В експериментальних умовах було досліджено дію гіпоксії / аноксії на активність антиоксидантних ферментів в тканинах травної залози Spisula sachalinensis, Crenomytilus grayanus, Patinopecten yessoensis, Littorina mandschurica, Tegula rustica. Виявлено видові відмінності в реагуванні антиоксидантних ферментів на умови нестачі кисню, що, ймовірно, визначається особливостями умов існування видів.

Анотація наукової статті з біотехнологій в медицині, автор наукової роботи - Істоміна А. А., Довженко Н. В., Бельчева Н. Н., Челомін В. П.


ACTIVITY OF ANTIOXIDANT ENZYMES AT DIFFERENT KINDS OF MOLLUSCUMS IN THE HYPOXIA / ANOXIA CONDITION

In experimental conditions hypoxea / anoxia action on activity antioxidant enzymes in fabrics of digestive gland Spisula sachalinensis, Crenomytilus grayanus, Patinopecten yessoensis, Littorina mandschurica, Tegula rus-tica has been investigated. Specific distinctions in reaction of antioxidant enzymes on conditions of oxygen lack are found out that, possibly, is defined by features of living conditions of kinds.


Область наук:
  • Біотехнології в медицині
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия Самарського наукового центру Російської академії наук

    Наукова стаття на тему 'Активність антиоксидантних ферментів у різних видів молюсків в умови гіпоксії / аноксії'

    Текст наукової роботи на тему «Активність антиоксидантних ферментів у різних видів молюсків в умови гіпоксії / аноксії»

    ?УДК 577.1: 577.41

    АКТИВНІСТЬ АНТИОКСИДАНТНИХ ФЕРМЕНТОВ У РІЗНИХ ВИДІВ МОЛЮСКІВ В УМОВАХ гіпоксії / аноксії

    © 2011 А.А. Істоміна, Н.В. Довженка, М.М. Бельчева, В.П. Челомін Тихоокеанський Океанологічний інститут ім. В.І. Іллічова ДВО РАН, г. Владивосток

    Надійшла до редакції 11.05.2011

    В експериментальних умовах було досліджено дію гіпоксії / аноксії на активність антиокси-дантним ферментів в тканинах травної залози Spisula sachalinensis, Crenomytilus grayanus, Patinopecten yessoensis, Littorina mandschurica, Tegula rustica. Виявлено видові відмінності в реагуванні антиоксидантних ферментів на умови нестачі кисню, що, ймовірно, визначається особливостями умов існування видів.

    Ключові слова: гіпоксія / аноксия, супероксиддисмутаза, каталаза, глутатіонредуктаза

    Розчинений кисень є одним з найважливіших екологічних чинників, що впливає на поширення і життєдіяльність морських організмів. Багато водні безхребетні стикаються з умовами нестачі кисню, внаслідок чого їм властиві певні адаптаційні механізми, що дозволяють вижити в цих умовах [11]. В результаті інтенсивної господарської діяльності відбуваються зміни в гідрохімічних режимі прибережних вод, що призводить до виникнення таких небажаних явищ як гіпоксія або аноксія (недостатнього для більшості організмів вмісту кисню або його відсутність) [3]. Внаслідок цього певний інтерес викликають біохімічні механізми адаптації морських організмів до безкисневим умов. Є переконливі дані, що свідчать про те, що зміна кисневого режиму організму (гіпоксія, ги-пероксія) призводить до активації вільно-радикальних процесів (збільшення продукції активних форм кисню (АФК)) і розвитку окисного стресу [1, 2, 5, 9] . Тому при дослідженні стійкості до гіпоксії особлива увага приділяється антиоксидантної (АО) захисній системі, представленої ферментами і низькомолекулярними компонентами. Зміна активності АТ ферментів, рівня низькомолекулярних антиоксидантів при нестачі кисню є наслідком порушення прооксидант-но-антиоксидантної рівноваги. І компоненти АТ системи прийнято розглядати в якості

    Істоміна Олександра Анатоліївна, молодший науковий співробітник лабораторії морської екотоксикології. Email: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Довженко Надія Володимирівна, кандидат біологічних наук, науковий співробітник лабораторії морської екотоксикології. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Бельчева Ніна Миколаївна, кандидат біологічних наук, провідний науковий співробітник лабораторії морської екотоксикології. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Челомін Віктор Павлович, доктор біологічних наук, старший науковий співробітник лабораторії морської екотоксикології. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    біомаркерів стресу, викликаного гіпоксією-їй / аноксією [10].

    У даній роботі на 5 видах молюсків, що характеризуються різною стійкістю до нестачі кисню, досліджувалася активність 3 антиоксидантних ферментів (супероксіддіс-мутази (СОД), каталази (КАТ), глутатіонредук-тази (ГР)) в умови гіпоксії / аноксії. Мета даного дослідження полягала у виявленні особливостей зміни активності антиокси-дантним ферментів у молюсків при нестачі кисню.

    Матеріали та методи. У роботі були використані двостулкові молюски - мактр сахалінська (Spisula sachalinensis), мідія Грея (Crenomytilus grayanus), приморський гребінець (Patinopecten yessoensis) і черевоногі молюски - літторіна маньчжурська (Littorina mandschurica), тегула проста (Tegula rustica). Експериментальну аноксію створювали при дотриманні молюсків S. sachalinensis і C. grayanus на повітрі з примусово зімкнутими стулками раковин [4] протягом 24 годин, P. yessoensis витримували на повітрі протягом 20 годин, L. mandschurica і T. rustica витримували на повітрі в протягом 30 годин. Молюсків витримували на повітрі при температурі рівній температурі морської води на момент відбору. Тканина травної залози гомогенізували в 0.05 М Тріс-НС1 буфері, рН 8.0, що містить 0,1 мМ фенілметансульфонілфторід, і центрифугували протягом 40 хв при 10 000 об / хв. при + 4 ° С Активність СОД визначали по інгібі-вання реакції окислення НАДН, викликаного супероксидних радикалів [7]. Активність КАТ визначали за реакцією розкладання перекису водню [8]. Активність ГР визначали за реакцією відновлення окисленої форми глута-ції. В якості відновника використовували НАДФН [8].

    Всі цифрові дані представляють собою середнє значення для чотирьох проб ± стандартне відхилення (M ± m). Для двостулкових молюсків кожна проба - окрема особина, для

    Біологічні ресурси: фауна

    черевоногих - об'єднання тканини від 10 особин. Статистична обробка матеріалів виконана з використанням статистичних засобів додатки MS Office Excel. Про достовірність змін досліджуваних параметрів судили по розбіжностям середніх значень, використовуючи критерій Стьюдента. У розрахунках прийнято 5% рівень значущості.

    Результати та обговорення. Результати експериментів показали, що при гипок-сі / аноксии не спостерігалося однотипного зміни активності антиоксидантних ферментів для всіх видів молюсків (табл. 1). Можна виділити 3 способу зміни активності (реагування) антиоксидантних ферментів при ги-Покс / аноксии: 1) збільшення, 2) зниження, 3) підтримання активності на колишньому рівні (табл. 2).

    Перший спосіб реагування (збільшення активності АТ ферментів) спостерігався у S. sa-chalinensis і L. mandschurica. Дані види відрізнялися від інших підвищенням активності СОД (в 3 і 2 рази, відповідно) і ГР (в 2 і 1,5 рази, відповідно). Відомо, що супероксид-дисмутаза є одним з головних ферментів

    антиоксидантного захисту, знешкоджує супероксидний аніон радикал (О2), який утворюються при відновленні молекулярного кисню в процесі аеробного метаболізму. А глутатіонредуктаза є ферментом, що відновлює дисульфидную зв'язок окисленого глутатіону (важливого внутрішньоклітинного Антіокия-сіданта). Мабуть, особливі умови існування цих видів є причиною періодичного посилення продукції АФК в тканинах травної залози. Так, мактр сахалінська тимчасово закопується в грунт і, таким чином, виявляється в умовах гіпоксії / аноксії. А літторіна маньчжурська схильна до постійного щоденного зміни умов проживання на літоралі, що пов'язано з фазами припливу і відпливу. Ймовірно, процес підвищення активності даних антиоксидантних ферментів при гипок-сі / аноксии в експериментальних умовах у даних видів протікає на основі їх здатності швидко реагувати на підвищену індукцію АФК. Ці молюски адаптовані до постійної зміни умов існування і адаптація, можливо, полягає в зміні активності антиоксидантних ферментів.

    Таблиця 1. Зміни в активності АТ ферментів при гіпоксії / аноксії в тканинах травної залози молюсків (М ± т)

    Вид Час, час СОД, ед.ак / мг білка КАТ, мкмоль / хв / мг ГР, нмоль / хв / мг

    білка білка

    К Р / А К Р / А К Р / А

    Spisula sa- 24 308 ± 93 925 ± 196 492 ± 10 345 ± 39 * 58 ± 4 112 ± 5 *

    chalinensis *

    Crenomytilus 24 270 ± 115 362 ± 109 61 ± 19 66 ± 11 78 ± 10 58 ± 12

    grayanus

    Patinopecten 20 88 ± 13 64 ± 29 * 57 ± 9 54 ± 10 21 ± 1 15 ± 2 *

    yessoensis

    Littorina mand- 30 93 ± 3 196 ± 22 * ​​260 ± 60 219 ± 82 3 ± 0.4 5 ± 0.3 *

    schurica

    Tegula rustica 30 56 ± 4 49 ± 4 44 ± 3 53 ± 7 8 ± 0.4 9 ± 1 *

    Примітка: СОД - супероксиддисмутаза, КАТ - каталаза, ГР - глутатіонредуктаза; К - контроль, Г / А - гіпоксія / аноксия; * - достовірні відмінності щодо контролю (п = 4, р<0.05).

    Другий спосіб реагування (зниження активності АТ ферментів) спостерігався у P. ув'-soensis - активність ферментів СОД і ГР була пригнічена на 25% і 30%, відповідно. Приморський гребінець є стенооксіфільним, чутливим до нестачі кисню видом, що живуть у відносно стабільних умовах сублиторали, і завдяки активному пересуванню може йти в більш сприятливі місця при гіпоксії / аноксії. Ймовірно, тому гребінець ні здатний ні до посилення, ні до підтримки активності АТ ферментів на звичайному рівні в стресових умовах гипок-сі / аноксии. Можливо також, що у приморського гребінця в порівнянні з іншими дослідженими нами видами антиоксидантні ферменти виявилися менш стійкими до зміни внутрішньоклітинної середовища при нестачі кисню.

    Таблиця 2. Спрямованість реагування АТ ферментів травної залози молюсків на умови гіпоксії / аноксії

    Вид Час, годинник СОД КАТ ГР

    Spisula sa-chalinensis 24 t 4 t

    Littorina mandschurica 30 t t

    Crenomytilus grayanus 24 ^^

    Tegula rustica 30 t

    Patinopecten yessoensis 20 4 4

    Примітка:] - достовірне збільшення активності ферменту, \ - достовірне зниження активності ферменту, ^ - підтримання активності ферменту на колишньому рівні

    Третій спосіб реагування (підтримання активності АТ ферментів на колишньому рівні) спостерігався у C. grayanus і T. rustica, у яких активність ферментів залишалася незмінною при гіпоксії / аноксії. Як мідія Грея, так і тегула проста є еволюційно-адаптованими до більш постійним умовам існування (обидва види мешкають на сублиторали, ведуть прикріплений і малорухливий спосіб життя відповідно) і не відчувають різкої зміни кисневого режиму, як це спостерігається у літоральних і закопуються молюсків. Внаслідок цього, ймовірно, вони не здатні до швидкої зміни активності анти-оксидантних ферментів. Однак вони здатні підтримувати активність АТ ферментів на нормальному (колишньому) рівні. Можливо також, що в тканинах цих молюсків при тимчасовому посилення утворення АФК в умовах нестачі кисню задіяні, головним чином, низькомолекулярні компоненти антиоксидант-ного захисту [6].

    Висновки: наш експеримент показав, що видові відмінності в реагуванні антиоксидант-них ферментів молюсків на умови гипок-сі / аноксии, ймовірно, пов'язані з особливостями умов їх існування. Дані експерименту також підтверджують можливість використання антиоксидантних ферментів в якості біохімічних маркерів стресового впливу, зокрема гіпоксії / аноксії. Розуміння всіх можливих механізмів реагування компонентів АТ системи - важливий крок для подальших досліджень в області прогнозу виживаності організмів при гіпоксії / аноксії.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

    1. Almeida, E.A. Oxidative stress in digestive gland and gill of the brown mussel (Perna perna) exposed to air and re-submersed / E.A. Almeida, A.C.D. Bainy, A.L.

    Dafre et al. // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 2005. V. 318. P. 21-30.

    2. Chen, M. Immune responses of the scallop Chlamys farreri after air exposure to different temperatures / M. Chen, H. Yang, M. Delaporte et al. // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 2007. V. 345. P. 52-60.

    3. Diaz, R.J. Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems // Science. 2008. V. 321. P. 926-929.

    4. Eertman, R.H.M. "Survival in air" of the blue mussel Mytilus edulis L. as a sensitive response to pollution-induced environmental stress / R.H.M. Eertman, A.J. Wagenvoort, H. Hummel, A.C. Smaal // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1993. V. 170. P. 179-195.

    5. Irato, P. Antioxidant responses to variations in dissolved oxygen of Scapharca inaequivalvis and Tapes philippinarum, two bivalve species from the lagoon of Venice / P. Irato, E. Piccinni, A. Cassini, G. Santovito // Mar. Pollut. Bull. 2007. V. 54. P. 1020-1030.

    6. Pannunzio, T.M. Antioxidant defenses and lipid peroxi-dation during anoxia stress and aerobic recovery in the marine gastropod Littorina littorae / T.M. Pannunzio, K.B. Storey // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 1998. V. 221. P. 277-292.

    7. Paoletti, F. A sensitive spectrophotometric method for the determination of superoxide dismutase in tissue extracts / F. Paoletti, D. Aldinuccio, A. Mocali, A. Carpar-rini // Anal. Biochem. 1986. V. 154. P. 526-541.

    8. Regoli, F. Glutathione, glutathione-dependent and anti-oxidant enzymes in mussel, Mytilis galloprovincialis, exposed to metals under field and laboratory conditions: implications for the use of biochemical biomarkers / F. Regoli, G. Principato // Aquat. Toxicol. 1995. Vol. 31. P. 143-164.

    9. Ross, S.W. Physiological (antioxidant) responses of es-tuarine fishes to variability in dissolved oxygen / S.W. Ross, D.A. Dalton, S. Kramer, B.L. Christensen // Comparative Biochemistry and Physiology. 2001. V. 130. P. 289-303.

    10. Santovito, G. Antioxidant responses of the Mediterranean mussel, Mytilus galloprovincialis, to environmental variability of dissolved oxygen / G. Santovito, E. Piccinni, A. Cassini et al. // Comparative Biochemistry and Physiology. 2005. V. 140. P. 321-329.

    11. Wu, R.S.S. Hypoxia: from molecular responses to ecosystem responses // Marine Pollution Bulletin. 2002. V. 45. P. 35-45.

    ACTIVITY OF ANTIOXIDANT ENZYMES AT DIFFERENT KINDS

    OF MOLLUSCUMS IN THE HYPOXIA / ANOXIA CONDITION

    © 2011 A.A. Istomina, N.V. Dovzhenko, N.N. Belcheva, V.P. Chelomin Pacific Oceanologic institute named after V.I. Ilyichev FEB RAS, Vladivostok

    In experimental conditions hypoxea / anoxia action on activity antioxidant enzymes in fabrics of digestive gland Spisula sachalinensis, Crenomytilus grayanus, Patinopecten yessoensis, Littorina mandschurica, Tegula rustica has been investigated. Specific distinctions in reaction of antioxidant enzymes on conditions of oxygen lack are found out that, possibly, is defined by features of living conditions of kinds.

    Key words: hypoxia / anoxia, superoxide dismutase, catalase, glutathione reductase

    Alexandra Istomina, Minor Research Fellow at the Laboratory of Marine Ecotoxicology. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Nadezhda Dovzhenko, Candidate of Biology, Research Fellow at the Laboratory of Marine Ecotoxicology. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Nina Belcheva, Candidate of Biology, Leading Research Fellow at the Laboratory of Marine Ecotoxicology. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Viktor Chelomin, Doctor of Biology, Senior Research Fellow at the Laboratory of Marine Ecotoxicology. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: Гіпоксія / аноксією / супероксиддисмутази / каталази / глутатіонредуктаза / HYPOXIA / ANOXIA / SUPEROXIDE DISMUTASE / CATALASE / GLUTATHIONE REDUCTASE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити