ЭКОЛОГИЯ, 2015, № 4, с. 317-320
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 574.2:595.143.6:577.112.3
СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ АМИНОКИСЛОТНОГО СПЕКТРА В ТКАНЯХ МЕДИЦИНСКОЙ ПИЯВКИ HIRUDO VERBANA CARENA 1820
© 2015 г. Л. В. Черная*, Л. А. Ковальчук*, Е. С. Нохрина**
*Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: kovalchuk@ipae.uran.ru **Детская областная клиническая больница № 1 620149 Екатеринбург, ул. С. Дерябиной, 32 Поступила в редакцию 30.10.2014 г.
Ключевые слова: адаптация, сезонная изменчивость, медицинские пиявки, свободные аминокислоты.
DOI: 10.7868/S0367059715040058
Медицинские пиявки — наиболее изученные представители фауны пиявок, что связано с их практическим использованием в медицине и фармакологии (Кустов и др., 2005; Никонов, 2007; Романова, Климина, 2010; Petrauskiene et al., 2011; Elliot, Kutschera, 2011). Однако их эколого-физиологические особенности и способность к поддержанию гомеостаза под влиянием биотических и абиотических факторов требуют дополнительных исследований. Одним из важнейших абиотических факторов, влияющих на географическое распространение пиявок и приуроченность к определенному типу водоема, является температурный режим воды, в частности на них неблагоприятно действуют как колебания, так и значительное повышение температуры воды (Синева, 1949; Лукин, 1976). Тем не менее они приспособились к сезонным изменениям температуры и неоднократно впадают в зимний анабиоз, что может в определенной мере обусловливать им высокую продолжительность жизни (5 лет и более).
В литературе имеются сведения (Каранова, 2006; Karanova, 2011) о роли свободных аминокислот в формировании низкотемпературной адаптации пресноводных гидробионтов. Учитывая участие свободных аминокислот в регуляции основных метаболических процессов, оценка сезонного состояния аминокислотного фонда в тканях медицинских пиявок позволит оценить его роль в адаптационных возможностях этих гидробионтов к изменчивости температурного режима среды обитания.
В исследованиях использованы взрослые особи медицинских пиявок Hirudo verbana Carena 1820, отловленные в р. Челбас (Краснодарский край) весной (первая декада мая; температура во-
ды +10°С), летом (первая декада августа; +21°С) и осенью (последняя декада ноября; +2°С). Отлов и содержание животных, доставленных в лабораторию, осуществляли в соответствии с правилами, принятыми "II Европейской конвенцией по защите животных, используемых для экспериментов или в других научных целях" (1986). Содержание свободных аминокислот (АК) в тканях пиявок определяли методом ионообменной хроматографии с помощью автоматического анализатора аминокислот ААА-339М (Микротехна, Чехия). Концентрацию свободных АК выражали в мкмоль/100г ткани и в % от суммарного содержания. Подготовлено 30 биопроб, выполнено 630 элементоопределений. Экспериментальные данные обрабатывали с использованием пакета лицензионных прикладных программ "Statistica for Windows 6.0.". Различия между сравниваемыми выборками считали статистически значимыми приp < 0.05;p < 0.01 - 0.0001.
Аминокислотный фонд тканей исследованных Hirudo verbana из весенней, летней и осенней природных популяций представлен 22 АК (табл. 1). Сезонные суммарные концентрации аминокислотного пула H. verbana убывают в ряду осень > весна > >лето (H2; 30 = 25.81; p = 0.0000). Сравнительный анализ показал, что суммарное количество свободных АК в тканях осенних пиявок выше в 3.0 раза (2437.0 + 66.3 мкмоль/100 г) в сравнении с летними особями (808.5 + 18.2 мкмоль/100 г) (p < 0.05).
Высокий уровень аминокислотного фонда в тканях осенних особей обеспечивают повышенные концентрации 11 АК: цистеиновой, аспара-гиновой, треонина, серина, глутаминовой кислоты и глутамина, цистеина, изолейцина, триптофана, орнитина, лизина и аргинина (p = 0.000).
318 ЧЕРНАЯ и др.
Таблица 1. Сезонные изменения содержания свободных аминокислот в тканях Н. увгЬапа
Аминокислота, мкмоль/100 г Весна (n = 10) Лето (n = 10) Осень (n = 10) H (2; 30) Р
Cysteic Acid 15.1 ± 0.6 6.32 ± 0.3 41.6 ± 1.7 25.81 0.0000
Aspartic Acid 349.7 ± 3.2 235.3 ± 3.3 425.5 ± 8.1 25.81 0.0000
Threonine 39.2 ± 2.3 24.7 ± 1.1 57.4 ± 3.6 25.81 0.0000
Serine 66.9 ± 2.2 41.7 ± 1.7 102.9 ± 7.0 25.81 0.0000
Glu + Glu 690.8 ± 8.4 201.6 ± 5.5 1242.5 ± 15.5 25.81 0.0000
Proline 30.8 ± 0.9 2.42 ± 0.1 7.86 ± 0.2 25.81 0.0000
Glycine 128.4 ± 2.2 41.4 ± 1.7 59.5 ± 3.5 25.81 0.0000
Alanine 230.0 ± 1.5 166.3 ± 5.2 233.4 ± 8.9 19.45 0.0001
Valine 50.0 ± 0.8 7.16 ± 0.5 39.3 ± 1.8 25.81 0.0000
Cystine 8.53 ± 0.7 1.21 ± 0.04 33.4 ± 1.8 25.81 0.0000
Methionine 16.0 ± 0.7 2.58 ± 0.01 17.6 ± 1.0 20.61 0.0000
Isoleucine 18.5 ± 0.5 5.29 ± 0.40 32.3 ± 1.88 25.81 0.0000
Leucine 63.2 ± 0.5 32.6 ± 1.3 38.1 ± 1.7 21.67 0.0000
Tyrosine 12.5 ± 0.3 6.10 ± 0.4 7.81 ± 0.3 24.81 0.0000
Phenylalanine 22.3 ± 0.6 6.57 ± 0.5 6.95 ± 0.3 19.86 0.0000
Tryptophan следы следы 4.22 ± 0.1 27.49 0.0000
GABA 3.4 ± 0.2 следы следы 26.80 0.0000
Ornithine 20.5 ± 0.5 10.8 ± 0.6 28.7 ± 1.7 25.81 0.0000
Lysine 38.2 ± 1.5 13.5 ± 0.8 40.5 ± 1.7 20.28 0.0000
Histidine 2.05 ± 0.1 0.49 ± 0.02 2.13 ± 0.1 19.61 0.0001
Arginine 1.75 ± 0.02 2.42 ± 0.04 15.3 ± 0.7 25.81 0.0000
Фонд АК 1807.9 ± 17.8 808.5 ± 18.2 2437.0 ± 66.3 25.81 0.0000
Незаменимые АК 251.2 ± 8.6 95.3 ± 3.6 253.8 ± 9.2 19.36 0.0001
Заменимые АК 1517.6 ± 15.3 696.1 ± 8.9 2112.9 ± 21.4 25.81 0.0000
Примечание: H — критерий Краскела-Уоллеса; p — уровень значимости.
Количество глутаминовой кислоты и глутамина превышает суммарное содержание 20 свободных аминокислот у осенних особей и составляет 51% общего пула АК. Наибольшее возрастание концентрации глутаминовой кислоты и глутамина наблюдается у пиявок в осенний период при низких положительных температурах в сравнении с весенними и летними особями — в 1.8 раза и 6.2 раза соответственно. У пиявок осенней и летней популяций отмечено падение до следовых количеств уровней непротеиновой аминомасляной кислоты ГАМК (см. табл. 1). В сравнении с летними особями отмечен рост концентрации метаболически инертной незаменимой АК — лизина — у пиявок весенних (в 2.8 раза) и осенних (в 3.0 раза) популяций.
Низкие положительные температуры весеннего и осеннего сезонов стимулируют увеличение содержания аргинина в тканях пиявок в 8.7 раза и 6.3 раза соответственно в сравнении с летним периодом. Возросшие концентрации лизина и аргинина выступают, вероятно, как протекторы в период адаптации пиявок к низким положительным температурам. Суммарный пул АК весенних особей Н. увгЬапа после зимнего анабиоза снижен в 1.3 раза, в основном за счет значительной утилизации цистеиновой кислоты (в 2.8 раза), цистеина (3.9), аргинина (8.7), глутаминовой кислоты и глутамина (1.8), изолейцина (1.7), триптофана (100%) (р < 0.05) (см. табл. 1). При этом на одном уровне с осенними остаются концентрации ала-нина, метионина, лизина, гистидина и паттерна незаменимых АК (НАК) (р > 0.05). Повышенные
СЕЗОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ АМИНОКИСЛОТНОГО СПЕКТРА
319
концентрации этих АК и паттерна НАК, по-видимому, являются одним из условий поддержания гомеостаза Н. увгЬапа в осенний и весенний сезоны (колебания температурного режима воды от + 10°С до + 2° С). После продолжительного зимнего анабиоза в тканях весенних пиявок отмечены повышенные концентрации пролина, глицина, лейцина, тирозина, фенилаланина, что указывает на их роль в активации метаболических процессов, способствующих сезонной адаптации (р < 0.001).
Летом, в период размножения и наращивания мышечной массы, суммарные концентрации АК в тканях пиявок снижаются по сравнению с весенними в 2.2 раза (р < 0.01). В наибольшей степени это выражено для цистеиновой кислоты (в 2.4 раза), пролина (12.7), глицина (3.1), цистеина (7) и ряда незаменимых АК: валина (в 7 раз), метионина (6.2), изолейцина (3.5), фенилаланина (3.4), лизина (2.8), гистидина (4.2) (р < 0.01) (см. табл. 1). Не выявлено различий между концентрациями лейцина, тирозина, фенилаланина у летних и осенних особей (р > 0.05). Наименьшая сезонная изменчивость характерна для аланина, гистидина и пула НАК (р = 0.0001). Дисперсионный анализ показал, что смена времен года оказывает существенное влияние на динамику содержания всех изучаемых АК, обнаруженных в тканях Н. увгЬапа (р < 0.0001) (см. табл. 1).
При изучении сезонных изменений количества метаболических групп АК в тканях Н. увгЬапа было установлено, что процентное содержание пула незаменимых аминокислот уменьшается в ряду весна > лето > осень, а показатели соотношения НАК/ЗАК осенью значительно снижены, что свидетельствует об изменении аминокислотного баланса (табл. 2). За счет многократного снижения содержания ароматических АК в тканях Н. увгЬапа в условиях похолодания и перехода в зимний анабиоз высокие значения антитоксического ИФ (показатели которого в норме составляют 3.0 ± 0.5) могут служить признаками эндогенного токсикоза.
Результаты проведенных исследований показали, что физиологические процессы, связанные с сезонными биологическими циклами Н. увгЬапа, обусловливают качественные и количественные изменения аминокислотного спектра тканей. Наибольшее влияние на аминокислотный фонд медицинских пиявок оказывает осеннее понижение температуры.
Аминокислотный спектр тканей пиявок, уходящих в зимний анабиоз (максимальные суммарные концентрации), по-нашему мнению, обусловлен адаптивной реакцией организма на низкие положительные температуры. Полагаем, что выявленные изменения в содержании АК в тка-
Таблица 2. Содержание метаболических групп свободных аминокислот в тканях медицинской пиявки
АК, % Весна Лето Осень
Незаменимые АК 13.9 11.8 10.4
Заменимые АК 83.9 86.1 86.7
НАК/ЗАК 0.2 0.1 0.1
АКРУЦ 7.3 5.6 4.5
АРАК 1.9 1.6 0.6
ИФ 3.8 3.6 7.5
Примечание: АКРУЦ — аминокислоты с разветвленной углеродной цепью; АРАК — ароматические аминокислоты; ИФ — антитоксический индекс Фишера (АКРУЦ/АРАК).
нях пиявок отражают не только энергетический метаболизм и их участие в синтезе белка, но и комплекс приспособительных реакций организма на сезонные понижения температурного режима окружающей среды (Нохрина и д
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.