Одной из важных проблем биологии является выяснение молекулярных основ процессов жизнедеятельности живого организма. При этом оценить направленность и интенсивность процессов внутриклеточного метаболизма, изменяющихся под воздействием различных эндо- и экзогенных факторов, можно по сдвигам в активности ферментов.
В животной клетке одним из наиболее мобильных обменов веществ является углеводный, а функциональное состояние клетки определяет интенсивность, как гликолиза, так и пентозофосфатного пути (ПФП) окисления глюкозы. Так, ключевым и скорость лимитирующим ферментом апотомического пути окисления углеводов является глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (Г-6-ФДГ) [4, с. 3-4]. Данный фермент относится к типичным цитозольным энзимам, присутствующим во всех клетках органов и тканей [7, с. 95-104; 8, с. 375-383]. Наиболее высока каталитическая активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и, следовательно, пентозофосфатного пути окисления глюкозы в эритроцитах, клетках печени, почек, легких, сердца, тонкого кишечника, поджелудочной железы, семенников, молочной железы в период лактации и т.д. [5, с. 3-4]. Установлено, что активность Г-6-ФДГ сопряжена с различными процессами в организме млекопитающих. Например, фермент играет значительную роль в регуляции роста клеток и их жизнеспособности, так как активные микрофиламенты цитоскелета клеток находятся в тесной ассоциации с ним. Поэтому, активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы можно рассматривать как механизм обеспечения компартментолизации основных биосинтетических процессов в цитоплазме [3, с. 81-85; 9, с. 318-375].
В гуманной медицине имеются исследования, посвященные оценке роли Г-6-ФДГ в процессах старения клеток и биотрансформации канцерогенных и лекарственных веществ [1, с. 451-456; 2, с. 33-38; 4, с. 3-4; 6, с. 12-15]. Однако закономерности возрастной изменчивости фермента в организме кур-несушек не изучены.
В связи с этим целью наших исследований явилось изучение особенностей возрастной динамики активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в организме кур кросса «Ломан-белый».
Материалы и методы. Экспериментальная часть работы выполнена на базе ОАО «Челябинская птицефабрика» и в лаборатории органической, биологической и физколлоидной химии ФГОУ ВПО «УГАВМ» в 2014 г. Объектом исследований служили куры-несушки одновозрастного промышленного стада кросса «Ломан-белый» в ходе яйцекладки, которые содержались в основных производственных корпусах, оборудованных клеточными батареями.
Материалом исследований служила кровь, которую брали утром из подкрыльцовой вены птиц в возрасте 28, 56 и 80-ти недель в ходе первого технологического цикла. В крови определяли активность фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, глюкозы кинетическим методом с использованием наборов реагентов «ЭКО-сервис» и «Sentinel». Экспериментальный цифровой материал был подвергнут статистической обработке на ПК с помощью табличного процессор «MicrosoftExcеl – 2003».
Результаты и их обсуждение. Физиологическая роль Г-6-ФДГ заключается в обеспечении внутриклеточных биосинтетических процессов и работы глутатионпероксидазной / глутатионредуктазной антиоксидантной системы восстановительными эквивалентами NADPH. Кроме того, ПФП окисления глюкозы является источником рибозо-5-фосфата, использующегося в синтезе нуклеиновых кислот, и эритрозо-4-фосфата, необходимого для синтеза ароматических аминокислот [4, с. 3-4].
Таблица – Возрастная динамика Г-6-ФДГ в крови кур, Х±Sx (n=9)
|
Возраст несушек, нед. |
|||
| Показатель | 28
(начало яйцекладки) |
56
(пик яйцекладки) |
80
(конец яйцекладки) |
| Г-6-ФДГ, Е/л | 41,29±2,27 | 15,32±2,29*** | 11,74±1,42*** |
| Глюкоза, ммоль/л | 15,42±1,01 | 14,28±0,47 | 7,62±0,90*** |
| Глюкоза / Г-6-ФДГ, усл. ед. | 0,37±0,04 | 0,93±0,16*** | 0,65±0,12* |
Примечание: ** – р<0,01; *** – р<0,001 по отношению к 28-недельному возрасту
Мы установили, что в 28-недельном возрасте несушек (начало яйцекладки) концентрация глюкозы составила 15,42±1,01 ммоль/л, активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы — 41,29±2,27 Е/л. При этом соотношение между глюкозой и Г-6-ФДГ, характеризующее долю глюкозы, окисляющейся в организме несушек апотомическим путем, было равно 0,37±0,04 усл. ед. (табл.). Это позволяет утверждать, что в начале репродуктивного периода ПФП окисления глюкозы имеет наивысшую интенсивность, и активность фермента отражает обеспеченность клеток организма NADPH, использующихся в биосинтетических процессах. Аналогичные данные были получены [4, с. 3-4], установившей наличие кооперативных эффектов между ферментом и NADPH во фракциях эритроцитов кроликов. Следовательно, в 28-недельном возрасте в организме несушек анаболические процессы имели максимальную интенсивность, что являлось следствием становления репродуктивной функции на фоне продолжающегося роста организма.
В 56-недельном возрасте (пик яйцекладки) кур каталитическая активность глкюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, по сравнению с 28-недельным возрастом, снизилась в 2,69 раза (р<0,001), несмотря на сохранение в крови несушек концентрации глюкозы (табл.). При этом соотношение между глюкозой и Г-6-ФДГ увеличилось в 2,51 (р<0,001) раза и составило 0,93±0,16 усл. ед. Логично предположить, что в данном возрасте большая часть глюкозы в организме кур окисляется не апотомическим путём, а в ходе аэробного гликолиза, что сопровождается образованием повышенного количества энергии в виде АТФ, являющегося конкурентным ингибитором фермента. Левенкова М.В. (2006) [5]также установила, что АТФ, хотя и не влияет на скорость реакции, катализируемой Г-6-ФДГ в эритроцитах, но уменьшает сродство фермента к субстрату.
В 80-недельном возрасте (конец яйцекладки) активность Г-6-ФДГ в крови кур была минимальной за весь период исследований и составила 11,74±1,42 Е/л, что было меньше в 3,52 раза, чем в 28-недельном возрасте и в 1,30 раза, чем в 56-недельном. Снижение активности фермента сопровождалось и уменьшением концентрации глюкозы в крови несушек, что отразилось на соотношении глюкозы и Г-6-ФДГ (табл.). Следовательно, в данный период онтогенеза в организме кур снова возрастает, по сравнению с 56-недельным возрастом, интенсивность пентозофосфатного пути окисления глюкозы. Возможно, это обусловлено потребностями глутатионпероксидазной / глутатионредуктазной антиоксидантной системы, обеспечивающей детоксикацию пероксида водорода.
Таким образом, результаты наших исследований показали, что каталитическая активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в крови уменьшается с возрастом несушек и отражает соответствующее изменение интенсивности пентозофосфатного пути окисления глюкозы в клетках их организма, а также количество образующихся восстановительных эквивалентов в виде NADPH. Это, косвенно, свидетельствует о снижении доли анаболических процессов в организме кур от начала к концу яйцекладки.
Список литературы:
- Байтаева Д.А., Бессмельцев С.С. Обмен порфиринов при вторичной печёночной порфирии у больных с наследственным дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрпогеназы // Казанский медицинский журнал. – 2012. – Т. 93. — №3. – С. 451-456.
- Ганусова Г.В. Возрастные особенности активности NADP-зависимых дегидрогеназ и содержания цитохромов Р-450 и В5 в печени крыс при развитии оксидативного стресса, вызванного хлоридом кобальта // Вісник Харківського національного університету ім. В.Н.Каразіна (Серія: біологія). — 2005. — Вип. 1-2. — №709. — C. 33-38.
- Закиян С.М., Нестеров Т.Б., Матвеева Н.М. Выявление локализации глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в фибробластах полевок и мыши, и в миобластах крысы с помощью моноклональных антител против глюкозы-6-фосфатдегидрогеназы // Цитология. – 1993. – Вып. 35. — № 2. – С. 81-85.
- Лакомая Ю.А. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа при старении эритроцитов: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Тюмень: ТГУ, 2006. – 25 с.
- Левенкова М.В. Свойства и регуляция активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в условиях оксидативного стресса при токсическом поражении печени крыс: автореф. дис. … канд. биол. наук. — Воронеж: ВГУ, 2006. – 25 с.
- Хижнева О.А., Дерхо М.А., Середа Т.И. Особенности активности Г-6-ФДГ в организме мышей при сочетании оксидативного и вибрационного стресса / Инновационные процессы в научной среде: сб. статей межд. науч.- практ. конф. – Уфа: Аэтерна, 2014. – С. 12-15.
- Herbert M., Burchard С., Schuarren C. A. Survey for isoenzymes of glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phosphogluconate degydrogenase in C3-C4 and Grassulaceas – Acid metabolism plants, and green algae // Planta. – 1979. – Vol. 145. — P. 95-104.
- Luzzatio L. Glucose-6-phosphate dehydrogenase // Italich. I. of Biochem. – 1986. – Vol. 35. – P. 375-383.
- Oka K.I., Takaihashe T.V., Hori S.H. Differential effects of the NADPH/NADP ratio on the activities of hexose-6-phosphate dehydrogenase and glucose-6-phosphate degydrogenase // Diochem. Diophys. Acta. – 1981. – Vol.662. – P. 318-375.[schema type=»book» name=»ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ В ОРГАНИЗМЕ КУР КРОССА «ЛОМАН-БЕЛЫЙ»» author=»Дерхо Марина Аркадьевна, Середа Татьяна Игоревна, Закржевская Кристина Сергеевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-19″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]