УДК 597.556.3.591.132.05
РОЛЬ ИНДУЦИРОВАННОГО АУТОЛИЗА В ПРОЦЕССАХ ПИЩЕВАРЕНИЯ РЫБ НА ПРИМЕРЕ ЩУКИ ESOXLUCIUS (ESOCIDAE)
© 2014 г. В. В. Кузьмина
Институт биологии внутренних вод РАН — ИБВВ, Борок Ярославской области E-mail: vkuzmina@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 04.04.2013 г.
Активность гемоглобинлитических и казеинлитических протеиназ (в расчёте на 1 г ткани) в желудке и кишечнике молоди щук Esox lucius выше, чем в теле объектов питания. Тотальная протеолитиче-ская активность (в расчёте на массу тела без головы) жертвы может быть выше (жертва — щука) или ниже (сеголетки карповых рыб (Cyprinidae)), чем в пищеварительном тракте щуки-консумента. Соотношение активности одноимённых гидролаз консументов и объектов питания зависит от размера и вида жертвы, стадии пищеварения и ряда других факторов. Благодаря индуцированному аутолизу протеиназы тканей жертв вносят существенный вклад в процессы пищеварения молоди рыб.
Ключевые слова: щука Esox lucius, карповые (Cyprinidae), молодь, консументы, жертвы, пищеварение, протеиназы, индуцированный аутолиз.
DOI: 10.7868/S0042875214060101
Известно, что продолжительность переваривания пищи в желудке молоди щук Esox lucius на I—III стадиях пищеварения (до 50% потери массы жертвы) занимает всего 3 ч (Иванова, Лопатко, 1980). Также известно, что покровы тела объектов питания препятствуют поступлению пищеварительных ферментов внутрь потребляющего их организма (Уголев, 1985). Понять быстрые темпы переваривания пищи у животных из естественных экосистем помогает концепция индуцированного аутолиза (Уголев, Цветкова, 1984; Уголев, 1985). Вместе с тем до последнего времени при изучении процессов пищеварения у рыб основное внимание уделялось ферментным системам слизистой оболочки их пищеварительного тракта (Barrington, 1957; Fange, Grove, 1979; Уголев, Кузьмина, 1993; Неваленный и др., 2003; Кузьмина, 2005). Однако неоднократно обращалось внимание на возможность участия в процессах пищеварения у рыб ферментов объектов питания (Уголев, Кузьмина, 1988, 1993; Кузьмина, 1990, 1993, 2000, 2005; Кузьмина, Цветкова, 2001; Кузьмина, Скворцова, 2003; Kuz'mina, Golovanova, 2004).
Процессы аутолиза были известны давно (Уголев, 1961). Ранее аутолиз рассматривался в основном в качестве механизма, который способствовал распаду биологических структур, завершающего цикл индивидуального развития организма и являющегося одним из звеньев круговорота веществ (Мосолов, 1971). После открытия лизосом (De Duve, 1959) и раскрытия механизма аутоде-градации животных был описан новый тип пищеварения — индуцированный аутолиз (Уголев,
1980; Уголев, Цветкова, 1984). Индуцированный аутолиз — инициируемый организмом-ассимилятором процесс расщепления структур пищевого объекта его собственными ферментами, при котором ионы водорода способствуют активизации лизосомальных гидролаз разных тканей жертвы (Уголев, Цветкова, 1984; Уголев, 1985). Особая роль ионов водорода связана с тем, что скорость их диффузии внутрь тканей пищевого объекта приблизительно в 1000 раз выше, чем у пищеварительных гидролаз (Уголев, 1985). При этом происходит закисление тканей жертвы. Помимо этого после гибели организма происходит повышение проницаемости мембран лизосом, а рН тканей сравнительно быстро сдвигается в кислую сторону из-за ослабления аэробных окислительных процессов и усиления гликолиза (Лушников, Шапиро, 1974; Кузьмина, Цветкова, 2001).
Благодаря индуцированному аутолиузу значительно снижаются энергетические затраты рыб-консументов на синтез собственных пищеварительных ферментов (Кузьмина, Цветкова, 2001). Индуцированный аутолиз реализуется при участии ферментов, функционирующих при кислых значениях рН (2.5—6.7, чаще 3.0—5.0) внутри лизосом (Высоцкая, Руоколайнен, 1994; Высоцкая, Немова, 2008). Лизосомальные гидролазы способны при кислых значениях рН разрушать различные биополимеры - белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и т.д. (Эе Эиуе, 1959; Покровский, Тутельян, 1976; Кузьмина, Цветкова, 2001; Высоцкая, Немова, 2008). Поскольку в пище большинства видов рыб преобладают белко-
вые компоненты (Шульман, 1972; Шатуновский, 1980; Кузьмина, 2005), наибольшую роль в процессах индуцированного аутолиза играют лизосо-мальные протеиназы. Начальные этапы протео-лиза в лизосомах обеспечивают в основном ка-тепсины B, D, H и L, в значительно меньшей степени - катепсины E, F, G, N, S (Кузьмина, Цветкова, 2001; Высоцкая, Немова, 2008).
Установлено, что особенно важную роль индуцированный аутолиз играет в процессах пищеварения хищников, обладающих желудком с хорошо развитой кислотообразующей функцией (Кузьмина, 1993; Уголев, Кузьмина, 1993). Вклад индуцированного аутолиза в процессы деградации белковых компонентов пищи у ихтиофагов был вычислен путём оценки соотношения активности кислых гидролаз во всей слизистой оболочке желудка и в тканях целого организма жертвы в условиях, когда её покровы ещё не разрушены. Исследование в качестве консумента щуки и судака Sander lucioperca, а в качестве объектов питания — плотвы Rutilus rutilus и окуня Perca fluviatilis показало, что при рН 3.0 активность гемоглобин-литических протеиназ во всей массе тканей жертвы в 5—10 раз выше активности протеиназ во всей массе слизистой оболочки желудка (Кузьмина, 2000; Кузьмина, Скворцова, 2003). Однако в этих работах исследовали взрослых рыб. Вклад ферментов жертвы в процессы пищеварения у молоди рыб неизвестен.
Цель работы — сопоставить активность проте-иназ пищеварительного тракта у молоди щуки с активностью протеиназ в организме потенциальных объектов их питания, участвующих в реализации индуцированного аутолиза.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Объекты исследования — сеголетки и двухлетки щуки Esox lucius и сеголетки карповых рыб (Cyprinidae), отловленные в Волжском плёсе Рыбинского водохранилища в июле—августе 2012 г. В качестве консументов исследовали особей щуки, собранных 1 августа (длина 11.27 ± 0.25 см, масса 13.29 ± 1.36 г, 24 экз), в качестве потенциальных жертв — молодь щуки, отловленную 5, 9 и 20 июля и 1 августа, и сеголеток карповых рыб (преимущественно плотвы) — 4 и 20 июля. В эти даты средние размеры щук были соответственно
10.7 ± 0.3 см и 7.3 ± 0.5 г (5 экз.), 10.8 ± 5.7 см и 11.3 ± 1.4 г (8 экз.), 9.5 ± 0.6 см и 5.6 ± 0.8 г (9 экз.), 12.3 ± 0.3 см и 13.8 ± 0.2 г (12 экз.). Сеголетки карповых рыб, собранные в разные даты, имели одинаковые размеры — 1.7 ± 0.1 см, 0.2 ± 0.01 г (178 экз.). Отдельно в качестве потенциальных жертв исследовали 4 экз. щук-каннибалов (длина 10.5, 20.0,
12.8 и 19.6 см, масса 9.6, 65.4, 18.2 и 63.9 г), пойманных 5 июля. Двух первых особей, в желудках которых были обнаружены щуки, анализировали
сразу после отлова, двух других содержали в аквариуме с щуками меньшего размера до первого успешного захвата добычи.
У консументов активность протеиназ (АП) определяли в пищеварительном тракте (в стенке желудка, его содержимом и в кишечнике вместе с химусом), у потенциальных жертв — во всех тканях обезглавленного тела. Пищеварительный тракт рыб изымали из полости, помещали на стекло ледяной бани, освобождали от жира и осушали фильтровальной бумагой. Желудок отделяли от кишечника, разрезали и изымали содержимое. Ткани стенки желудка, его содержимое, весь кишечник с химусом и обезглавленные тела щук (индивидуально) и карповых рыб (12—14 экз. в одной пробе) измельчали, тщательно перемешивали и аликвоту гомогенизировали индивидуально в стеклянном гомогенизаторе с небольшим количеством раствора Рингера для холоднокровных животных, ммоль/л: 103 NaCl, 1.9 KCl, 0.45 CaCl2, 1.4 MgSO4, рН 3.0, 5.0 или 7.4). Гомогенаты желудка готовили при рН 3.0, всего организма потенциальных жертв — при рН 3.0 и 5.0, кишечника — при рН 7.4. Затем все пробы разводили раствором Рингера с соответствующими значениями рН до соотношения 1 : 99. Требуемые значения рН устанавливали при помощи рН-метра марки рХ-150МИ. Все операции проводили при температуре 0—4°С.
Активность протеиназ оценивали по приросту тирозина методом Ансона (Anson, 1938) в некоторой модификации. В качестве субстратов использовали 1%-ные растворы казеина и гемоглобина, приготовленные на том же растворе Рингера, рН 3.0 или 7.4. Гомогенаты и субстрат инкубировали при 20°C в течение 30 мин. Интенсивность окраски оценивали при помощи фотоколориметра КФК-2 (длина волны 670 нм). Активность ферментов в каждой точке определяли в двух повтор-ностях с учётом фона (изначальное количество тирозина в пробе); данные представлены в расчёте на 1 г исследуемого образца, мкмоль/(г • мин), и в расчёте на всю массу органа или его содержимого (консументы) либо на массу тела без головы (жертвы), мкмоль/мин.
Результаты обработаны статистически при помощи стандартного пакета программ (Microsoft Office XP приложение Excel) и приведены в виде среднего значения и его ошибки. Достоверность различий оценивали при помощи критерия Стьюдента для малых выборок прир < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Поскольку длина и особенно масса рыб, исследуемых в качестве консументов, значительно варьировали, в таблице представлены данные, в которых выборка из 24 экз. разделена на три группы особей — мелкие, средние и крупные. Размер и
Активность протеиназ в пищеварительном тракте молоди щук Esox ¡иси разных размерных групп
Размерная группа (число рыб, экз.) Длина, см Масса, г Активность протеиназ
рыба желудок содержимое желудка кишечник с химусом желудок (АГП) кишечник
слизистая содержимое АКП АГП
Мелкие (7) 9.6 ± 0.1 7.7 ± 0.3 0.10 ± 0.01 0.36 ± 0.08 0.10 ± 0.01 7 . 39 ± 0.2 0 0 . 74 ± 0.0 2 5 . 89 ± 0.3 7 2 . 12 ± 0.5 4 5 .05 ± 1.3 5 0 .50 ± 0. 1 3 1 . 46 ± 0.3 5 0 . 15 ± 0.0 3
Средние (12) 12.0 ± 0.2 11.0 ± 0.2 0.18 ± 0.01 0.35 ± 0.07 0.18 ± 0.02 7 . 08 ± 0.42 1 . 27 ± 0.1 1 5 . 45 ± 0.8 1 1 . 91 ± 0.4 1 4 .21 ± 0. 76 0.75 ± 0.16 1 . 38 ± 0.2 6 0 . 24 ± 0.0 5
Крупные (5) 14.01 ± 0.3 24.4 ± 1.9 0.32 ± 0.07 1.80 ± 1.20 0.42 ± 0.06 6 . 77 ± 0.6 2 2 . 17 ± 0.5 7 3 . 99 ± 0.5 8 7 . 18 ± 3.7 3 5 .41 ± 1.0 8 2 .27 ± 0.5 4 1 . 40 ± 0.0 7 0 . 58 ± 0.0 7
Примечание. АКП — активность казеинлитических протеиназ, АГП — активнос
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.