Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АКТИВНОСТИ ЛИЗОСОМАЛЬНЫХ ГЛИКОЗИДАЗ У ЩУК, ОБИТАЮЩИХ В ВОДОЕМАХ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

Вдовиченко Е.А. 1 Высоцкая Р.У. 1
1 Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук
Проведены исследования по изучению влияния техногенных вод железорудного производства на активность лизосомальных гликозидаз (β-глюкозидазы, β-галактозидазы) и содержание белка у рыб, обитающих в водоемах с разной степенью антропогенной нагрузки. В качестве объектов исследования были выбраны щуки Esox lucius из хвостохранилища Костомукшского ГОКа и оз. Окуневого – первого после хвостохранилища в озерно-речной системе Кенти-Кенто. В него попадают воды, профильтровавшиеся через дамбу, отделяющую оз. Окуневое от хвостохранилища. Воды хвостохранилища отличаются по своему составу от оз. Окуневого, т.к. помимо растворенных минеральных компонентов в них присутствуют остатки горной породы и взвеси. Сравнение проводили с аналогичными биохимическими показателями рыб, выловленных из оз. Каменного, находящегося на территории заповедника и не подвергающегося загрязнению техногенными водами комбината. Показано, что активность β-глюкозидазы понижалась у щук, обитающих в водоемах, испытывающих значительную антропогенную нагрузку, по сравнению с рыбами из чистого водоема. Активность же β-галактозидазы резко возрастала у щук из водоемов, загрязненнных техногенными водами Костомушского ГОКа. Это является особенностью адаптации организма щуки на уровне изученных ферментов по отношению к данному типу минерального загрязнения. Содержание белка практически во всех органах самцов и самок щуки из оз. Окуневого было значительно ниже, чем у рыб из хвостохранилища и оз. Каменного. В работе показана зависимость биохимических реакций от пола и состава техногенных вод.
лизосомальные гликозидазы
β-глюкозидаза
β-галактозидаза
минеральное загрязнение
щука
1. Высоцкая Р.У., Немова Н.Н. Лизосомы и лизосомальные ферменты рыб. – М.: Наука, 2008. – 284 с.
2. Высоцкая Р.У., Немова Н.Н., Вдовиченко Е.А. Лизосомальные гликозидазы в защитных и приспособительных реакциях водных организмов // Проблемы иммунологии, патологии и охраны здоровья рыб. Расширенные материалы III международной конференции. – М.: Изд-во РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева, 2011. – С. 9–13.
3. Лозовик П.А., Куликова Т.П., Мартынова Н.Н. Мониторинг водных объектов республики Карелия в 1992-2000 гг. // Гидроэкологические проблемы Карелии и использование водных ресурсов. – Петрозаводск: Изд-во КарНЦ РАН, 2003. – С. 135–144.
4. Немова Н.Н., Высоцкая Р.У. Биохимическая индикация состояния рыб. – М.: Наука, 2004. – 216 с.
5. Такшеев С.А. Состояние рыбной части сообщества Костомукшского хвостохранилища и его оценка биохимическими методами: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Петрозаводск: Изд-во КарНЦ РАН, 2005. – 23 с.
6. A. van der Spoel, E. Bonten, A. d’Azzo. The journal of biological chemistry. – 2000. – Vol. 275. – № 14. – available at http://www.jbc.org/content/275/14/10035.full.pdf+html.
7. Winchester B. Glycobiology. – 2005. – Vol. 15. – № 6. – available at http://glycob.oxfordjournals.org/content/15/6/1R.full.pdf+html.
8. Spiro R. Glycobiology. – 2002. – Vol. 12. – № 4. – available at http://glycob.oxfordjournals.org/content/12/4/43R.full.pdf+html?sid = d634a708-d6bb-46b7-947d-3c6de269358d.

Водные экосистемы в настоящее время представляют собой наиболее загрязняемые природные объекты, так как в них аккумулируются загрязнения как поступающие со сточными водами промышленных предприятий, так и переносимые с воздушными массами. В Карелии одним из таких объектов, испытывающих значительную антропогенную нагрузку, является озерно-речная система Кенти-Кенто. Основным источником загрязнения данной системы являются сточные воды Костомукшского горно-обогатительного комбината. Верхнее озеро системы (Костомукшское) используется для хранения отходов производства. По химическому составу воды хвостохранилища отличаются высокой минерализацией (с преобладанием ионов калия, сульфатов и гидрокарбонатов), аномальным соотношением щелочных и щелочноземельных катионов и наличием взвеси размолотой горной породы (Лозовик и др., 2003). Следует отметить, что произошедшие за время работы комбината (с 1982 г.) изменения в минеральном составе вод системы Кенти-Кенто привели к существенным изменениям состояния биоты оз. Костомукшского, в частности, к обеднению видового состава ихтиофауны (Такшеев, 2005; Высоцкая и др., 2011). Так как хвостохранилище через р. Кенти связано с 10 другими озерами данной озерно-речной системы, то техногенные воды ГОКа оказывают влияние на экосистемы нижележащих водоемов. Одним из таких озер является оз. Окуневое – первое после хвостохранилища в озерно-речной системе Кенти-Кенто. В него попадают воды, профильтровавшиеся через дамбу, отделяющую оз. Окуневое от хвостохранилища, а также при периодических попусках техногенной воды по отводным каналам. Поэтому в настоящей работе в качестве объектов исследования были выбраны щуки Esox lucius, обитающие в оз. Каменное, на которое не оказывают влияние сточные воды ГОКа, а также в оз. Окуневое и в хвостохранилище. Для исследования были взяты самцы и самки щуки второй стадии зрелости гонад и возраста 5–7 лет.

Рыбы являются наиболее подходщими объектами исследования, позволяющими оценить процессы трансформации водоемов, поскольку показатели состояния популяций и организмов рыб отражают состояние окружающей среды. Ранее в наших исследованиях было показано, что важная роль в клеточных адаптациях к изменению факторов внутренней и внешней среды, в том числе в осуществлении защитных функций организма, принадлежит лизосомальным ферментам, в том числе ферментам углеводного обмена, поскольку углеводы являются самой распространенной группой органических соединений и выполняют в живых организмах множество важнейших функций (Такшеев, 2005; Высоцкая, Немова, 2008). Целью данной работы являлось изучение роли лизосомальных гликозидаз (β-галактозидазы и β-глюкозидазы) в разных органах щук, обитающих в водоемах с разным уровнем загрязнения отходами горнообогатительного комбината.

Активность ферментов и содержание белка определяли в почках, печени, жабрах, гонадах и мышцах рыб. Гомогенаты, приготовленные на 0,25 М растворе сахарозы с добавлением ЭДТА и неионного детергента тритона Х-100, подвергали центрифугированию при 10 000 g на центрифуге с охлаждением. При определении активности β-галактозидазы использовали в качестве субстрата раствор п-нитрофенил-β,D-галактопиранозида, β-глюкозидазы – раствор п-нитрофенил-β,D-глюкопиранозида на цитратном буфере. Активность обеих гликозидаз выражали в микромолях п-нитрофенола, освободившегося в условиях реакции за единицу времени (Высоцкая, Немова, 2008). Полученные результаты обрабатывали общепринятыми методами статистики, оценивая достоверность отличий по критерию U Вилкоксона–Манна–Уитни. Различия считали достоверными при p ≤ 0,05.

Активность β-глюкозидазы у щук из оз. Окуневого и хвостохранилища во всех органах была значительно ниже по сравнению со щуками из оз. Каменного. Активность фермента в печени, жабрах и мышцах у самцов в обоих водоемах, а также в почках самцов из хвостохранилища и гонадах самцов из оз. Окуневого была выше, чем у самок. Уменьшение активности данного фермента может служить следствием нарушения или изменения направленности отдельных реакций углеводного обмена (рис. 1). Следует отметить, что лизосомальные гликозидазы обладают широкой субстратной специфичностью и катализируют не только реакции гидролиза, но и трансгликозилирования. Их природными субстратами являются гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды, полисахариды и другие вещества (van der Spoel et al., 2000, Spiro, 2002; Winchester, 2005). Кроме того, сами лизосомальные ферменты представляют собой гликопротеины. Гликозилированные белки и липиды участвуют в передаче сигналов, регуляции процессов обмена, защите организма от влияния химических и физических факторов. Учитывая вышесказанное, можно предположить их значительный вклад в защитные и приспособительные реакции в условиях воздействия промышленных поллютантов на обитателей водоемов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что адаптивные сдвиги в активности ферментов углеводного обмена под действием отходов железорудного производства происходят, прежде всего, в печени и жабрах самцов – органах, вносящих значительный вклад в приспособительные реакции организма рыб.

В отличие от β-глюкозидазы активность β-галактозидазы во всех органах щук из загрязненных сточными водами ГОКа водоемов была значительно выше по сравнению с особями, обитающими в чистом оз. Каменном (рис. 2). Это может свидетельствовать об активации определенной группы лизосомальных гидролаз и служить следствием вовлечения в адаптивные реакции щуки галактозсодержащих липидов и протеогликанов. Следует отметить, что активность бета-галактозидазы и для самок, и для самцов была примерно одинаковой в незагрязненном отходами ГОКа оз. Каменном, но во всех органах самцов щук из оз. Окуневого была выше, чем у самок. Активность же данного фермента в хвостохранилище во всех органах (кроме печени) была выше у самок. Выявленные различия свидетельствуют о разной чувствительности самцов и самок к разным по составу техногенным водам (в оз. Окуневом присутствует только минеральная составляющая, а в хвостохранилище присутствуют также остатки горной породы и мелкодисперсная взвесь).

pic_61.wmf

Рис. 1. Сравнительная характеристика активности β-глюкозидазы у щук из водоемов с разным уровнем антропогенной нагрузки

pic_62.wmf

Рис. 2. Сравнительная характеристика активности β-галактозидазы у щук из водоемов с разным уровнем антропогенной нагрузки

Содержание белка было минимальным во всех органах щук, обитающих в оз. Окуневом по сравнению с щуками, обитающими в чистом оз. Каменном и хвостохранилище. Происходило увеличение содержания белка в гонадах, жабрах и мышцах щук, обитающих в хвостохранилище, что возможно связано с усилением процесса синтеза белка, в том числе защитных белков у особей, обитающих в водоеме с наибольшей антропогенной нагрузкой (рис. 3).

pic_63.wmf

Рис. 3. Сравнительная характеристика содержания белка в органах самок щук из водоемов с разным уровнем антропогенной нагрузки

Полученные данные показывают, что лизосомальные гликозидазы проявляют высокую чувствительность к изменениям в химическом составе среды обитания рыб. Изменения активности отдельных гликозидаз по отношению к загрязнителям зависели от половой принадлежности и уровня загрязнения водоема. У рыб, обитающих в условиях постоянного воздействия поллютантов, формируется более высокий адаптивный потенциал.

Так, у щук, особенностью реакции этих ферментов на данный тип минерального загрязнения является то, что активность глюкозидазы во всех органах в условиях хвостохранилища и оз. Окуневого значительно снижалась, а галактозидазы – резко возрастала по сравнению с рыбами, обитающими в незагрязненном оз. Каменном (Высоцкая и др., 2011). Это говорит о сходном механизме биохимической адаптации у щук, обитающих в данных водоемах. По содержанию белка в органах щук из изучаемых водоемов различия были недостоверными в почках, но во всех других органах щук из оз. Окуневого наблюдалось значительное уменьшение его содержания, что свидетельствует о резком угнетении процессов биосинтеза белка, и особенно в жабрах. У рыб из хвостохранилища не происходило столь заметного изменения уровня содержания белка, по сравнению с особями из оз. Каменного. Возможно, такая реакция объясняется превалированием минеральной составляющей в загрязнении вод в оз. Окуневом по сравнению с хвостохранилищем, в котором присутствуют значительные количества взвеси размолотой горной породы. В этих условиях происходит ухудшение снабжения кислородом отдельных органов, что является причиной перехода на механизмы анаэробного обеспечения энергией, в которых принимают участие лизосомальные гликозидазы.

Таким образом, исследования показали зависимость биохимических реакций щук от половой принадлежности и состава техногенных вод. В оз. Окуневом эти механизмы биохимических адаптаций рыб сходны с теми, что наблюдаются в хвостохранилище КГОКа.

Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования ИБ КарНЦ РАН при поддержке Программы Президента РФ «Ведущие научные школы РФ» НШ-3731.2010.4 и НШ-1642.2012.4, программ ОБН РАН «Биоресурсы 2009–2011», Президиума РАН «Биоразнообразие 2009–2011», Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Проблемы происхождения жизни и становления биосферы» № 28 (подпрограмма 2) 2012–2014 гг, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»(г.к. № 14.740.11.1034), гранта Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8594.

Рецензенты:

Калинкина Н.М., д.б.н., заведующая лабораторией гидробиологии Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск;

Илюха В.А., д.б.н., профессор кафедры молекулярной биологии, биологической и органической химии эколого-биологический факультета, ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 12.03.2013.


Библиографическая ссылка

Вдовиченко Е.А., Высоцкая Р.У. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АКТИВНОСТИ ЛИЗОСОМАЛЬНЫХ ГЛИКОЗИДАЗ У ЩУК, ОБИТАЮЩИХ В ВОДОЕМАХ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4-5. – С. 1134-1138;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31375 (дата обращения: 13.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074