ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 537.63+591.13
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА АКТИВНОСТЬ ПРОТЕИНАЗ И ГЛИКОЗИДАЗ КИШЕЧНИКА КАРАСЯ Carassius carassius
© 2015 г. В. В. Кузьмина, Н. В. Ушакова, В. В. Крылов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742Ярославская обл., Некоузскийр-н, пос. Борок
E-mail: vkuzmina@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 27.02.2014 г.
На примере карася показано, что пребывание рыб в течение 1 ч в комбинированном магнитном поле с параметрами резонанса для ионов кальция приводит к снижению протеолитической и амило-литической активностей ферментов кишечника. Установлено, что действие комбинированного магнитного поля с параметрами резонанса для ионов калия в течение 1 ч практически не влияет на активность протеиназ, но приводит к снижению амилолитической активности. Отмечено, что в ги-помагнитных условиях уменьшается активность протеаз и гликозидаз. В условиях инверсии вертикальной компоненты геомагнитного поля протеолитическая активность слизистой оболочки кишечника карася снижается, а амилолитическая активность увеличивается по сравнению с контролем. Обсуждаются механизмы действия магнитных полей на активность пищеварительных гидролаз рыб.
DOI: 10.7868/S0002332915010087
Геомагнитное поле (ГМП) — важный экологический фактор, влияющий на биологические системы (Otsuka et al., 2001; Mendoza, de la Pena,
2010). Вся эволюция органического мира происходила на фоне ГМП, параметры которого изменялись в разные периоды геологической истории (Coe, Prevot, 1989; Bogue, Glen, 2010). В течение последнего столетия на естественное ГМП накладываются антропогенные магнитные поля (МП), параметры которых широко варьируют (Leitgeb et al., 2008). При этом ГМП может непосредственно подвергаться антропогенной модификации (Гульельми, Зотов, 1986). Ослабление и изменение направления вектора ГМП могут приводить к различным биологическим эффектам (Krylov et al., 2013).
Слабые переменные МП искусственного происхождения также могут вызывать различные реакции у биологических объектов (Lagroye et al.,
2011). Поскольку на нашей планете постоянно присутствует ГМП, биологические эффекты любых искусственных МП можно считать результатом воздействия комбинированного магнитного поля (КМП), представляющего собой суперпозицию постоянного ГМП и переменного МП. При определенном соотношении таких параметров КМП, как индукция постоянного МП (Bdc), индукция переменного МП (Bac) и частота переменного МП (Fac), возникают резонансоподобные ответы в биологических системах (Lednev, 1991; Леднев, 1996; Белова, Панчелюга, 2010). Существует биофизическая модель, описывающая появление этих эффектов в ответ на действие КМП.
Первичное звено в цепи событий, запускаемых воздействием низкочастотного МП на биосистему, — ионы, лигандированные специфичными центрами ионсвязывающих белков. Связанный ион рассматривается как изотропный заряженный осциллятор. В постоянном МП, в роли которого чаще всего выступает ГМП, возникает прецессия оси вибраций ионного осциллятора. При определенных значениях параметров переменного низкочастотного МП (резонансные условия) изменяется характер прецессии. Это приводит к тому, что воздействие низкочастотного МП с параметрами резонанса для определенного иона приводит к уменьшению константы связывания иона молекулой белка (Леднев, 1996). Многие экспериментальные работы показывают, что наиболее заметные эффекты вызывают именно КМП с параметрами резонанса для биологически значимых ионов (Шувалова и др., 1991; Леднев, 1996; Белова и др., 2010; Канцерова и др., 2013).
Воздействие искусственных МП, модификаций ГМП и гипомагнитных условий на различные поведенческие (Крылов и др., 2013), физиологические (Кгу1оу в1 а1., 2013), биохимические (Канцерова и др., 2013), молекулярно-биологиче-ские (Ной в1 а1., 2012) и другие показатели у различных биологических объектов в настоящее время активно изучаются. Однако влияние этих факторов на ферментные системы пищеварительного тракта рыб описано в единичных публикациях и касается лишь гликозидаз (Голованова и др., 2006, 2013). Вместе с тем ферментные системы пищеварительного тракта, будучи одними из самых древ-
них, исключительно важны для функционирования не только отдельных организмов, но и их сообществ (Barrington, 1957; Fange, Grove, 1979; Уголев, Кузьмина 1993; Кузьмина, 2005). При этом важно сопоставить влияние указанных выше магнитных условий на различные ферментные системы.
Цель работы — изучение влияния КМП с параметрами резонанса для ионов кальция и калия, а также гипомагнитных условий и инверсии вертикальной компоненты ГМП на активность проте-иназ и гликозидаз, обеспечивающих деполимеризацию белковых и углеводных компонентов пищи в кишечнике рыб.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперименты были проведены летом 2012 г. Объектом исследования был обыкновенный карась Carassiuscarassius (L.) массой 5.6 ± 1.2 г, выращенный в прудовом хозяйства "Сунога" ИБВВ РАН. Рыб до экспериментов содержали в аквариумах с проточной водой при температуре 20 ± 2°С. Во всех экспериментах рыб делили на две группы (контроль и опыт), состоящие из четырех или пяти особей. Рыб помещали в стеклянные емкости объемом 3 л с отстоянной водопроводной водой. Эксперименты с каждым вариантом изучаемого МП были проведены в трех повторностях.
В экспериментах использовали четыре различных МП: КМП с параметрами резонанса для ионов кальция; КМП с параметрами резонанса для ионов калия; инвертированное ГМП и гипо-магнитные условия. В качестве контроля для всех экспериментов использовали естественное ГМП. Для создания гипомагнитных условий и инвертированного ГМП были использованы кольца Гельмгольца (диаметр 0.5 м) и источник постоянного тока (АКИП-1103, Manson Engineering Industrial Ltd, Китай). Перед каждым экспериментом с помощью трехкомпонентного магнитометра НВ0302А (НПО ЭНТ, С.-Петербург) были определены напряженность и направление вектора ГМП в месте проведения экспериментов (интенсивность 51.7 мкТ, наклонение 72.05°). После этого в месте проведения экспериментов размещали систему колец Гельмгольца таким образом, чтобы ось системы совпала с направлением вектора ГМП.
Для создания гипомагнитных условий на обмотку колец Гельмгольца подавали ток такой силы, чтобы генерируемое МП было равным по силе и противоположно направленным вектору ГМП. При этом в центре системы колец Гельм-гольца за счет суперпозиции генерируемое постоянное МП в значительной степени компенсирует ГМП. Для создания условий инвертированного ГМП на обмотку колец Гельмгольца подавали ток
такой силы, чтобы генерируемое МП было вдвое сильнее и направлено противоположно вектору ГМП. Непосредственно перед каждым экспериментом и после него параметры экспериментальных МП в центре системы колец Гельмгольца контролировались с помощью магнитометра НВ0302А (НПО ЭНТ).
Влияние переменных МП на активность про-теиназ и гликозидаз в кишечнике рыб изучали в экспериментах с использованием КМП с параметрами резонанса для ионов кальция (Bdc = 24.2 мкТ, Bac = 44.5 мкТ, Fac = 18.5 Гц) и калия (Bdc = 24.2 мкТ, Bac= 44.5 мкТ, Fac = 28.5 Гц — третья гармоника основной частоты). В опытах использовали синусоидальное МП. Сигнал создавался в генераторе Г6-28 (Радиоприбор, Москва) и поступал на кольца Гельмгольца диаметром 0.3 м, в рабочем объеме которых проводились эксперименты. Значения сигнала контролировали с помощью магнитометра НВ0599Б (НПО ЭНТ) непосредственно перед каждой экспозицией и после нее.
Поскольку интенсивность генерируемого низкочастотного МП 44.5 мкТ была максимальной для данной комбинации генератора и пары колец Гельмгольца, была использована другая пара колец Гельмгольца (диаметром 0.5 м), подключенная к источнику постоянного тока АКИП-1103. Это позволяло понизить интенсивность ГМП до 24.2 мкТ и добиться условий "параметрического резонанса в биосистемах" (Леднев, 1996). Первая пара колец Гельмгольца была размещена в центре второй. Оси обеих пар колец были коллинеарны одна другой, а также ГМП. Значения индукции постоянного МП в экспериментальной установке проверялись с помощью магнитометра НВ0599Б непосредственно перед каждой экспозицией и после нее.
Для получения ферментативно активных препаратов у рыб вскрывали брюшную полость, изымали и помещали на ледяную баню висцеральные органы. Кишечники очищали от жира и осушали фильтровальной бумагой. Кишки, содержавшие химус и слизистую оболочку, разрезали на небольшие фрагменты и тщательно перемешивали. Затем отбирали требуемое количество материала для приготовления исходного гомогената. Навески тканей гомогенизировали в стеклянном гомогенизаторе, используя раствор Рингера для холоднокровных животных (103 ммоль/л NaCl, 1.9 ммоль/л KCl, 0.45 ммоль/л CaCl2, 1.4 ммоль/л NaHCO3, рН 7.4) при температуре 0-4°С. Для этого стеклянный гомогенизатор помещали в стакан со льдом. Затем полученный гомогенат разводили раствором Рингера (1 : 99).
Общую амилолитическую активность (АА, суммарная активность а-амилазы, КФ 3.2.1.1, глю-коамилазы, КФ 3.2.1.3, и ферментов группы маль-таз, КФ 3.2.1.20) определяли методом Нельсона в
л н о
о «
m
IS
м
ce «
ce «
m
H «
<D
S
р
e
(а)
40
30
20
10
(б)
Рис. 1. Влияние КМП с параметрами резонанса для ионов кальция и калия на протеолитическую (а) и амилолитическую (б) активности ферментов кишечника карася. 1 — контроль; 2 и 3 — действия КМП с параметрами резонанса для ионов кальция в течение 1 и 2 ч соответственно; 4 — действие КМП с параметрами резонанса для ионов калия в течение 1 ч. * — р < 0.01, для рис. 1 и 2.
модификации Уголева и Иезуитовой (1969). Общую протеолитическую активность (ПА, преимущественно активность трипсина, КФ 3.4.21.4) оценивали по увеличению концентрации тирозина методом Ансона (Anson, 1938) в некоторой модификации. Для определения АА и ПА в качестве субстратов использовали соответственно 1%-ный раствор растворимого крахмала (рН 7.4) и 1%-ный раствор казеина (рН 7.4), приготовленные на растворе Рингера. Инкубацию гомогената и субстрата осуществляли при 20°С в течение 30 мин при непрерывном перемешивании в 4—5 повторностях. Об уровне
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.