ВОПРОСЫ ИХТИОЛОГИИ, 2007, том 47, № 4, с. 562-565
УДК 597.554.3.591.111.2
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЕМОГЛОБИНА КАРАСЯ
CARASSIUS CARASSIUS
© 2007 г. И. М. Камшилов, Т. Б. Камшилова
Институт биологии внутренних вод РАН - ИБВВ, Борок Ярославской области
E-mail: kim@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 31.05.2006 г.
Исследовано влияние температуры на функциональные свойства гемоглобина карася Carassius car-assius. Показано увеличение сродства гемоглобина к кислороду при повышении температуры (с 12.0 до 33.4°С) при рН буферного раствора 6.6 и молярности 0.05 М и 0.005 М. Под воздействием температуры эффект Бора не изменяется, его величина остается постоянной и с увеличением молярности буферной системы с 0.005 М до 0.05 М.
Влияние температуры на функциональные свойства гемоглобинов позвоночных животных достаточно хорошо изучено. Не являются исключением и рыбы (Black et al., 1966; Cameron, 1971; Иржак, 1975; Mehner, Wieser, 1994; Franklin et al., 1995). Как известно (Проссер, Браун, 1967), интенсивность обмена у пойкилотермных животных напрямую зависит от температуры: при повышение ее на 10°С он увеличивается в 2.5 раза (в физиологических пределах). Такая же зависимость существует и для функциональных свойств гемоглобина; повышение температуры действует подобно закислению или воздействию С02, уменьшая сродство гемоглобина к кислороду (Иpжaк, 1975). Повышение температуры ослабляет связь между гемоглобином и кислородом, и эта связь легче разрывается, а именно - гемоглобин быстрее отдает кислород (Шмидт-Ниельсон, 1982).
Влияние температуры на рыб напрямую связано с количеством растворенного в воде кислорода. Так, исходя из простых законов физики, увеличение температуры вызывает снижение концентрации кислорода в водоеме.
Среди костистых рыб, обитающих в бассейне Рыбинского водохранилища, золотой карась Carassius carassius - одна из самых интересных, с точки зрения выживания, рыб. Золотой карась способен жить в заболоченных водоемах с малым содержанием кислорода и переносить как очень низкие значения температуры, зимой буквально вмерзая в ил, так и очень высокие (Никольский, 1971; Вилер, 1983; Шатуновский и др., 1988). Может населять водоемы, в которых в виду неблагоприятных условий является единственным представителем рыб (Юдкин, 1970).
Гемоглобин карася по сравнению с изученными нами ранее видами рыб (Камшилов, Камшилова, 2001) наиболее устойчив к воздействию внешних факторов. Влияние температуры на функциональные свойства рыб описано рядом авторов (Black et al., 1966; Cameron, 1971; Иржак, 1975). В свое время и мы обратили внимание на увеличение величины полунасыщения гемоглобина кислородом (P50) в летний период у гемоглобинов осетровых Acipenseridae (Камшилов, 2000). В литературе существует мнение, что кратковременная компенсация отрицательных эффектов повышения температуры осуществляется за счет усиления вентиляции и кровообращения (Sebert et al., 1995; Van Rooij, Videler, 1996), а вслед за этим приходит черед клеточных и молекулярных адаптивных реакций. Одна из них - увеличение числа циркулирующих в крови эритроцитов, а другая -изменение регуляторной функции гемоглобина за счет внутриклеточных модуляторов сродства гемоглобина к кислороду, таких как АТФ и другие органические фосфаты.
В связи с вышеизложенным была поставлена задача исследовать влияние резкого изменения температуры на функциональные свойства гемоглобина золотого карася, так как изменение температуры напрямую связано и с изменением концентрации растворенного в воде кислорода, и с изменением интенсивности обмена веществ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Исследования проводили на половозрелых особях карася массой 150-200 г, отловленных в обвалованном водоеме на территории п. Борок Ярославской области. Всего проанализировано 30 особей. Рыб содержали в лабораторном аквариуме в течение двух недель при температуре во-
р02(мм рт. ст.)
Рис. 1. Изменение кривых кислородного равновесия гемоглобина карася Carassius carassius при разной температуре (12.5 и 33.4°С), рН (6.6 и 7.2) и молярно-сти калий-фосфатного буфера 0.05 М.
р02(мм рт. ст.)
Рис. 2. Изменение кривых кислородного равновесия гемоглобина карася Carassius carassius при разной температуре (12.5 и 33.4°С), рН (6.6 и 7.2) и молярно-сти калий-фосфатного буфера 0.005 М.
ды 12.0-15.4°С. Затем часть рыб забирали на анализ, а температуру воды в течение 5 сут поднимали до 27.0-33.4°С. После 2-дневного воздействия высокой температуры гемоглобин оставшихся особей также подвергали исследованию. Отбор проб крови, отмывку эритроцитов, приготовление раствора гемолизата проводили общепринятыми методами. Функциональные свойства гемоглобина определяли спектрофотометрическим методом, описанным ранее (Камшилов, 2001), при 2 молярностях калий-фосфатного буферного раствора (0.005 и 0.05 М) и 2 значениях рН (7.2 и 6.6).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Кривые кислородного равновесия гемоглобина карася при температуре 12°С и рН 6.6 при обеих исследуемых молярностях имели характерную S-образную форму. При рН 7.2 кривая кислородного равновесия имеет гиперболическую форму: тем более выраженную, чем меньше молярность буферного раствора, что говорит о резком увеличении сродства гемоглобина к кислороду. Причем в выборке встречались рыбы как с относительно высоким (Р50 5.0 и 36. 2 мм рт. ст. соответственно при рН 7.2 и 6.6), так и с относительно низким сродством к кислороду (Р50 10.3 и 65.8 мм рт. ст. соответственно при рН 7.2 и 6.6). Таким образом, предельные значения этого показателя у исследованных карасей при каждой величине рН отличались практически в 2 раза.
Повышение температуры воды привело к сдвигу кривых кислородного равновесия влево от исходных при всех значениях рН и молярности (рис. 1, 2). При рН 6.6 и обеих молярностях вели-
чина полунасыщения гемоглобина кислородом после увеличения температуры более чем в 2 раза статистически достоверно уменьшилась, что свидетельствует о возрастании сродства гемоглобина к кислороду при этом значении рН. Следует отметить, что при рН 7.2 у некоторых рыб гемоглобин не смог полностью дезоксигенироваться. Так, у 2 из 14 рыб гемоглобин дезоксигенировал-ся лишь на 50-55%, что свидетельствует о значительном уменьшении нормы реакции гемоглобина при повышении температуры воды. Кроме того, у одной рыбы гемоглобин частично (около 70%) находился в метформе, т.е. большая часть гемоглобина была функционально неактивна, и
%ньо
100 -
90 -
80 -
70 -
60 -
50 -
40 -
30 -
20 -
10 -
0
0.05М
12.5°С 005М 33.4°С
0.4 06 0.8 1.0 1.2 1.4 Величина эффекта Бора
Рис. 3. Влияние температуры на величину эффекта Бора гемоглобина карася Carassius carassius при разной молярности калий-фосфатного буфера.
2
564
КАМШИЛОВ, КАМШИЛОВА
рыба, по-видимому, находилась в состоянии, близком к летальному, хотя нарушений в поведении обнаружено не было.
Низкое значение рН при обеих молярностях буферного раствора вызывало сдвиг кривых диссоциации оксигемоглобина вправо от исходных, что свидетельствует о наличии эффекта Бора (рис. 3). Показатель молярности не влиял на величину эффекта Бора (статистически значимые отличия не обнаружены). Вместе с этим, необходимо отметить, что изменение эффекта Бора при более чем 2-кратном увеличении температуры не наблюдалось. Кривые, характеризующие величину эффекта Бора, статистически достоверно не отличаются друг от друга при разных значениях температуры.
ОБСУЖДЕНИЕ
Как уже отмечалось во введении, повышение температуры приводит к уменьшению сродства гемоглобина к кислороду (Иржак, 1975). Такая зависимость была обнаружена ранее (Лукьянен-ко и др., 2000) при исследовании влияния сезонного фактора на функциональные свойства гемоглобина леща Abramis brama. Так, при рН 7.2 и молярности 0.005 М сродство гемоглобина к кислороду у рыб, отловленных весной и летом, практически не отличалось и было равно соответственно 17.24 и 17.44 мм рт. ст. При более низком значении рН (6.6) отмечено резкое падение показателя Р50: весной до 37.5 ± 2.66, летом - до 61.7 ± ± 6.75 мм рт. ст. Это свидетельствует о снижении сродства гемоглобина леща к кислороду в летний период, а именно - в период наибольшего прогрева воды.
Надо отметить, что результаты исследования функциональных свойств гемоглобина карася не согласуются как с литературными (Шмидт-Ни-ельсон, 1982; Иржак, 1975; и др.), так и с данными, полученными нами ранее при исследовании сезонной динамики гемоглобинов осетровых рыб (Камшилов, 2000). У всех исследованных нами ранее проходных осетровых рыб, таких как русский осетр A. guldenstadti, белуга Huso huso и севрюга A. stellatus, сродство гемоглобина к кислороду снижается в летний период и увеличивается к зиме. Другими словами, с увеличением температуры сродство гемоглобина к кислороду снижается, а Р50 соответственно возрастает. По данным Кор-жуева (1964), гемоглобин тунца Thunnus thynnus отличается от многих других гемоглобинов тем, что реакция его с кислородом практически не зависит от изменений температуры. У гемоглобина сомика Ictalurus nebulosus при тепловой акклима-ции повышается сродство гемоглобина к кислороду; молекулярной основой этого эффекта, по-видимому, служит какое-то изменение в составе интактных эритроцитов (Grigg, 1969).
При исследовании функциональных свойств гемоглобина карася было обнаружено, что сродство гемоглобина к кислороду увеличивается при повышении температуры.
Известно, что золотой карась отличается особенной привязанностью к водоемам с илистыми грунтами. На зиму он может закапываться в ил и выживать даже тогда, когда в холодные бесснежные зимы мелкие стоячие водоемы промерзают до самого дна. Такую же стойкость караси проявляют и при летних засухах, когда озера и болота полностью пересыхают (Решетников, 2002); они способны зарываться в ил на глубину до 70 см (Лeбeдeв и др., 1969). Благодаря необыкновенной выносливости к неблагоприятным факторам и качеству воды они способны временно переносить резкое уменьшение количества растворенного в воде кислорода вплоть до полного исчезновения этого газа, часто являясь единственным представителем ихтиофауны вод
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.