Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эволюционные и экологические аспекты развития коллагеновых структур

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Эволюционные и экологические аспекты развития коллагеновых структур"

. ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕ^ШЙ^Ш^РСИТЕТ на правах рукописи

НИКИТИНА НАТАЛЬЯ АСКОЛВДОВНА

ЭВОЛЮЩОННЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ КОЛЛАГЕНОШХ СТРУКТУР

' 03,00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Харьков - 1992

Работа выполнена в отделе молекулярной биологии и биохимии онтогенеза НИИ биология Харьковского университета

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

академик ЛН Украины, доктор биологических наук, профессор Никитин Владимир Николаевич

кандидат биологических наук Перский Евгений Эфроимойич

член-корреспондент ЛН Украины, доктор медицинских наук, профессор Белоус Аполлон Максимович

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Френкель Людмила Абрамовна

Ведущая организация: НШ геронтологии МОЗ Украины, г.Киев

Защита состоится " аУ^^Д-^ 199 ^г. на заседании специализированного совета К 05Й.06.07 Харьковского государственного университета /310077, г, Харьков, пл. Свободам 4, аудитория 3-15/ Ъ " /¿>" час. "/5" мин.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной. библиотеке Харьковского государственного университета.

Автореферат разослан "/^ ": 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета А.В.Некрасова

: „. . - — ' !

Общая Характеристика работы

' i

Актуальность проблей;. Система соединительно! ткани играет j важную роль в развитии и старении животного организма^ его 'ответе1 на стрессорнве воздействия, адаптации к условиям внешен среды. ; Существенное, а часто и определяющее значение в осуществлении этих!

■ функции соединительной ткани имеет коллаген - один из ее основных . структурных компонентов. В настоящее время некоторые механизмы

участия коллагена в возрастном развитии соединительной ткани исследованы хиъ у высших позвоночных. Наиболее подробно изучены три таких механизма, познваяипх структурную стабильность соединительной ткани и являпцихся конечными' этапами различных возрастных изменений обмена коллагена. 2то - нарастание иэсси коллагена в органах в период их роста, возрастное повышение количества попе-.речных-ковелентннх сшивок в коллагене и изменение в онтогенезе его изомолекулярного состава в органах. Однако -биологическая роль этих процессов, в первуп очередь, смены нзоформ коллагена в раз-вивашдемся организма не совсем ясна /Слуцкий Л.И., 1985; ПерсмП Е.Э., Утевская I.A., 1977, 1986/. |

Что же касается механизмов участия коллагена в процессах j адаптации организма к условиям внешеЙ среди, то они практически неизвестна, ■ К установлений!!' фактам относится хоросая корреляция

■ между температурой денатурации коллагена, являющейся характеристи-j . 'кой его структурной стабильности, и. температурой тела у гомойо- I

- термных или 1 температурой среды обитания у пойкплотермных живот- | них. В основе этого явления-лекит линейная корреляция ыекду темпе-i ратурой денатурации коллагена и удельным содержанием- в нем имино-j кислот» При этом основной вклад в эту .корреляция вносит- 4-окси- |, пролин /Äigfy Привалов ПЛ., 1985; Есипова Н.Г. с j

соавт., 198I, 1992; Бурдяанадзе Т.В., 1990, 1991/. Приведенные i факты, однако, относятся лишь к нпвотньш различных систематиче-сг.их групп, у которых описанная -'адаптация возникла в течение дли- j тельного времени-в процессе эволюции. В то яе время механизмы ! 'быстрого ответа коллагеновых образований на изменения температуры j; внесшей среды остаются неисследованными. Неизвестно, существуют i ли. общие механизмы перестройки коллагеновых структур, лежащие в основе каК-их возрастных изменений, так и адаптации к внешним л условиям, До последнего времени-не были исследованы возрастные особенности такой адаптации, неизвестны эволюционные аспекты, воз-| ннкновения адоптпи-шх переотроек коллзг'.г.сепх образований. '.'

Ответ:: не эти вопроси необхо;'и::ь: как дгя пошг&ния вагшеЯ-шкх сторон рязвктйя и старзиия енестного оргзнизна, гак и для поникания основ его адаптации к различный условиям среди обитания, а пх решение кевозггокно Лез выяснения иолзкуляркых иеханиз- • мог изменений структура и- свойств коллагена в процессе сдаптэцип соединительно?! ткапл к эти« ус-ксш; го-, рсзкчп этеепах онтогенеза. Практическое зьясвение еткх ¡»опросов гоз.,!о:;по при псслгдогяппи возрастных особенностей структуры и свойств коллагена в процессе адаптации к различным условиям среды обитания у ливотиых различных систематических групп.

Цели и задачи исследования. Целями настоящей работа были: проведение сравнительного изучения механизмов возрастных изменений коллагеноззых структур у ¡¡квотных различных систематических групп, выявление механизмов структурной адаптации коллагеиовых образований к"действию экологических факторов - образа кизни /водного и наземного/ и температуры среди обитания, а такие выяснение закономерностей становления механизмов возрастного развития коллагена и его адаптации к различным условиям существования в процессе эзолвции.

При это а решались следулщие задачи:

1. Изучить изменения струкгурь коллагена на молекулярном и надмолекулярной уровнях у животных различных систематических групп /представителей типов: Губки, Членистоногие, Коллвски, Иглокожие, Хордовые/ разного возраста, исследуя концентрации коллагена в органах, его термостабильность и степень поперечного ковалентного связывания. ■

2. Выяснить биологический смысл смены изофорн коллагена в процессе возрастного развития высших позвоночных, оценив структурные характеристики коллагенов типа I и I из коки крыс 'На основе калорииетрпческих измерении термодинамических параметров денатурации этих коллагенов.

3. Изучить влияние водного и наземного образа лизни на струк-. туру коллагена, исследуя его концентрация и термостабильность -в коне плотвы обыкновенной, окуня речного, лягушки'озерной, кабы зеленой, чесночницы обыкновенной, ящерицы прыткой.

Изучить влияние температуры среды обитания на обмен и ; структуру коллагена * на молекулярном и надмолекулярном уровнях ' в коке, позвоночнике и хвостовон плавнике у гаибузии обыкновенной[,

I- '

разного возраста, исследуя уровень включения радиоактивного про-лина в коллаген, интенсивность гидроксилирования пролина в иен, общую концентрацию коллагена и субьединичгшл состав продукто в его тепловой денатурации.

Научная новизна. Зпервые получена данные о возрастном повышении концентрации кол/егена н степени его поперечного скязк- 1 Еания в органах представ ¡.телеА четырех типоз беспозвоночных и трех классов низших позвоночных.. Показаночто у свободно анвущпх личинок низших позвоночных /головастики чесночппцн обыкновенной/ концентрация коллагена в постоянных органах /кишечник/ растет на протяиенки всего периода "дачшочнбго' '.развития, а во временных органах /нкицы и хорда хвоста/, нарастая на началы-шх стадиях развития, снижается на стадиях резорбции.

Установлено, что у низших позвоночных, ведущих назенпш образ нкзни, степень поперечного связывания коллагена коки впше, чем у тех, которые обктапт в водной среде. Концентрация коллагена в коке у ¿шх не зависит от среди обитания.

• На примере гамбузии продемонстрировано, что повышение тендера тури среды обитания приводит к активации синтеза коллагена, по-''вышенно интенсивности гидроксилирования пролнна в нем, увеличении концентрации и степени его поперечного связывания во всех иссле- ■ довашшх органах. Степень/всех изменений обмена к структуры кол- ; лагена, возникающих под воздействием повышенной температуры, с | возрастом уменьшается. ' !

Впервые показано, что важной причиной снены коллагена типа Ш ' коллагеном типа I в коне млекопитающих в процессе возрастного раз-| вития является различная структурная стабильность этих изоформ.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты работы важны как для понимания особенностей возрастинх изменений структуры и свойств коллагена и соединительной ткани в целой у ннвот-ных различных систематических групп, так и для выявления обцих для всех животных пусковых механизмов этих процессов, Они необ-•ходшы такие для выяснения молекулярных основ процессов адаптации соединительном ткани и всего кивотного организма к изменяющимся условиям среды обитания. Полученные данные вазнк для разработки совренешшх представлений об эволюционной возникновении и становлении молекулярных механизмов возрастного разлития кибогных с

различными типами рнтогенеза.

Результаты работи, таким образом» могут найти "практическое применение з геронтологии, гериатрии и экологии.

Основные полоаекЕЯ, которые выносятся на защиту.

1. '!ехан1;зиь: возрастного уп-еличения кожептргтш коллагена и его поперечного связывания'в органах, обнаруженные у нлзкопи-таюцих и птиц, имеются у беспозвоночных и низших позвоночник. :

2. У наземных низших позвоночных степень поперечного связывания коллагена выше, чей у водных.' Концентрация коллагена в органах не зависит от образа дизни, • •

3. Адаптация коллагеновых структур к повышению температуры

у рыб происходит путем интенсификации синтеза и посттрансляциои- | них и пост'синтегкческих модификаций коллагена, что приводит к ; повышении его структурной стабильности на молекулярном и надполе^ кулярном уровнях. Выраженность этих эффектов снижается с возрас- !• том.

4. Возрастная сиена коллагенов типа I и И в коке млекопитающих обусловлена их различной структурной стабильностью на моле-т ; кулярном уровне. \

5. Предложена схема возникновения и становления механизмов ■ ■ | возрастного развития коллагена в процессе эволюции. [

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печат-; н'-.'х работ. ' ' '

Апробация работы. Материали диссертационной работы были I представлены и доложены на 5 Всесоюзном биохимическом съезда, г. Киев, 1586; 12'съезде Всесоюзного физиологического общества, г. Кишинев, 1987; Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные и функцио- к налыше аспекты онтогенеза", г. Хорьков, 1587; 13 съезде .Украин- '. ского физиологического общества, г. Харьков, 1990; 4 съезде Ук- ' раинского энтомологического общества, г. Харьков, 1992. !

Структура и объел диссертации. Материалы диссертации 5Шояены'|. на страницах машинописного.текста, состоят из введения, об- ( зора литературы, описания материалов и методов исследовании, из- ! логенля полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка Цитируемой литературы, содержащего 230 наименова- , ний. Работа иллюстрчроиана 17 таблицами и 15 рисунками,' • . ■ ■

СО ДЕРГАНИЕ РАБОТ!)

Материалы и методы исследования. Исследования были проведены на животных - представителях различных систематических групп, | начиная. от низших беспозвоночных /губки/ и заканчивая млскопитаю- | щими /крысы/. Для экспериментов били выбраны пилотные, имеющие разные типы онтогенеза. 3 работе были изучены: губка байкальская /тип Губки/, рак узкопалпй и таракан американский /тип Членистоногие/, перловица клиновидная /тип Моллюск^, патирия гребешковая /тип Иглокожие/; гамбузия обыкновенная, окунь речной, плотва обыкновенная /класс Костные рыбы/, чесночница обыкновенная, жаба зеленая, лягуика озерная /класс Зеиноводны^/ ■ ящерица прыткая /класс Пресмыкающиеся/, крыса белая линии Вистар /класс Млекопитающие/, относяциеоя к типу Хордовые.

Разделение'исследованных животных на возрастные группы проводили у губок по массе тела; у членистоногих, перловиц, патирий, рыб и ящериц - по линейным размерам и массе тела; у амфибий - по стадиям развктия, Для рыб и перловиц возраст определяли такие по числу годовых колец на чемуе и раковине соответственно. У крыс исследовали четыре возрастные группы: I- I нёс.,"? - 3 мес.,| 3_Г"12_5еоТ и 4 -"2^1есячдаё~1л;готнкз7

В качестве обьектов для исследования коллагена использовали ■ органы, различающиеся по происхокдению /производные экто-, эндо-'и мезодермы/, функциям и величине нагрузки. У губок были исследованы Коллагены тела и подошвы, у других беспозвоночных - кол- I лагенк внутренних органов: у рака - брпшной отдел нервной цепоч- | ки, пищевод с кардиалыгоЯ частно зелудка, сердце; у таракана - [ 0рюино:"1 отдел нервной цепочки, пищевод'с зобом, сердце; у перло- | вицы - ;;:елудок, сердце, нога, передний и задний иускулы-зашка- | тели, набры, мантия, ротовые лопасти; у патпрни - желудок.' У низ-! шпх позвоночных и ящериц - исследовали коку, а у головастиков чесночницы обыкновенной такие плавник, хорду и мишцы хвоста, к и- ■ шечник. У гамбузий - позвоночник и хвостб.воП плавник. У крыс исследовали коллаген сухоишЯ длинного сгибателя и длинного разгибателя пальцев, отдёлбв; сердца и кони.

Еонцентрацт коллагена в образцах определяли по содержанию оксипролина' /Утевская Л.А., Перский Е.З., 1982/. О степени поперечного связывания судили по количеству денатурированного кол-

лагена,' переходного в-раствор при нагревании в коде при 60°С в течение разного эрепсни, а такте по оодерганет в растворившемся коллагене индивидуальных ¿-цепей и их поперечносшзапных агрегатов, которое разделяли в ПААГе в присутствии додецилсульфата натрия . О синтезе коллагена судили

по включению : Н-пролина. Интенсивность гидроксилирования пролина в коллагене оценивали по'удельной радио£Кп;вгюс1и пролина и окси- • ■пролина по методу ЗанараевоГ- /Ваиараева Т.З., 1577/,' Счет производили на счетчике БйГА-1. ■ ■

Термодинамические параметры денатурации коллагенов I и 1 типов измеряли на сконструированном в Институте радиофизики и электроники АН Украины дифференциальной адиабатическом калориГ(. кегре, с изменявшейся постоянной времени и чувствительность«) ЮВт.' Полученные эксперииенталшыеданные обрабатывали стандартными

■ статистическими методами /Кендалл II.Д., Стюарт А., 1973/ на 231! ВУЫС-001 по программе, составленной в КИЧ ХГУ.

РЕШЩЫ ИОСЛЕЛОВАИЙ'И ¡IX ОБСЩШЕ

Глзйа'Г.Зозрастаые и тканевые особенности содержания коллагена в органах кпвогных различных'систематических групп/

-Исследования,' проведенные на-губке байкальской, раке узкопа-; лом, таракане американском, перловице клиновидной, патирии гре- | бешковой, гамбузии обыкновенной, :чесночнме обыкновенной и белой крысе линии Вистар показали, что в большинстве изученных органов концентрация коллагена увеличивается с возрастом.'Причем у исследованных видов это повышение сильнее выражено на ранних стадиях ■ -развития.'В таблице I представлены примеры такого увеличения кон-, дентрации оксипролина /ыаркера коллагена/ в некоторых органах [

■ изученных видов/ : , • ' . '. ., Табл-'ца I. . ■■;

Возрастные изменения концентрации оксипролина в органах .исследованных животных, шсг/100 мг сухой массы.

Вид' : Орган :Возрастнаяг Концентрация

'." ■ : '- ■: группа ! . оксипролина -

губка бай- : ' .-.подошва -11 : . 2,66+0,18 ■..

кальская ;» ; 2 3,542.0,11* .

продолжение табл. I

.. Вид рак узкопа-дай Орган брюшной отдел нервной цепочки ¡Возрастная группа 1 2 Концентрация оксипролкна 308,6+32,2 ■ ЮЗ, 5+81,8й

таракан американский брошной отдел нервной цепочки 1 2 3 . 309 ,1+12 ,4 / 357,2+22,5* 433,7+32,5я

перловица ' клиновидная • иелудок : I : 218', 5+11,4 : 2 : 30 5,0+15 , 4* .

нога : I : 677,9+24,0 : 2 : 766,3+18,8*

передний ну с- : Г . : 242,5+12,4 ■■'""кул-замыкатель ! 2 : 402,3+40,4* ,

задний мускул- , I : 252,7+16,4 замыкатель . ! . 2 : 350,8+32,5й . . ;

патирия гребешко- •пая лелудок ■ : I : 2 ' •, : 3 461,5+25,0 558,2+38,0* '. 526,2+52,4 .

'гамбузия обыкновенная коаа' 1 • : 1542,3+127,4 ' . 2 : 2436,1+230 , 2* • У '. ' 3 - 2723,1+246,2 " ! ' 4 •; : 3367,6+301,6* ■ ■' .

чесночница обыкновенная кишечник . I' .. 2 ' 3 V 4 '5 . ;'• 6 ' .13,4+0,7 . :.' . ! 45,7+3,5* ' 61,9+6,9й. , 112,3+15,6* ' Л;' . 147,2+12;!* 5 419,6+32>3К .

продолжение табл. I

Вид Орган ¡Возрастная: : группа : Концентрация оксипролина

крыса : сухогшлия I : 21,5+1,9

: длинного сги- 2 : 33,9+1,7м

: бателя паль- 3 . : 34,6+1,9

: цев 4 : 35,1+1,4

: сухонклия : длинного раз: гкбателя паль-;-Цев 1 : 2 : 3 : ' 4 ■ : 12,8+1,0 •16,4 + 1,4* 26,1+1,8* 27,8+1,7

П р и меча и- к е: во-всех случаях, обозначенных /*/,

различия значите /Р < 0,0 5/

Как видно из таблицы, процесс повнпення концентрации коллагена наблюдается в органах представителей всех исследованных систематических групп, обнаруживая п^и этом выраженные тканевые особенности.' Поскольку механизм повышения концентрации коллагена характерен для органов, являющихся производными всех трех зародышевых листков /например, брюшной отдел нервной цепочки рака и таракана - производные эктодерш, желудок и нога перловицы - мезодермы, желудок патирии - эндодермы/, то, по-видимому, он возник еще до разделения животных на ныне существующие таксономические группы-. Особенно следует подчеркнуть, что рост концентрации коллагена в онтогенезе обнаруживается уке у наиболее примитивных многоклеточных - губок. По-видимому, механизм повышения 'концентрации наиболее древний и возник практически одновременно с появлением коллагена, когда рост массы первичных многоклеточных потребовал возникновения специального каркаса, несущего опорную функцию.

1 . • Глава 2. Возрастные и тканепие особенности поперечного связывания в коллагене"аивотннх разят систематических групп.

, Изучение растворимости, коллагенов перловицы клиновидной,

гамбузий обыкновенной и крысы показало, что она уменьшается с

возрастом у всех последовгшшх видов животных. Это свидзтельст-вует о возрастном повипенви числа к' интегральной прочности попет ' речных сшивок в коллагене этих лпвотннх. В таблице 2 приведены данные о выходе в раствор коллагена при нагревании и его суо'ье-диничяом составе для некоторых органов исследованных животных." Обращает на себя г.инпание некоторое увеличение растворимости су-хокилий крыс во второЛ возрастной группе /3 нес./, что связано, по-видимому, с увеличением концентрации коллагена'в органах-и одновременным повциениеи удельной доли тзрмолабплъных сшшок в ' нем в этот период /Ballta3., 1976; Никитин З.К., Персккй Е.Э., Утевская I.A., 1977/.

Как видно из таблицы 2, поперечное связывание коллагена характеризуется значительными возрастякш и тканевыми особенностями. Так, в растворимом коллагене перловицы клиновидной, количество которого значительно снижается о возрастом, наблпдается одновременное увеличение колпчествау?-частиЦ /попарно соединенных' ; ковалеатнкыи сшиз нами «С-Цепей - индивидуальных полипептиднкх цепей молекулы коллагена/. При этом в коллагене моллюска не обнаруживаются частицы, представ ляпцие собой более высокие степени ' полимеризации/-цепей. РастворпмкГ; коллоген гамбузии представлен 1 только X-цепями, удельное "одевание которых снижается с воз- 1 расТом.'З то з;е В70'й в ррстгоршго:; гол.-сгзвс i-cpi'c обнаруживается! как оС-цегй, так i:_ß-,;: боле„' вгсокополпмеряке частицы. Сдельное ' содержание последних намного вь:ае у старых кивотных, чем у моло- \ дых. Таким образом, на йоне общего возрастного повышения степени поперечного• связывания коллагена у всех исследованных видов животных обнаруживаются отчетливые особенности .этого процесса,-связанные с их систематической принадлежностью. Судя по полученным данным, в-коллагене перловица- с возрастом внутримолекулярное связывание развивается незначительно, а в коллагене гамбузии оно практически отсутствует. В обоих случаях идет в основном ценно-' лекулярное связывание, приводящее к- появлению нерастворимого коллагена. У крысы наблвдается наиббльиее разнообразие -различных тиЯов поперечных СЕЯзей, что приводит к появления большого коли- ' чества частиц разной степени полимеризации. Наличие-механизма увеличения степени поперечного связывания коллагена с возрастом у моллюсков свидетельствует о его достаточной-древности. Возмог-

".■'•"•'.'.': •'"■".'' Таблица 2;.

'/■• Возрастные изменения выхода в раствор коллагена при нзгре-зании органов исследованных »квотных и . : > субьрдиничный состав растворимого коллагена, % к общему коллагену

/, Вид : .. Орган Возрастная группа Растворимая коллаген Су0ъ;здйнпчн м состав раствор мого коллагена

пре-<£- частицы ¿С - цепи - частицы зз;1сокопол икорные частици

Перловица: нога клиновидна I . ; ' 2 26,1+1,3 13,0+0,9* ■ 8,4+0,6 ' 1,7+0,2* 15,4+1,7 8,3+1,1* 2,3+0,2 3,0+0,3*

Гамбузия,: кожа обмкновен- 1 2 66,0+5,6 - 53,615,8* - 6о ,0+5,6 53,6+5,6* . _ -

Криса . . : сухокилие белая ■ : длимого •.•;;•: •';. сгибателя V-?- .": :'пальцев . .1 2 : ' з : 4 12,4+0,9 . 15,2+р ,8 : 7,6+0,6*'; 5,8+0,5 - . 7,8+0,8 ' ■ 10,4+0,9* 3,5+0,2* 1,910,2* 2,8+0.2 3,3+0,2* 2,3+0,2* 1,8+0,1* 1,6+0,1 ' 1.5^0,1 1 1,7+0,1 м 1,9+0,1*" 1

- • г сухожилие: : длинного ■ . , : разгибателя " . : палшев ■ I-2 3 4 13,6+0,9 , 19,2+1.1* 11,0+0,9* 7,4+0,7 . - 5,0+0,7 13,7+1,1* 4,7+0,3* ■ 2,7+0,1* 2,910,2 3,5+0,3* 3,5^0,3 2,5+0,2* 1,6+0,1 2,0+0,2* 2,8+0,2* 2,2+0,3*

по, механизм повышения прочности коллагенового кг.ркаса за счет образования в нем поперечных сзквок возник либо одногръ-.гпко, либо несколько позге нехзнизна повгаенпя концентрации коллагена в онтогенезе.

Глава 3. Термодинамические параметры денатурации коллагенов типа I и Ш-.

3 таблице 3 приведены Данные о величинах энтальпии и энтропии перехода порядок-беспорядок в коллагенах, типа I и П из кони крыс.'

Таблица 3.

Термодинамические параметры денатурации коллагенов ' типа I и 31.

Тип коллагена Стадия : процесса : * нт„ дк/г ; ' Тт ,°0 &.£, э.е

I т х : 21,'1+1,0 5 : 34,2 0,017

2 : 40 , 8 + 2,05 : 38,5 • 0,031

1+2 : 62,2^2,48 : 0,046

И I : . 9,'+0,46 : 31,8 ' • 0 ,С07

2 : 55,3^2,72 : 37,0 ■ 0,043'

1+2 : 64,8+2,93 ': 0,050

Как видно, полученные данные указывают на.наличие двух пико^ теплопоглощения для растворов коллагенов обоих типов. По-видимому» первый пик отражает информационную переотройку некоторых участков молекул, вероятно, связаняув с их дегидратацией, необходимой ' . длй начала флбриллообразования. Второй пик отвечает развертыванию.' тройной спирали, т.е. истинной денатурации /Привалов ПЛ., 1979; Бурдаанадзе Т.ВТ,199С/. Температуры, ври которых наблюдаются оба • пика 'теплопоглощения, шне у коллагена типа Ш, чем у коллагена . типа I, что свидетельствует о более высо"сЯ териостабильности последнего.. Поэтому возможно, что смена коллагена здша Е коллагеном типа I является ваг:нш фактором структурной стабилизации надмолекулярных образований соединительной ткани в "7" процессе, ее .возрастного развития. Хотя суммарная для обеих ртадий денатурации .величина ■ энтальпии для коллагенов типа I в 1 одна и.та ае, энтальпия первой стадии.существенно выше у коллагена' типа I. Зто обСто-

ятельство долено облегчать начальные стадии фибриллогенеза коллагена типа Ш по сравнению с коллагеном типа I. Возможно, этим и объясняется то, что на ранних этапах развития, когда в организме активно протекают пронесен морфогенеза, неотъемлемой части которых является образование и распад фибриллярних структур, в тканях, содер-аадх оба типа коллагена, превалирует тип 0, Таким образом, обнаруженное различия термодинамических параметров коллагенов I и ¡В обусловлены особенностями их структуры и необходимы для функционирования соединительной ткани на разных этапах онтогенеза. Следует отметить, что сита иэоформ коллагена в pas-вивагдодая тканях п органах - по-ввдшздыу, эзолицнонно наиболее молодой механизм возрастного ргзьиткя коллвгенових структур, возникший, когда у древних многоклеточных началась диФОеренцировка тканей и соответственно появились гомологичны-. об-цепи коллагена^ Глава -4. Влияние экологических факторов на структуру и обмен коллагена у кизотных различных систематических групп. В качестве факторов, влияющих на структуру и обмен коллагена, били выбраны образ ккзни /водный, преимущественно назеинШ и наземный/ и различная температура среде' обктаипя. В'пзро'.г случае исследовали j коллаген ко:.:;; представителей рпб, земпо^одпь'х к г: ре с ми кающихся; во втором - коллаген коки, позвоночника и хвостового плавника.рыб; В таблице 4 приведены данные о концентрации оксипролпна в коне и j растворимости коллагена в ней у взрослых особей представителей ! трех классов низших позвоночных, с- 1

• Таблица 4. '{

Концентрация оксипролша в коже /иг/100 иг сирой массы/ и , ]: растворимость коллагена кони /%/ у представителей рыб, зеиновод- j нах и пресмыкающихся,' ■■ [

Показатель Вид

окунь ¡плотва обык- :лягупка :каба чесночни- .•я^ери-

речной новенная •.озерная :зеле- ца обык- ;ца

; ; :иая новенная ¡пришкгй

Концентрация 2,02 : 1,99 : Г,'29. : 0 ,90 Г,"34 : 1,56

ОПРО Ю, 15 : +0,10 :+0,03 :+0,03 +0,04 :+0,09

Раствори- 86,4 : : 71,9 :64,4 ■ 54,2 : 5,3

мость +30,1 : :+4,4 +6,2 :+р ,5

- 15 -

Как видно из таблицы 4, у взрослых г.ивотш.'х концентрация коллагена в' ко;;е не зависит от уровня организации, а его раствори-, мость закономерно снимается с повышение;.! систематического ранга вида. Это свидетельствует об увеличении структурно;! стабильности кбллагеновнх образований за счет увеличения в них степени поперечного сшивания у низших позвоночных в ряду: рыби, земноводные, пресмыкающиеся и, по-видимому, связано с их существованием в разных , средах. На это указывает и то, что растворимость коллагена ко;.;и среди исследованных земноводных наибольшая у лягушки.озерной и на-пменьгая у чесночниц:: обыкновенной. При этом цо взрослом состоянии лягупка ведет преимущественно водннЯ образ ензни, чесночница пол-, ностьв наземный, а наба зеленая, растворимость'коллагена ком которой занимает промежуточное поломшие, ведет преимущественно на- ; , земнмй образ .гизни. Известно, что одной из адаптации, возникши при переходе от водного к наземному образу ;п:зни в процессе эво-люции,было повышение прочности соединительнотканных структур коки!

А.,1972/. Полученные результаты свидетельствуют, что 1 вакнув роль в 1озникноеэн:и: этой адаптации ;грает интенсификация !: поперечного сзя'завания йоялегвнсшкх оброгогакий.

Влияние вемпзратурк воды на структуру и обмен коллагена в ■ органах гамбузии разного возраста приведены в таблице 5.

.. Таблица 5.

&лияние температурь' воды на структурные и обменные характеристики коллагена в органах гамбузии разного возраста.

Показатель Орган :Зозрастная: Темпе ратура.всды .

: группа : 16°С : 23°с

ко га : • I : : 2 : • * 209 74205 3367+250 : 2619+251* ! 4206+276*

Концентрация ОПРО, мкг/ЮО 'кг сухой массы■ позвоночник : 2 : 1284+б 3 ; 1345+58* Г

. ХЗ СОТОВОЙ плавник 1 . 2 : 14561170 1592+131 -1642+120* : 1542*146 ..

Растворимость коллагена, % : кока : I ' : : 2 : 74+2 53+1 - : - 68+1* . 39+2*

/ .

Продолжение таблицы 5..

Показатель Орган Возрастная группа Температура воды

■• 16 °с : 23 °с ■

Уделышя радиоак- 3н-п?о позвоночник' 2 14773+691 : 20143^960*

3н-0пр0 6512+290 9623 г 66 6*

?е-спрс/ %-опро+ + -!н-пг0 ; 0,305 0,323 >

имп/мин/ 100 мг коллагена 3и-п?о хвостовой плавник 2 0062+32'! 8393+ 2 53*

3к-0ч?с 3081+193 3858+ 204*

3;;-опго/ 3н-опро +3к-пр0 .0,276 0,315 ,

Согласно данным таблицы 5, повышение температуры воды приводит к значительному росту интенсивности-синтеза коллагена и акти-; вации плачевого этапа его постгрансляцио'нних модификаций ~ гидро-| гсилнровашт пролина. Следствием этого является повышение концеи-! трации коллагена и увеличение в нем содеркаиня оксипролина. Судя • по значительному сшгаешлз растворимости, повышение температуры воды приводит и к интенсификации конечных стадий поетсинтеткче-лсих модификаций коллагена - его поперечного связывания. Таким образом, адаптация коллагеиовых образований к повышению температуры среды обитания заключается в их структурной перестройке, приводящей к росту их структурной стабильности как на молекулярном уровне /повышение степени гидроксилировдиия пролина в коллагене/, так и на надмолекулярном уровне /увеличение концентрации .коллагена и степени его поперечного связывания/. В основе огой пэрест-ройки лег;ат согласованкне изменения всех последовательных стадий обмена коллагена. Обращает на себя внимание тот факт, что по ряду показателей степень адаптивных изменений структуры у га!/бузий стараеЯ возрастной группы мень'ие, чем у колодах. Характерно, что

обнарукешше кехаиизш адаптации к повивззной температуре и неха-нйзш!, лекагще з основе юзростжгх сзяензииЗ структуры коллагене, з основном одни к ie es. Сто uoser сЕодегельсгвогать об общности' нх Эволпцпоаяого происхождения.

основное амвоны

1. Исследованы концентрация и.степень поперечного связывания коллагена в органах, представителей 4 типов беспозвоночных /Губки, Членистоногие, 1!олляски, Иглокодие/ к 4 классов •позвоночных /Костные pi:tíu, Зе.чнсводике, Преснактодпеся, Млекопктапике/ кивот-' них разного-возраста.

2. Показано, что в подошве губкк байкальской и э большинстве изученных органов рака узкопалого, .юрг.кана апгриканскот-о, перловицы клинозидзсЯ, патирии греб-етковой концентрация оксипролина

с возрастом увеличивается, что свидетельствует о росте концентрации коллагена в этих органах.' В теле губки байкальской и ряде органов других беспозвоночных это повнпенке происходит на ранних этапах развития, после чего происходит снинение концентрации оксипролина с возрастом.'

3.' Показано, что в коле, позвоночнике ганбузик обыкновенной} плавниках и внутренних органах головастиков чесночницы обгаговеп-•ной; когэ, сухогклп;-';;.длинного сгибателя и раьгмг^теля пг.лъцев, отделах сердца бело~: крысы .r-.nni; Вястар кокчеатрсккя коллагена

с -возрастом увеличивается.

Показано, что степень поперечного СЕЯз"талпя коллагена в органах перлов кщ; клиновидной, гапбузпи обыкновенной и белой крысы линии Зкстар с возрастом увеличивается.

5. На основании полученных результатов постулировано, что механизмы возрастного гзпененпя концентрации и поперечного связывания коллагена имев? качественно подобный характер в органах

•всех 'иногоклеточянх кквотных, начиная от наиболее примитивных -губок - и заканчивая млекопитающими. '

6. Проведено сравнительное исследование термодинамических параметров денатурации коллагенов типов I и И из кони новорокден^ ных Крыс линии Вистар и показано, что одной кз ванных причин их . смены в процессе развития является более высокая структурная ста-, бильность коллагена- ткпа I.

7. Исследование концентрации коллагена в коне взрослых особей плотвы обыкновенной, окуня речного, лягушки озерной, г;абы зеленой, чесночницы обыкновенной, ящерицы прыткой не выявило различий, связанных с 'повышением систематического ранга.

8. Исследование степей! поперечного связывания в коже пред-.ставнтелеи этих' классов позвоночных гшвотних выявило закономерное увеличение этого показателя с повышением их систематического ранга, представляацее собой возникнув в процессе эволюции адапташ®, -связанную с переходом от водного к наземному образу жизни.

9. Исследование механизмов адаптации коллагеновых структур у гамбузии обыкновенной к иовывюннод температуре показало,' что они осуществляются за счет интенсификации синтеза коллагена, повышения степени гилроксилирования про липа в нем, увеличения- его концентрации в органах, а такке повышения плотности поперечного связывания, что приводит к увеличении структурной стабильности коллагеновых образований. Степень проявления этих процессов больше у молодых ишотшх.

Ю, На основании получэшшх и- литературных данных предложена следует;ая последовательность возникновения наиболее об цех меха- ; низмов возрастного развития коллагена г процессе эволюции: пов:-'- ; а еже концентрации коллагена,-развитие в нем сети поперечных ко-валентних связей, сиена различных иэоформ в процессе развития,' !

Я ПИ COir Р АШГ , 0 ПУ БЛИК О В АНН IЯ ПО YEME^H СС№ ТАШИ

- ■ ' i

1. Перский Е.З., Утевская J.A., Наг лов "А.В,,-Никитина H.A., Барановский А.5. SüoJWeoauoe становление механизмов возрастного развития коллагеновых структур. I. Возрастные изменения концентрации, коллагена а органах высокоорганизованных беспозвоночных// Системы биосинтеза белка и механизма регуляции функций в онтогенезе, -. К. ¡Наук, думка, 1985; - с. 52-55. . !

2. Перский Е.5., Утевская Л.А., Наглов A.B., Никитина Н.А.'Зволв- j ция онтогенетических механизмов развития коллагеновых структур//' ; 5 Всэс» биохи«,' с. - Тез. докл.' - U, :Б.И., 1986. - с. 170-171.

J .* Перський 6,Е.', Утевська I."А., Наглов 0,В.( iliKirina Н.А.' Роз-зиток колагенових структур в онтогенез! тварин .рхзиих систем'атич-. них груп//Х2 з.'-Украхн. ф1зз:олог. тов-ва. - Тези доп. - Львхв: Б.в.", 1986.'- с.'318-319,

^."Перский Е.Э., Утевская JT.A.', Васильева J.B., Никитина H.A.', Наглов А;В.~, Ганова А.В,'Влияние периодического сдерииварщего рост питания на возрастные изменения структуры и обмена коллагена' в тканях с различной функциональной нэгрузкой/Д5 с» Всес, физиол. об-ва: i- Кишинев,• 1987. - Тез. -докл1., Т.2-. - JT,: Наука, I9B7. -с. 555.' ■ . '

5.'Утевская Л.Л., Никитина H.A.', Гашвз А.В." Возрастные особенности зависимости вязко-упругих свойств еуходплп"; от сог.зрг.анич в них коллагена и степени его поперечного связиваш".н//Зсос. симп.' ""олекулярпве и функциональные механизм! онтогенеза", Тез. докл. - Харьков: Б .Ii.', 1987.'- с. 185-185.

6. Персии! S.S., Паглов Л.З., Никитина К.Л. Изменения содержания коллагена в органах головастиков Petoêaiei {¿/icitb ;;p;j нормально).!

и индудироваином экзогенным тироксином метаиоргТ>озе//Вест.- Харьк. Ун-та. -'1988. - .'5 313. - с. 18-30.

7;-Перский Е.З., Никитина H.A., Утевская JI.A., Васильева JT.3. Эволюционное становление механизмов возрастного развития колла-геновых структур. П. Возрастите изменения концентрации коллагена у байкальской губки Lu-So/TzîiiUa ¿/>- //Зест. Харьк. ун-та. -IS90. - й 346.' - с. 16-16.

8. Перський G.E., Пмпелевич Б.Г.1, Гасан А.З., HiKiTina H.A., Утевська I.A. Тсрмостаб1льн1сть колагем'в тпптв I та -Ш // Доп. АН УРСР, Сэр. Б. - 1990. -¿3 4.-е. 69-72.

9. Перський 6. Е., HiKiTina H.A., Kar лов O.S., Утевська Л.А. Кола-ген вяутргпнтх органов fkzipiaaeiQ amfiicaaa. в онтогенез! //

4 з. Укр. еитомол. тов-ва. - Тез. дои. - Xspiciir. Б.в.', 1992. -с. 125-126."

дп. к печ.<у А". '.'Х, Формат 60x84'/,5. Бумага тип. Печать офсетная. Уел печ. л /.С .-изд. л. г, о Тираж /СО экз. Зак. № СХ , Бесвлатно.

Харьковское межвузовское арендное полиграфическое предприятие, 310093, Харьков, ул. Свердлова, 115.