Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обменные процессы и энергетика тканей у грызунов и рептилий в период активной жизнедеятельности и в состоянии спячки

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Обменные процессы и энергетика тканей у грызунов и рептилий в период активной жизнедеятельности и в состоянии спячки"

л

■ ч'

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ И БИОФИЗИКИ

На правах рукописи

УДК: 577.123; 591.543.42; 612.59.

ГИБАРОВА Сурия Мусаевна

ОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЭНЕРГЕТИКА ТКАНЕЙ У ГРЫЗУНОВ И РЕПТИЛИЙ В ПЕРИОД АКТИВНОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И В СОСТОЯНИИ СПЯЧКИ

(03.00.13 — физиология человека и животных)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ташкент 1997

Работа выполнена в Гулистанском Государственном университете Министерства высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан, Институте зоологии Академии наук Республики Узбекистан.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор И. 3. АХМЕТОВ

Научный консультант:

доктор биологических наук Р. Н. АХМЕРОВ

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Э. С. МАХМУДОВ, кандидат биологических наук 3. 3. ГИЗАТУЛЛИНА. Ведущая организация: II ТашГосМИ.

Защита» состоится «±^1» — 1997 г

/ и г-** „

в / - часов на заседании Специализированного совета

Д.015.01.01 при Институте физиологии и биофизики АН РУз по адресу: 700095, Ташкент, ул. Ниязова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии н биофизики АН РУз.

Автореферат разослан '-/У1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор биологических наук

Д. КАЛ И КУЛ О В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Лктуалыгосто щюбязкы. Животному миру присуще не только филогенетическое и таксономическое разнообразие, ко и наличие различных приспособительных функций к природным факторам среды обитания. Так, известно, что одной из уникальных ;пособностей многих организмов,' обеспечивающих их существование в самых суровых услозмях обитания, является переход их:в длительное гипобиоти-чеекое состояние, называемое естественной спячкой, торпидностью .ша дмапауэой (Иванов, Турдыев, 1983, 1985; Пантелеев, 1983; Ездят-Ниельсен, 1987; Хочачка, Сомеро. 1988).

Возросший интерес исследователей к проблеме гилобиога обусловлен .перспективами разработки особых физиологических механизмов и форм регуляции иизненных процессов, реализующихся, при ги-побиозе и способных в больших масштабах, в пределах десяти и более раз, изменять ' интенсивность метаболических процессов (Шмидт-Ниельсен, 1987; Хочачка. Сомеро, 1088).

Среди исследуемых в этом аспекте вопросов важное место занимает . энергетика пшобйоэа, так как достоверно показано, что в этом состояний существенно, снижаются энергозатраты на киа не деятельность организма,. подавляется энерголродукция на тканевом и нитохондриадьнсм уровнях (Хочачка, Сомеро, 1988; Кондрашова М.Н, я др., 1986), в связи с чей конкретизация биохимических механизмов ножет явиться ключом к открытию новых перспектив в разработке "целенаправленной и эффективной регуляции обменных процессов в оргвккаш путем влияния на систему энергообеспечения организма.

В настоящее время при исследовании указанной проблемы в основной используются теплокровные ' организмы (Пантелеев, 1983; Шкздт-Ниельсен, 1987; Хочачка, Сомеро, 1088). Однако, на наш ■ взгляд, более, результативными могут оказаться сравнительные подходы, основанные на изучении животных разной таксономической принадлежности и спецификой, метаболических' процессов. Учитывая эти обстоятельства, нами в настоящей работе были проанализирова-• ны обменные процессы и энергетика млекопитающих и рептилий в период их активной жизнедеятельности и в состоянии гипобиоза.

Основная цель работы - характерно тика показателей обмена веществ и-энергетики целостного организма, на тканевом и мито-хондридльном уровнях у разных классов позвоночных животных -

млекопитающих и пресмыкающихся в состоянии активной жизнедеятельности и в период гипобиоэа.

Для реализации этой цели' были поставлены следующие задачи:

- изучить показатели углеводного, липидного и белкового .обменов в крови сурков и черепах в разных физиологических состояниях;

- определить энергетические затраты целостного организма у сурков и пустынных черепах в состоянии активной жизнедеятельности и при гипобиозе;

- провести сравнительное изучение дыхательной активности гомогенатов разных тканей у сусликов в периоды активности и ги-бернации;

- исследовать параметры метаболического состояния изолированных митохондрий печени сурков и черепах при испольеовании различных субстратов окисления;

- выяснить характер температурной вависныости дыхательной активности митохондрий и гомогенатов тканей при окислении разных субстратов in vitro у млекопитающих и пресмыкающихся.

Научная исшшзна работу. Сопоставлена особенности обменных процессов и энергетики, целостного организма, а так&е на тканевом и митохондриалыюм уровнях у таксономически разных представителей позвоночных животных: теплокровных - сурков, сусликов и мышей'и холоднокровных - черепах и степных агам,- в активный и гибернаци-онные периоды.

Впервые показано, что у млекопитающих и рептилий сдвиги обменных процессов при гипобиозе происходят качественно аналогичные образом с повышением содержания компонентов липидного обмена и снижением концентрации глюкозы в крови, а также уменьшением энергозатрат на уровне целостного организма.

Метаболизм изолированных митохондрий печени сурков и черепах . при гипобиозе характеризуется преимущественным подавлением окисления сукцината в рравнении с НАД-зависимыми субстратами, а также ■ выраженным снижением скорости утилизации пирувата по сравнению с каприлатом. Впервые установлено, что в состоянии гипобиоэа сусликов изменение дыхательной активности разных тканей носит неодинаковый характер: в наибольшей степени снижено дыхание гомогенатов печени и почек; умеренно - сердца; в слабой степени - мышц, тогда как гомогенаты мозга и бурого жира сохраняют высокую скорость дыхания.

Выявлены особенности температурной реактивности дыхательной цепи митохондрий-различных тканей млекопитающих и пресмыкающихся: при всех использованных температурах инкубации дыхание митохондрий тканей рептилий, особенно черепах, было заметно ниже, чем у'млекопитающих. При температурах In vitro, соответствующих оптимальной температуре жизнедеятельности млекопитающих и рептилий, величины дыхательной активности в случае митохондрий печени сближаются. ■ ■

Полученные данные расширяют имеющиеся представления о таксономических и эволюционных основах гипобиоза и механизмах гипо-биотического состояния, позволяют развить положение о качественном сходстве картины изменения обмена веществ и энергии при ги-побиоэе у представителей грызунов и рептилий аридной зоны и, соответственно, о древнем происхождении этого приспособительного явления как особого метаболического состояния на системном и субклеточном уровнях у позвоночных, обладающих разной таксономической к филогенетической организацией.

Практическая ценность работы. Выявленные закономерности изменения энергетики тканей и целостного организма у наземных позвоночных при гипобиоге являются предпосылкой для дальнейшего проведения сравнительных исследований метаболических реакций различных таксономических групп животных. Результаты исследований представляют интерес для разработки путей и способов моделирования гипо-метаболических состояний,' целенаправленного повышения устойчивости различных организмов путем индукции гипобиоза. Материалы диссертации могут быть использованы при чтении лекций па сравнительной и экологической физиологии, биоэнергетике.

Апробация работа. Материалы диссертации доложены в Институте биохимии АН РУз на конференции биохимиков Узбекистана - 1993г., на биохимическом съезде Узбекистана 1994 г., в Гулистанском университете - 1994 г.. в Карпинском университете - 1994 г., в Институте зоологии на конференции "Проблемы зоологической науки" -

1994 г., в ТааГУ на конференции, посвященной 76-летим ТашГУ -

1995 г., в Институте физиология и биофизики АН РУз на конференции "Структура и функции биологических мембран" - 1995 г..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, ив них - 3 научные статьи.

Объем и структура диссвртащги. Диссертация изложена на iif страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора ли-

- б -

тературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения и выводов, а также списка литературы, включающего 127 источников, из которых 70 - иностранных. Диссертация содержит 18 таблиц и 5 рисунков.

ВШПИйЕНТАКЬКАЯ ЧАСТЬ

Иахернал к методы исследований. В работе использованы: сурок Ыензбира (Наглоta tíensbiri Kashk.), желтый суслик (Cltellus fulvus Llght), пустынная черепаха (Testudo horsfleldl) и степная агама (Agam sanguinolenta), обитающая в той же зоне, что и перечисленные выше виды.

Сурок Менэбира является эндемическим представителем грызунов предгорий Средней Азии, активный период жизнедеятельности приходится на апрель-ишь месяцы. С наступлением холодов он погружается в гибернацию, продолжающуюся до шести месяцев. Еелтый суслик также является эндемическим видом и обитает преимущественно в степной зоне Средней Азии, состояние активности у него продолжается с апреля и до конца мая - начала июня, а затем происходит его погружение в летнта спячку, переходящую • в зимнюю. Пустынная черепаха - эндемический представитель рептилий,.обитает в степных полупустынных зонах Средней Азии и Казахстана и обладает способностью погружаться в спячку в летнее время (конец мая - начало июня), продолжающуюся до апреля следующего года.

Из негкбернирущих животных в работе были использованы белые лабораторные крысы и шт.

Экспериментальную часть работы, связанную с периодом активной жизнедеятельности животных проводили в температурных условиях. соответствующих оптимальным; в период спячки в зимний период, температура среды в виварии достигала 2-4° С. а температура тела холоднокровных животных находилась в пределах 2-6°С; крысы содержались в условиях вивария с температурой £5-2S°C в летний и вимний периоды.

У сурков и черепах с использованием наборов биотестов фирмы LaChema (Чехословакия) изучали следующие показатели крови: уровень глюкозы, общих липидов, В-лшопрогевдов, холестерина, общего белка, гемоглобина, активность аланинаминотрансферавы (АЛАТ) и аспартатаминотрансферазы (АСАТ). Определяли газо-кислородный обмен на уровне целостного организма, для чего животных помещали в

герметичную вовдупную камеру, в которую вмонтирован электрод Кларка для полярографического определения содержания кислорода (Ахмеров, Аяматов и др., 1993).

Серия исследований проведена на изолированных митохондриях печени сурков и черепах в состоянии их спячки в период активности. Иитохондрии получили общепринятым методом дифференциального центрифугирования (Ноевboo®. Schneider, 1948). Энергетику митохондрий изучали полярографическим методом (Chance, Williams, 1955).. Белок митохондрий определяли no Lowry et al., (1951).

Было исследовано дыхание гомогеватов печени, сердца, почек, скелетных мышц бедра, бурого жира и мозга желтых сусликов в периоды активности и спячки животных. Специальная серия исследований была посвящена изучению дыхания митохондрий печени и гомогенатов других тканей теплокровных и холоднокровных животных для определения термореактивности дыхательной цепи в условиях In vitro.

Экспериментальные данные подвергали статистической обработке по Стьюденту -Фишеру.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОЕСЩЕШ®

Показатели крови у сурпсз и черепах в состояния спячки в

срашишя с. активным периодом. В литературе не проведен систематический анализ крови у животных•в Состоянии гибернации, имеются дкиь отдельные сведения на теплокровных (Налабухов, 1985; Сало-ионов и др., 1987).

В связи с этим мы представляем реэультаты наших исследований показателей крови сурков, и черепах, (табл. 1). Из таблицы видно, что в состоянии спячки заметно снижено содержание глюкозы в крови, причем в самой .существенной степени - у черепах. Нзпро-. . тав, содержание общих липидов, липопротеидов, а также холестерина в крови спящих животных резко возрастает, что также более выражено у пустынных черепах по. сравнению с сурками. Содержание общего белка,.которое как правило понижается при гипобиозе, наиболее сильно изменено в крови черепах.

В этих условиях происходит активация аспартат- и пируватт-рансачинаэ крови на.121 и 1501 у сурков и на 189. и 203% у черепах, соответственно; Однако в содержании гемоглобина крови не выявлено заметных изменений как у сурков, так и у черепах. Следовательно, при гипобиозе . У сурков и черепах происходят однонап-

- а -

равленные изменения показателей крови, в частности, снижение глюкозы и повышение компонентов липидного обмана. Зти изменения, согласно литературе (Налабухов. 1985; Хочачка, Соиеро. 1088), указывают на подавление окисления углеводов и усилением окисления лшшдоз при гипобиозе и, как показывают наш данные, не зависят от филогенетической организации дивотнызг.

Та&агцз

Уровень глкдозц и кокпо.чшггсз лзаидшго сСЫгиа в' крогм суркоа м чарепак в ворзюд гшойюза и бадрстасзшшя.

Показатели Крысы Сурки Черепахи

активные гялобиоз активные гипобиоз

Глюкоза (ммоль/л) 3,20 + 0,38 8.23 + 0.05 5,30 + 0.40 8,22 + 0.40 2,80 + 0,0В

Общие ли-пиды (г/л) 6,60 + 0,1? 5,88 + 0.29 8,80 + 0.10 8,40 0,25 11,7 + 6.03

8-/ипопро-теиды (ед) 0,38 + О.ОТ 0,26 + 0.05 0.Б6 + 0.05 0,38 + 0,0Г 0.91 + 0,03

Холестерин (мыоль/д) 3.70 + 0,15 4,50 + 0.27 6.90 + 0.30 4,80 + 0,13 8,Б0 + 0,05

Обвдй белок (г/д) 65,3 + 4,15 56,0 + 3.02 59,5 + ¿,61 42.7 4 3.2Т 61.1 + 5.03

В дальнейшем, учитывая ряд данных литературы о подавлении газо-кислородного обмена при спячке у теплокровных (Калабухов. 1985; Пантелеев, 1383; Шмидт-Ниельсев, 1083), ыы сопоставили интенсивность гаао-кислородного обмена у сурков и черепах при их гипобиозе и в состоянии активности. Как следует из данных, представленных в табл.2, в состоянии гипобиоза резко снижаются энергозатраты у обоих животных: у сурков в 31,6, а у черепах в -134,4 раза. Следовательно, наиболее глубокие иаманения энергозатрат характерны "для холоднокровной черепахи.

Тсбгкца 2. Соотксиг!жо китомсивкостя гаао-ккслородяого обноиа у сурисз и черепах в период агамаисггш и а состотпз! гкпобноза (п =» 8-16).

Состояние животных Дыхание, мл Ог/кг оа 1 час

сурок черепаха крыса

активное 1627.7+211,3 203,2+16,70 1221,2+73,2

гипобиоз -51,4+8,60 1,51+0,65

искусствен, пробуждение 304,3+28,3 12,73+3,20

В связи с представленными вше данными о снижении энергетики целостного.организма, представляло интерес изучить тканевую энергетику на иитойондриальном уровне. 3 этом отношении имеется ряд работ о коррелятивном снижении функциональной активности изолированных митохондрий печени и сердца (Врустовецкий и др., 1Ш5; Кондратов^ и др., 1986; БЬиз еЪ а1., 1971).

При сопоставлении тепло- и холоднокровных организмов нами С'апо обнаружено, что в период спячки животных в изолированных 1'нтохондриях печени- заметно подавлена скорость дыхания в метаболических состояниях 3 и 4. Такое подавление закономерно для резных субстратов: для сукцината (наиболее активно окисляющийся субстрат цикла.Кребса). . пирувата(с малатом) - конечного интер-медиата углеводного обмена и каприлата - интермедиата липидного . семена. У сурков при гипобиозе более выражено подавление окисления сукцината .в состоянии-Чц (более 5 раз), пирувата и каприлата - а 3 и 2 раза соответственно, а у черепах окисление указанных субстратов, включая сукцинат, снижается в 2-3 раза (ркс.1).

Внесение- в среду инкубации ЗДТА к. бычьего сывороточного альбумина (БСА), как следует из рие.1, значительно восстанавливает окисление еукцината, . сниженное при гипобиозе. Однако полного восстановления дыхательной активности митохондрий печени сурков, а- также-.черепах .не ■ происходит..

Следовательно, в период гипобиоэа на митохондриальнсм уров-.не происходит., существенное угнетение цикла Кребса, окисления продуктов углеводного и липидного обманов, причем этот процесс .обратим Лишь'частично, что, по всей вероятности, обусловлено как

структурными перестройками в мембране митохондрий, так и накоплением так называемых "факторов спячки" (Игнатьев и др., 1687; Крамарова и др.. 1987).

Учитывая вышеналоженное, представляло интерес исследовать состояние тканевого дыхания в разных органах и тканях при гипотезе • Из литературы известно, что в печени (Shug et al., 1971), сердце (Кондрапова, Атаеров и др., 1S86), буром жире в этом состоянии отмечается повышение сопряженности дыхания митохондрий без существенного изменения дыхательной активности (Skaane et al., 1972; Ахмеров, Махмудов, 1988), а в мозге отмечено некоторое увеличение активности дыхательных ферментов (Эшрбеков, Львова. 1970).

В специальной серии экспериментов наш было исследовано дыхание гомогенатов печени, сердца, почек, скелетных шпц, бурого кира и мозга желтых сусликов. Как следует ив полученных при этом данных, .наиболее глубокое подавление дыхательной активности имеет место в гемогенагах печена, почек, меньшее - в сердце. В скелетных мьшшах отмечена тенденция к снижению, а в буром жире и мозге - к повыпению дыхательной активности в состоянии 'спячки. При искусственном пробуждении происходит частичное восстановление интенсивности дыхания тканей, в которых отмечалось его подавление во время спячки. Отмеченные вшпо закономерности отражены на рис. 2, где приводятся данные для гомогенатов почек, скелетных мышц, бурого кира и мозга желтых сусликов.

Эти результаты свидетельствуй! о неодинаковой реакции энергетического метаболизма разных тканей в ответ на гипобиоз. Лишь в отдельных тканях проявляется существенное угнетение дыхательной активности, и дальнейшее изучение особенностей обменных процессов именно этих тканей представляется перспективным для выяснения внутриклеточных механизмов регуляции при естественной спячке.

Один из разделов проведенных нами исследований связан с выяснением температурной зависимости митохокдриального.дыхания In vitro у теплокровных мышей, холоднокровных степных агам и пустынных.черепах. Изучение соотношения показателей дыхания митохондрий при разной температуре In vitro позволяет, на наш взгляд, расширить представления о регуляции метаболических процессов митохондрий на уровне модификации фазового состояния их мембран, а также об эволюционных особенностях температурной за-

сухчжаа» аса + фдп хнф жшшржял*

Рис.1. Относительное изменение скорости окисления различных суостратоп митохондриями печени сурков ич^епах в активной состоянии и при тпобиозе (По оси ординат - отношение скорости дыхания (сост. 3 и 4) митохондрий животных в активном состоянии к соответствующей скорости при гшгобиозе. Обозначения: Ч- черепаха, С - сурок, индексы 3 и 4 соответствуют. У; и V/; субстраты; 5 мМ сукцинат, пир. +мал. - 5мМ пируват + 2мМмалат, 0,2 мМ каприаат; ео 2-ой серии в среду с сухцинатом добавлены ВСЯ 1 мг/т и ЭДТА 2 мМ).

Ркс. 2. Дыхание гомогенатов тканей гибернирующих (Г), активных

(А) и искусственно разбуженных (Р) желтых сусликов (По оси ординагг - скорость дыхания, нг-атом О/мин на 1 мг сырой ткани, в среде с 5 мМ сукцинатом и 1 мМ АДФ)

Та&эда

Щхгято и босфодэтирозднна в кнгоясздриаа со«;^: ыц&зЯ,

сгепнш! агам и пустчиш чзршзд при использовании рашш субсзрагоз (и о 10-22) (Ь - 25° С). .

Субстрат Уо Уз ч [да /т/о

и ы и ь

Сукцинат 81,3+5,27 213.8+14,7 71,4+5,11 2,94 1,84

Пируват + палат 41,6+3,11 128,4+10,4 31,4+2,66 4,11 2,69

Калрилаг 42,8+3,26 134,2+11,1 36,5+2,73 3,72 2,64

Степная агша.

Сукцинат 14,2+1,47 92,7+8,14 •22.3+1,99 4,18 1,83

Пируват + малат 13,4+1,36 39,6+2,27 11,2+0,91 3,82 2,65

Каприлат 11,4+1,04 21,4+1,83 8,43+0,81 2,55 2,48

Чоропега

Сукцинат 9,16+1,11 66,4+3,11 18,4+1,81 3,50 1.68

Пируват + малат 5,77+0.43 18,3+1,74 6,12+0,52 3,00 2.64

Каприлат 8,06+0,95 12,5+1,05 6,06+1,35 2,07 2.56

висимости тканевой энергетики у разных животных при гипсбиозе.

Согласно результатам, представленным в таблице 3, у мьшей скорость дыхания митохондрий печени в метаболическом состоянии 3 почти вдвое вше в сравнении с агамой. У черепах эта скорость дыхания была почти вчетверо ниже, чем у мьшей и вдвое - чем у атем. Следовательно, в целом интенсивность энергетики у теплокровных выше, чем у холоднокровных, что, собственно, и отражает "энергетическую оплату" 'теплокровности. Бресте с тем, согласно нашим наблюдениям, указанное выше различие с теплокровными в отношении дыхания возрастает с увеличением массы холоднокровного организма. Этот момент представляет определенный интерес, т.к. согласно данным СевБиио (1971), дыхание митохондрий тканей теплокровных

Еесущзстве:: ;о отличается от такового холоднокровных, но нри этом пэ уделялось долгого внимания соотногента к>ес тала исследуемых организмов, хотя позднее именно при учета атого показателя найдено 2-3-кратноз отличие по аотивнооти дыхательных ферментов (Е1еэ, ¡¡Ulbert , 1Ö83), что вполне согласуется с полученными нами результатами..

Далее наш была исследовала тормореативность млтохоздрж} in vitro с учетом оптимальных для организма температур: у ыьг>й -37° С, в качестве оптимальных значений для степных агач и пустынных черепах были вибраны 37° С и 30° ^соответственно.

Как видно из данньи. представленных на рио.З, при всех попользованных температурах инкубации (16, 2Б. S5 и 4б°С) в случае митохондрий печени «ыаей отмечаются более высокие скорости дыхания в состояниях Уз и V-5, чан у репишй. Согласно специально сделати подсчетам, ингибирозаянэ окисления сукдешата при пони-йэнин температур в интервале 37°-1б°С у мыкей было меньше (до 5 раз), чей у рептилий (до 8 раз), тогда как прн пшсбиове именно у чу репах отмечается более глубокое подавление с;сислешм сукщ:-иата (см. ркс.1). ,s

Следует отметать, что у грызунов (мыши) прн синении температуры инкубации дыхательная активность митохондрий печени кмзо? меньшую температуряу» зависимость, чем у рептилий. Так, у последних, при условия снижения температуры от Бб°С до 6°С по гкс-перкиенталышм данный и расчета« следует, что скорость окисления сукцвдага покидается пршзрно в 12 раз против 3-х раз у мышей.

При экспозиции ыитохондркй печени степной агамы при 42°С и шш - при 37°С, что соответствует оптимальным температурам жизнедеятельности данных животных, окисление сукцината в этих двух препаратах митохондрий протекало с достаточно сопоставимой скоростью. В случае черепахи яри всех температурных режимах lr> vitro отмечены значительно меньшие скорости дыхания митохондрий. В целом, млекопитающим исходно присущ более высокий темп энергетического обмена а митохондриях по сравнен® с рептилиям!, что сохраняется и при варьировании температуры инкубации' изолированных митохондрий. Haan результаты однозначно свидетельствуют о том, что в широком диапазоне используемых температур инкубации функциональная активность, митохондрий у теплокровных выше, чем у холоднокровных.

Рис. 3. Влияние различного теыпературного регата инкубации на скорость дыхания митохондрий печени мыши (М), степной агамы (А) и черепахи (Ч) (Субстрат окисления - 5 мМ сукцинит, индекс^ 3и 4 саотвгтстоуюм сериям для метаболических состояний 3 и 4; по оси ординат - скорость дыхания, нг-атом О?мин на I мг банен. В каждой серии слева направо: инкубация при 15,25, 35 и 45* С)

Рис. 4. Интенсивность несопряженного окисления НДЦ-Н (+цитохром с) в гоыогеиатах различных тканей мыши, агамы и черепахи (По оси ординат - скорость дыхания, нг-атом О/мин на 100 мг сырой ткани; в каждой серии спаса направо: печень, скелетная мышца, сердце и мозг)

Согласно суЕззствуаэдм представлениям (см. В.П.Скулачзв, 1669, 1989), важный вклад в баланс теплопродукции вносит система "свободного", несопряженного окисления, протекающего в митохондриях с участием цитохрома Ьэ и нитокрема с. Нами было проведено сравнение интенсивности несопряженного дыхания в гоиогенатах различных тканей шли, степной агшы и черепахи (рис. 4). Из полученных данных следует, что у рептилий интенсивность свободного окисления наиболее высока в скелетных шицах, тогда как у (¿.¿ш -в печени и сердце. Вс всех случаях наименее низкие с! кроет и пэ-сопряженного дыхания отмечаются для гомогентов мозга. Исследование интенсивности свободного окисления, протекающего в митохондриях печени перечисленных выаэ животных при равной температуре инкубации показало, что при всех температурах, включая оптимальные для жизнедеятельности, является более высоким у ютей по сравнению с рептилиями и, в особенности - с черепахами.

Представленные выше данные по особенностям термореактивности редокс-цепей митохондрий и дальнейшие исследования в атш направлении представляют интерес при анализе механизмов птсмэ-табодических состояний, вкоочая важный регуляторннй вклад модификации ыикровявкости меыбранна интенсивность протекания «еиб-раносвязанных процессов.

ЗЙШЧЕШЗ

Полученные результаты позволяют выделить основные метаболические особенности у теплокровных и холоднокровных организмов в период их естественной спячки. В целом, следует отметить, что спячка сопровождается однонаправленным изменением как основных показателей крови, так и энергетики митохондрий и целостного организма. Характерно, что у черепах более выражены изменения обмена на уровне целостного организма, вклвчая показатели крови, а у сурков - более глубокие изменения отмечаются на митохондриаль-ном уровне. Характерным для пшобиоза у указанных организмов является состояние гипогликемии и пгаерлипвдемии, что, как следует из литературы (Эмирбеков, Львова, 1970; Калабухов, 1986), отражает угнетение углеводного обмена и усиление липидного в целях оптимизации энергообеспечения.

Вместе с тем, на митохондриальном урор'-'э г^авляется окис-

- lo -

дойке как углеводных, так и Л1шидных ивтерыедиатов, т.е. происходит «©специфическое угнетение обмена. L'osho полагать в этой ■ связи, что усиление липидного обмена при спячка (Каяабухов, 1985; Хочачка, Соыеро, 1288) определяется не кинетическими свойствош митохондриалькых ферментов окисления, а фзрыеитоз гликолиза и никла гаокова-кирные кислоты (Ныасхолм, Старт. 1976). Следует отметить, что гиаометаболическое состояние митохондрий печени теплокровных.организмов при гипобиозе. евязанкоэ с преимущественным подавленней окисления сукцината при снижении температуры тела ira vivo, отличается от гипометаболизма митохондрий в условиях снижения температуры инкубационной среда препде всего кеньпим торможением скорости окисления сукцината.

Наши исследования' показали, что шгохоядриальное дыхание in vitro у гибернируювдч сурков лиггь частично восстанавливается в присутствии БСД и ЩТЛ, свягываадих тагсиэ факторы, как ккрнш кислоты и двухвалентные катионы, в частности - Са2"1, которые при повышенном содержании я ткани нарушает многие функции митохондрий, включая пронвдаеиость их мембран. Следовательно, при гипобиозе в мембранах ыигоховдрий имеют ыесто некие • устойчивые структурно-функциональные изменения, обеспечивающиеся специапь-ЕЫШ1 механизмами, отличными от мирных кислот иди Са2+" и природа которых е нестоящее время не вполне ясна. К числу таких механизмов можно отнести, в частности, контролируемое изменение шкро-вявкости мембран за счет снижения уровня ненасыщенных «ирнокис-лотиых остатков в мембранных лкпидах.

Сравнительный анализ дыхания иктокондрлй у теплокровных и холоднокровных с близкой массой тела в состоянии их активности показало, что в широком интервале теюератур инкубации дыхательная активность ипохондрий у мышей вша," чем у агзлы. 'Эти результаты указывают, на исходно высокий дыхатоль.ныл и энергетический потенциал митохондрий у теплокровных, что в сочетании с более высоким уровнем яееопряженного дыхания по редокс-цопи с ци-тохромом Ь5 позволяет, обеспечивать .экдотермность организма.

Интересно отметить, что гиаометаболйчзские реакции у спяших сусликов выявляются не во всех тканях, а только в печэнй, почках, в умеренной степени - в сердце, а в других тканях (скелет-, ные мышцы, мозг, бурый жир) изменения слабо выражены. Можно думать, что б организме судествуют ткани-юапени и тканеспе цифическиэ механизм;-!, имеющие веющее значение в обеспечении статуса гипо- •

- 17 -

бнэза гш спячка.

Gceaytí обратить особое Ешшаниа на низкую температур:^ зависимость процесса дыхания митохондрий печени у теплокровных организмов, о связи с чем при гшобнозе грызунов для первклоте-1шя дыхательной активности митохондрий в релиш низкой интенсивности необходимо наличие специальных механизмов, ).;¿Hee ванных а случае холоднокровных организмов нв-еа еысокой зависимости ого штохондриального аппарата от температурных условий.

В целом, • результаты, полученные на тепло- и холоднокровна организма* в состоянии их активности и при гипобиозе, позволяв? считать, что состояние спячки представляет' собой приспособительное явление, которое имеет филогеиетическл древнее происхождение. Однако изменения показателей на уровне целостного оргшшэма более внражеяи у холоднокровных, тогда как но субметочном мито-ноздриальиоы уровне - у теплокровных, что, видимо, отражает усиление субклеточных ыеханивмоз регуляции гнпобиооа з процесса езолюции органивнов от вктотермного до андотермного статуса.

ВЫВОДЫ

1. Изучены основные показатели крови кивотных при гмпобяо-в», обусловленном естественной спячкой грызунов и торпвдностью пресмыкающихся, в сопоставлении с периодом их активной низнедея-тельности. У сурков и черепах- в условиях гилобиога наблюдается снижение концентрации в крови глюкозы на фоне увеличения еодер-иания компонентов липидиого обмена и ферментов станин- и аспар-таттраяеаминагы, причем указанные изменения наиболее выразкены у пустынных черепах.

2. Еа уровне целостного организма в условиях ln vivo выявлено более чем 30- и 100-кратное снижение потребления кислорода соответственно у сурков и черепах при снижении температуры тела до 4-6°С, обусловленном зшней спячкой.

3. На уровне изолированных митохондрий тканей сурков и черепах в условиях гипобяова наблюдается снижение интенсивности дыхания в различных метаболических состояниях: в 4-5 раз у сурков с преимущественным подавлением окисления сукцината и в 3 раза - у черепах. Гипсметабодическое состояние митохондрий в этих условиях обеспечивается . их глубокой структурно-функциональной модификацией, о чем свидетельствуют эксперименты с испольвовани-

ем различных субстратов, температур инкубации, внесением в среду альбумина и ЭДТА и т.д.

4. Выявлена тканевая специфика перехода митохондрий в гдаю-метаболическое состояние. Так, в состоянии естественной спячки у желтых сусликов существенно подавляется дыхательная й фосфорили-рующая активность в гомогенатах печени, почек, сердца; в скелетных мышцах бедра наблюдается тенденция к понижению, а в буром жире и мозге, напротив, - к повышению дыхательной активности.

5. При снижении температуры инкубации (37...25...16°С) выявлено, что дыхательная активность митохондрий печени активных, грызунов снижается примерно в.5 раз, тогда как у рептилий.в активном состоянии - более чем в 10 раз. . У рептилий интенсивность фосфорилирующего дыхания митохондрий скачкообразно снижается в 8 раз при снижении температуры инкубации от.25° до 15°, против 2 раз в этом же температурном диапазоне в случае млекопитающих.

Эти данные свидетельствует о меньшей температурной зависимости клеточной энергетики теплокровных и необходимости функционирования специальных механизмов снижения митохондриального ды-. хания при гипобиозе данной группы животных в сравнении с холоднокровными.

6. В условиях температурного режима инкубации митохондрий и гомогенатов,• который соответствует температуре, оптийальной для жизнедеятельности исследованных организмов, обнаруживаются близкие значения параметров энергетики митохондрий в случае мышей и агам. Митохондрии тканей черепахи, напротив, характеризуются низкой'интенсивностью фосфорилируюаего дыхания при всех, использованных температурных режимах. Скорость несопряженного дыхания митохондрий у рептилий, как правило, ниже, чем у мышей, в широком диапазоне температур инкубации.

ОПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алламуратов ш.И., Ашурова Х.Б., Гибарова С.М., Ахмеров Р.Н., Алматов К.Г. Изменение показателей крови у сурков и черепах при гипобиозе. // Докл. АН РУз. - 1994. - N 3. - С. 37-40.

2. Алламуратов Ш.И., Ахмеров Р.Н., Алматов К.Т., Гибарова С.М.

• Сердечный ритм и энергетический обмел среднеазиатской черепахи .(Тез1ис1о НогеИеШ) в. период зимнего оцепенения. // Узб.биол.Ж. - 1994. - №4. - С.6-9.

3. Ахмеров P.H., Гибарова С.Н., Алламуратов 1D.JI.. Алшгов К.Т. Соотношение дыхания митохондрий печени у млекопитающих и рептилий при равной температуре in vitro // Я.эвод.Сиох. и фиаи-ОЛ. - 1905. - N 4,- С.410-410.

4. Ахыетов И.З., Гибарова C.Li. Соотношение энергозатрат при активной кианедеятельности и при гипобиоэе у млекопитающих и рептилий.// Научл.труды. Гулясганского университета, се-чя общая биология.- Гулистан.-1990.- Вып.3.- С.7-9.

Б. Гибарова С.М., Алматов К.Т., Ахметов И.З.. Ахыеров Р.Н. Гипобиоз у черепах при неблагоприятных зкшюгическшс условиях.// ТаСиат ландшафтларинияг экология муаммолари (ашуы.ыаъ-руз.). Гулистои. 1994.-Боб 1.- Б.140.

6. Гибарова C.U., Ахметов И.З., Ахмеров Р.Н., Алламуратов Ш.И. Зколого-биологическая характеристика желтых сусликов в период гибернации.// Табиат ландшафтларининг экология муаммолари (адауы.иаъруе.). Гулистон. 1994.-Боб 2.- В.143.

7. Алматов К.Т., Алламуратов И.И., Гибарова С.Ы., Ахмеров Р.Н. Эндогенные факторы спячки, у млекопитающих и рептилий //Tea.докл. молодых ученых к 43-летюо И-та воологии АН РУе> -Ташкент.- 1994. - С.12.

8. Гибарова С.Н., Алламуратов Ш.И. Энергетика штохондрий печени млекопитающих и рептилий при снижении температуры // Зоология

. фанининг хоэирги заыон |<уаммодари (Нонф.иаъруз.теа.). - Тош-кевт. 1995. - 0.20 / ■

0. Гибарова С.Ы., Ахмеров Р.П., Ахметов И.З. О температурной зависимости общего обмена н дыхания митохондрий у тепло- и холоднокровных организмов //Тез. докл.кокфер. "Среда и организм". Институт зоологии АН РУ. Ташкент.- 1895,- С.1Б.

Ю.Ходматов Р.. Ахмеров Р.Н.. Гибарова С.М., Нигматов 3., Иванова Ы. О влиянии на дыхание митохондрий белковой фракции (С2), полученный из кишечника черепахи в период еимнвго оцепенения, // Тев, докл.конфер,"Среда и организм". Институт зоологии АН РУ. Ташкент.- 1996.- СЛ38.

И.Гибарова С.Ы., Алламуратов И.И. Дыхателгьиая активность митохондрий печени и других тканей у млекопитающих при их естественной спячке.// Биология ва экоаогиянинг хоэирги замон муом-молари. -II кием (конф.маъруз.тез.).- Тоакент.-1995.- Б.40.

Кношча казну®!

Хайвонларда цншгсн уйду даврида к,он таркибидаги глюкоза миедо-рининг пасайиши, лилидлар алмавинувви ма^сулотлари мивдорининг к?пайиши ва аланин- аспартат трансаминаэа ферментларининг актип-ланшии куэатилади. Бу х;олат оугурларга нисбатан тошбакаларда ус-тун эканлиги маълум б^лди. Тана хароратининг 4...6°С ивсайиин газ-кислород алмашшувининг ЭО-дан 100 мартагача камайиши куза-тилди. Хайвонларнинг гипобиоз цолатида ежратиб олинган митохонд-рияларида сугурларда биоэнергетика параметрларининг ва сукцинат-нинг оксидламши 4-5 мартагача, тошбакаларда эса 3 мартагача пасайиши юз Оеради.

Сариц юмронкозикларда гипобиоз ^олатвда яигар, буйрак ва юра!? ту^ималарининг кафе«: олш активлиги бооща органларга нисбатан луда пасайган.

1п уЯго- да х;ароратнинг 37° дан 25-16° гача пасайиши, актив холатдаги к&мирувчилар лигари митохондриг-.сшшиг нафас олиэ фаоли-ги 4 марта, судралиб юрувчиларда эса 1Е мартагача пасайган. Бу к^рсаткичлар шундан далолат берадики, совук; конли хайвонларга нисбатан, исси^ коми цайвонларда худайра энергетикасн харорат Уз.гаркшларига карам эмаслиги ва митохондрияларининг нафас олишини пасайтирувчи механшмларнинг зарур эканлиги маълум будд и.

'авкипг ••

It haa ben revealed that, upon hypoblo3ls resulting fron the sinter hibernation, the content of glucose In the blood of nsn-nials (flnrrota tmnzbieri Heschk.) end reptiles (.Testudo horstlol-di) hes dooreassd whereas tfca components of the lipid exchange rnd the eotivity of tho enzyra alenln- end aspartattrensatflnase hsvo Increased, the changes observed beinj mora pronounr --d in tho tortoise than In psamote.

On a level of the Intact crjfcnlsn In vitro, over tho £0- fold end 100-fold deoroesa of gas-ostyg^n exchange takes place In marrates end tortoises, respectively upon the body temperature dso-roas аз loa as 4-6°C ез a result of winter hibernation.

At a mitochondrial level, a docroaso in the bloanargotio parameters by 4-6 ttos with a prevailing Inhibition of suooinate oxidation ties rocordad in rcrrattea end by 3 tlnws In tortoises In th-э state of hypoblosls, »hlcft witnesses deep restructuring of the onzymtio-Estabolio characteristics of the tissue energetics rndar these conditions, Uora significant inhibition of tho respiratory activity in tho mitochondria, of tho liver, kidney and he-ert against ths other organs was. reported in ground squirrel when in tha state of natural winter sleeping.

Upon th9 tespsrature drop in vitro by 37..25..16°C, the respiratory activity of th9 liver mitochondria of active rodents was recorded to decrees« to a significantly smaller degrees (by 4 tirsos) than in those of the reptiles (by 12 times), thus witnessing a smaller temperature dependence of tho subcellular energetics of the warsn-bloodad animals and the necessity of functioning of special mechanisms decreasing- mitochondrial respiration in this group as compared »1th tha cold-blooded snlrrals while in hypoblosls.

Список сокращений

ЭДТА - втилвкдиаминтэгреутссуснея кислота

БСА - бычий сывороточный альбумин

АД® - аденоэго1-5-дифосфорная кислота

ЛТ® - еденоэнн-З-триФосвориая кислота

НАД - иихотинамидадетгндинуклаотид. окисленный

НАДН - никотиивмидадвниидинукдеотад восстаиозлвнныа

ДНФ - 2.4-дииитрофенол

, ¿LU -