3 раза (см. рисунок). Это свидетельствует об увеличении интенсивности анаэробного расщепления глюкозы. В то же время пик аланина у подопытных животных снизился в 2 раза, что позволяет говорить о механизмах преобразования части имеющегося аланина для поддержания энергетического равновесия.

Молочная кислота, или лактат, - показатель обмена углеводов, отражающий степень насыщения тканей кислородом и позволяющий оценить уровень тканевой гипоксии у животного. У позвоночных накопление лактата в крови называют лактатацидозом. У людей лакта-тацидоз сопутствует ряду заболеваний печени (гепатит, цирроз), поджелудочной железы, почек, сердца и легких, а также эпилепсии, сахарному диабету, алкогольной интоксикации, злокачественным новообразованиям, отравлению салицилатами. Повышение содержания молочной кислоты в крови, обусловленное гипоксией, наблюдается при тяжелой физической нагрузке (в 5-10 раз выше нормы), при патологических состояниях, сопровождающихся усиленными мышечными сокращениями (

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»