Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сравнительная характеристика процессов пищеварения у некоторых цестод и их хозяев-рыб

ВАК РФ 03.00.19, Паразитология

Автореферат диссертации по теме "Сравнительная характеристика процессов пищеварения у некоторых цестод и их хозяев-рыб"

■МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. В. ЛОМОНОСОВА

-1--

Иа~п'/)7гв(1Л рукописи

ИЗВЕКОВА Галина Игоревна

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ У НЕКОТОРЫХ ЦЕСТОД И ИХ ХОЗЯЕВ — РЫБ

Специальность 03.00.19 — паразитология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических паук

Москва—1991

Работа выполнена в лаборатории экологической паразитологии Института биологии внутренних вод им. II. Д. Папанина ЛИ СССР., ;

Научные руководители-.

доктор биологических наук К у п е р м а п Б. И.,, доктор биологических паук Кузьмина В. В.

Официальные о и и о и с и т ы:

доктор биологических наук Леутскап 3. К-,

доктор биологических наук, профессор Ч е п у р и о в С. А.

Ведущая организация:

Институт медицинской паразитологии и тропической медицины им. Ь". И. .Мартшовского.

Защита состоится «6» мая 1991 г. в 15.30 ч. на заседании специализированного совета Д 053.05.34 при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, В-234, МГУ, Биологический факультет, аудитория М-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «5» апреля 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Л. И. Барсова.

v Актуальность темы. Познание отношений между паразитом н хозяином - одна из фундаментальных проблем паразитологии, решение которой направлено на раскрытие сущности явления паразитизма. Взаимодействие между паразитом и хозяином в значительной степени определяется их трофическими отношениями, включающими конкуренцию за пищевые субстраты. Большой интерес для изучения пищевых взаимоотношений в системе паразит-хозяин представляют ленточные черви (цес-тоды) - глубоко специализированная группа гельминтов, адаптированных к эндопаразитическому образу жизни. Хозяевами цестод служат, позвоночные животные различных классов, что определяет большое практическое значение исследования их как паразитов человека, домашних животных и промысловых рыб. Тегумент цестод рассматривается как полифункциональная структура, которая наряду с обычными функциями покровных тканей осуществляет пищеварительно-транспорт-ше процессы. Имеющиеся данные свидетельствуют о сходстве структурно-функциональной организации пищеварительно-транспортной системы хозяина и паразита. В связи с этим особое значение приобретает сравнительное изучение характеристик различных пищеварительных ферментов и транспортных систем у паразитов и их хозяев. Поскольку белки и углевода играют первостепенную роль в жизнедея-- тельности как паразитов, так и их хозяев, необходимо изучение прежде всего ферментных систем, осуществляющих гидролиз этих веществ.

Пищеварительные процессы, включающие мембранный гидролиз и транспорт веществ у различных позвоночных животных, в том числе и рыб, изучены достаточно хорошо (Уголев, 1985, Кузьмина, 1986 и др.). Изучены некоторые ферментные системы и транспортные процессы у цестод ( рарраз, Read, 1975, Нуровская, 1978, Шишова-Касаточкина, Леутская, 1979). Работ по сравнительному изучению гидролиза и транспорта нутриентов в сходных методических условиях у цестод и их хо-

зяев крайне мало (Кузьмина, Куперман, 1983). Остаются не изученными соотношение интенсивности процессов гидролиза и транспорта у гельминтов и их хозяев, роль мембранного пищеварения во взаимоотношениях между паразитом и хозяином, механизмы, обеспечивающие тонкую пищевую адаптации червей к условиям существования. Решение поставленной проблемы тем более оправдано, что цестоды, выбранные для исследований, широко распространены в природе, и их взаимоотношения с массовыми видами рыб представляют несомненный интерес.

Работа выполнена в соответствии с разделом темы Института биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина АН СССР "Паразитологическая ситуация водоемов бассейна Волги с учетом последствий антропогенного воздействия. Морфофункциональные и физиолого-биохимические основы адаптации паразитов к их хозяевам" (№ г/р 0186.0016377).

Цель и задачи исследования. Целью работы является сравнительное изучение пищевых взаимоотношений между паразитами (цестоды) и их хозяевами (рыбы) и выяснение способов пищевых адаптации гельми! тов. При этом были поставлены следующие задачи:

1. Изучение процессов гидролиза белков и углеводов у цестод а сравнению с аналогичными процессами у их хозяев - рыб.

2. Оценка влияния ферментных систем хозяина на-.способность це тод к гидролизу основных пищевых субстратов.

. 3. Исследование влияния физико-химических факторов на активно пищеварительных ферментов паразита и хозяина.

4. Изучение характеристик транспорта пищевых субстратов у цес

тод.

5. Изучение соотношения процессов гидролиза и транспорта у це тод и их хозяев - рыб.

Научная новизна. Впервые проведено сравнительное исследование процессов пищеварения у цестод и в кишечнике их хозяев - рыб. Ус-

тановлено, что мембранное пищеварение белков и углеводов на поверхности цестод в значительной мере осуществляется благодаря использованию гидролитических ферментов хозяина, что является важной адаптацией к условиям существования, причем интенсивность гидролиза у червей ниже, чем у их хозяев - рыб. Впервые изучены механизмы транспорта глюкозы у низших цестод, показано, что эффективность систем транспорта у червей значительно выше, чем у рыб. Выявлено, что содержание глюкозы в черве, а также интенсивность ее аккумуляции зависят от физиологического состояния гельминта. Установлена способность цестод аккумулировать глюкозу при инкубации в среда с крахмалом и мальтозой, что свидетельствует о возможности сопряжения процессов гидролиза и транспорта на поверхности червей.

Практическая ценность работы. Изучение пищевых взаимоотношений низших цестод и их хозяев - рыб позволило установить ряд адаптации гельминтов к условиям существования и закономерности функционирования системы паразит-хозяин. Изучение пищевых адаптации позволяет выявить звенья в цепи обменных процессов, на которые можно воздействовать различными физико-химическими и биохимическими факторами, направляя эти процессы в сторону, благоприятную для хозяина. Многосторонние адаптации гельминтов, и в частности цестод, к условиям обитания, а также специфика их морфологической организации позволяют использовать их в качестве модели при изучении воздействия ан-тигельминтных препаратов.

. Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, были представлены на III Всесоюзном симпозиуме "Мембранное пищеварение и всасывание" (Рига, 1986), на 7-ой конференции молодых ученых института Биологии ЛатССР (Рига, 1987), 1-ом симпозиуме по : '«логической биохимии рыб (Ярославль, 1987), научной конференции "Гельминтология сегодня: проблемы и перспективы" (Москва, 1989)

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов, списка литературы, включающего 145 наименований, из которых 75 зарубежных авторов. Материалы изложены на 138 страницах машинописного текста, включая 6 таблиц и 24 рисунка. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Работа выполнена на трех видах половозрелых цестод, обитающих в-кишечнике рыб, и трех видах их дефинитивных.хозяев:.......

паразит хозяин класс Ceatoda

Т.

отр. Pseudophyllidea Esooiforraas чцукообразныз

сем. Triaenopboridae Esocidus -щуковые

вид Triaenophorua noduloeus Ееозс luciue L. -щука

II.

отр. pBoudophyllidea Gadiformee -трескообразные

сем, Aaphicotylidaa Gadidae '-тресковые

вид Eubothrium rueoaum ■ Lota lota 1» . -налим

III.

OTp. Caryophyllaoidea CypriniformeB -карпообразные .

сем. Caryopbylleeidae Cyprinidae -карповые вид 0aryophyllaeua latioepc Abramis Ьгазва (L.) -лещ

Всего были исследованы 390.экз. Т.noduloeus из 58 цук, 300. экз. E.ru£osum из 57 налимов и 2600 экз. C.latlcepa из 150 .лещой Для изучения характеристик ферментов, обеспечивающих процессы мембранного пищеварения и транспортных процессов, использовали различные препараты: прошитые полоски юшки и кусочки червя, гомо-генаты слизистой кишечника и тела червя, десорбаты с пищеваритель-но-транспортных поверхностей кишечника и гельминта.

Для оценки адсорбционных свойств пищеварителъно-транспортных

поверхностей гельминтов и кишечников рыб использовали метод последовательной десорбции ферментов с отрезков кишки (Кузьмина, 1976). Полученные при десорбции фракции, обозначенные буквой Д с различными цифровыми индексами, отражают активность ферментов, принимающих участие в мембранном пищеварении, прочность фиксации которых на структурах пищеварительно-транспортных поверхностей увеличивается в ряду %-Дд.

Общую протеолитическую активность определяли методом Ансона ( Anaon, 1938) в некоторой модификации по приросту тирозина. В качестве субстратов использовали I% растворы казеина (рН 8.0), сывороточного альбумина (рН 7.4), гемоглобина (рН 5.0 и 3.0), приготовленные на растворе Рйнгера. Скорость гидролиза субстратов выра-* жали в ммолях тирозина за минуту инкубации в расчете на I г 'влажной массы ткани (в тексте - условные единицы, усл.ед.). Инкубацию ферментативно-активного препарата и субстрата осуществляли в течение 60 мин. при температуре 5°, 20° и 40°С.

Общую амилолитическую активность, складывающуюся из активностей (/.-амилазы и различных олиго- и дисахаридаз, определяли по приросту гексоэ модифицированным методом Нельсона (Уголев, Иезуи-това, 1969). В качестве субстрата использовали 1.8$ раствор растворимого крахмала, приготовленный на растворе Рйнгера. Скорость гидролиза крахмала выражали в ммолях глюкозы за 60 мин. инкубации в расчете на 100 мг навески ткани (в тексте - условные единицы, усл.ед.). Инкубацию ферментативно-активного препарата и субстрата осуществляли в течение 60 мин. при температуре 5° и 20°С.

При исследовании транспортных характеристик инкубацию препаратов проводили в 5 мл Д-глюкозы (в концентрации от 0.1 ммоль до 10 ммоль), мальтозы и крахмала (концентрации, эквиыолярные 5 и 10 ммоль растворам глюкозы), приготовленных на растворе Рйнгера, при

температуре 5° и 20°С. В каждом из поставленных опытов определяли "фоновое" содержание глюкозы,т.е. ее количество в гельминте до инкубации в растворе глюкозы. В тканях червей я слизистой кишечника определяли интенсивность аккумуляции мономера глюкозы (Г-глюкоза) и глюкозы, образующейся в результате гидролиза дисахарида мальтозы (М-глюкоза) и полисахарида крахмала (К-глюкоза). Интенсивность аккумуляции определяли по накоплению гексоз за 60 мин. инкубации в расчете на 100 мг сырой массы ткани и выражали в ммоль глюкозы. Концентрацию гексоз определяли модифицированным мотодом Нельсона. Значения константы Михазлиса (K.t) для процессов аккумуляции и максимальной скорости транспорта ( V"max ) определяли методом двойных обратных величин. При исследовании механизмов.транспорта использовали ингибитор N а+-К*-АТ®азы - оуабаин в концентрации 10"^ммоль.

Цестоды.noduloaua иС-luticepa в соответствии с их физиологическим состоянием были разделены на две группы: 1-ая - черви незрелые с формирующимся гонадами (т.nodulosua - из кишечников щук, отловленных а декабре-январе, C.laticepa - из кишечников лещей, отловленных в июне) и 2-ая группа - половозрелые черви (т. nodulosua - из кишечников щук, отловленных в феврале-апреле,C.laticepa _ кз кишечников лещей, отловленных в июле).

Результаты обрабатывали статистически с использованием критерия Стьюдента для Ъ% уровня значимости (р<0,05).

ПИЩЕВЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ЦЕСТОД И ИХ ХОЗЯЕВ - РЫВ В ПРОЦЕССЕ

ГИДРОЛИЗА БЕЛКОВ Для выяснения взаимоотношений цестод и 'юс хозяев в процессе гидролиза белков и дифференциации полостного и мембранного пищеварения исследована динамика десорбции протеиназ с пищеварительно-транспортных поверхностей цестод (E.rugosum, т. nodulosua, c.lati-oePs ) и их хозяев - рыб (налим, щука, лещ).

Сопоставление результатов опытов по исследованию динамики десорбции протеиназ показало, что у налима количество фракций больше, а активность десорбированных с кишечника протеиназ выш&, чем у цестоды Е.п^овит , Так, при 20° суммарная активность фракций при использовании в качестве субстрата казеина у налима составляет 0.976+0.249 усл.ед., а у к. г довита - 0.224*0.034 усл.ед.. При этом у цестод по сравнению с рыбами (в процентном отношении от суммарной протеолитической активности всех франций) преобладает активность легко десорбируемых фракций Д{ и В частности, у налима легко десорбируемые франции составляют 45-60& в зависимости от условий опыта, а у ¿.гизовит - около 805?.

Для щуки и цестоды т.подиЮвив характерны несколько иные закономерности в распределении активности десорбированных ферментов во фракциях. Количество ферментативно-активных фракций, полученных с тегумента т.по<1и1ози8 , меньше, чем с препарата кишечника потки, однако их активность выше, в особенности это относится к фракциям Д| й Д2 в значительной мере отражающим активность полостных ферментов. хозяина. Общей закономерностью для всех использованных субстратов также является то, что основная доля протеолитической активности у цестоды .Т.по<1и1о8ив приходится на легко десорбируемые фракции и Д£, у рыб активность распределена между фракциями более равномерно. Так, у щуки легко десорбируемые фракции составляют около 40$, а у Т.по<1и1овиа - около 80$ от суммы активности всех фракций. Для фракции гомогената характерны другие соотношения - уровень протеолитической активности в гомогенате слизистой кишечника в 2-5 раз превышает таковой в гомогенате цестод.

Исследование десорбции ферментов yc.iati.cepa. и леща показало, что максимальное количество фракций, обладающих протеолитической активностью, у сЛаШеера равно 4, у леща - б. Активность

фракции ДI у С,1аг1оера примерно в 1.5 раза выше, чем у леща, в остальных фракциях у цестод она несколько ниже, чем у рыб. Эта закономерность характерна для всех используемых субстратов. Активность протеиназ легко десорбируемых фракций у С.1а1;1.сера составляет 80-90$, а у леща - около 60% от суммарной активности протеоли-тических ферментов всех фракций. Протеолитическая активность гомо-генатов цестод и слизистой кишечника леща примерно одинакова и значительно отличается только при использовании в качестве субстрата гемоглобина.

При повышении температуры инкубации десорбатов с кишечника налима и к.гиеовит повышается протеолитическая активность всех фракций, а у к.гивозии количество фракций возрастает с 2-х (при 5°) до 3-х (при 20°) и 4-х (при 40°). При этом относительная активность легко десорбируемых фракций уменьшается с 45% до 27% у налима и с 70% до 40% у Е.гиеозшп (субстрат - казеин). Повышение температуры инкубации существенно не сказывается на протеолитической активности десорбатов, полученных с отрезков кишечника щуки. У т.по<1и-1оз11в также, как и у Е.гиеоашп , при этих же условиях увеличивается количество ферментативно активных фракций с 2-х до 4-х. При повышении температуры несколько уменьшается относительная активность легко десорбируемых фракций, что свидетельствует о повышении в процессах гидролиза роли ферментов, достаточно прочно фиксированных на пищеварительно-транспортных поверхностях.

Активность ферментов, осуществляющих гидролиз белков, зависит от используемого субстрата и значений рН инкубационной среда: у всех исследованных животных по отношению к субстратам она убывает в ряду казеин - гемоглобин - альбумин.

При сравнении суммарной протеолитической активности всех фракций, подученных с препаратов кишечников рыб, оказалось, что при

температуре инкубации 20° исследованных рыб можно расположить по ее убыли в следующем порядке: лещ (бентофаг), налим (хищник - факультативный бентофаг), пука (типичный хищник). Аналогичное сравнение суммарной протеолитической активности, полученной для цестод при 20°, позволяет расположить изученных гельминтов по ее убыли следгщим образом: С.1а1;1.сера, т.по<1и1озив, Е.гиЕовшл . Активность легко десорбируемых фракций составляет у всех исследованных гельминтов около 80% (у сЛа-Ысерв в некоторых случаях - 90%), что очевидно указывает на возможность использования гельминтами гидролитических ферментов хозяев.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов показано наличие на пищеварительно-транспортных поверхностях паразита и хозяина различных протеиназ, гидролизующих белки в широком диапазоне значений рН, большая часть которых проявляет активность в щелочной зоне рН. Поверхность червей обладает метшей протеолитической активностью и меньшей адсорбционной способностью по сравнению со слизистой кишечника их хозяев. Осуществление гидролитических процессов на поверхности тегумента дает несомненные кинетические преимущества для дальнейшего транспорта мономеров. Взаимодействие червей с пищеварительными ферментами хозяина доказывает многогранность взаимоотношений между хозяевами и паразитами. Эти взаимоотношения показывают, что наружный синтициальный эпителий цестод выполняет сложные пищеварительную, абсорбционную и защитную функции. ПИЩЕВЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ЦЕСТОД И ИХ ХОЗЯЕВ-РЫБ В ПРОЦЕССЕ

ГИДРОЛИЗА УГЛЕВОДОВ Для выяснения роли адсорбированных и собственных карбогидраз в ■ процессе гидролиза углеводов у цестод и их хозяев - рыб была определена динамика десорбции амилолитической активности ферментов, обеспечивающих этот процесс у исследованных животных.

При этом установлено, что активность ферментов во всех полученных фракциях у налима значительно выше, чем у K.rugosum . Так например, активность фракций Д1+Д2 У налима при 20° составляет 1.95+0.33 усл.ед., а у E.rugosun 0.40+0.12 усл.ед. при тех же условиях. Как у налима, так и у E.rugosum активность в ряду Д|-Дд достоверно снижается, причем у гельминтов уже во фракциях Д3-Д4 (в зависимости от температуры) активность карбогидраз не обнаруживается. Как у хозяина, так и у паразита наибольшая способность к гидролизу наблюдается в гомогенате и составляет 35-43% для налима и 65-75% для E.rugosum суммарной амилолитической активности всех фракций в зависимости от температуры. Несколько иная динамика десорбции карбогидраз получена для щуки и ï,uocluloeus. Активность ферментов в ряду flj-flg у щуки постепенно снижается, сохраняясь во фракциях на одном уровне. При исследовании десорбции карбо-

гидраз у т.посиаовиодостоверного снижения активности ферментов в последующих фракциях не происходит, В целой кишечник щуки облада- . ет большей способностью к гидролизу углеводов, чем тегумект цестод. Наибольшая активность карбогидраз и у щуки, и у x.noduiosus наблюдается в гомогенате и составляет в зависимости от температуры 3438$ и 23-44% соответственно. Легко десорбируемыв фракции Д| и Д2 не превышают у этих организмов 2755 и 25-33$ соответственно.

Активность полученных фракций как для кишечника леща, так и для тегумента с.1а*;1.сервэаметно снижается в ряду Д£-Дд, причем у C.iaticeps подучено только 5 ферментативно активных фракций, а у леща - 8. Активность фракции Д| у c.iaticeps выше, чем у леща <5.67+0.53 усл.ед. и 4.10+0.81 усл.ед. соответственно), а все последующие фракции у гельминтов имеют значительно меныцую активность, чем в слизистой кишечника леща. Легко десорбируемые фракции у цестод составили около 80$, в то время как у рыб - меньше 50%. В то

же время активность гомогената слизистой кишечника в б раз превы- -шает таковую цестод (3.69+0.93 усл.ед. и 0.63+0.13 усл.ед. соответственно).

При увеличении температуры инкубации у изученных видов цестод в процессах гидролиза Сахаров повышается роль ферментов, прочно связанных с поверхностью тегумента.

По убыли общей амилолитической активности изученных рыб можно расположить в следующем порядке: лещ - налим - щука. При этом в слизистой кишечника леща она значительно вше, чем у других изученных рыб: в 3 раза по сравнению с налимом и почти в 18 раз по сравнению со щукой. В свою очередь активность ферментов у налима в 4 раза выше, чем у щуки. При сравнении амилолитической активности, выявленной у цестод, оказалось, что изученные гельминты'по ее убыли располагаются следующим образом: с.1аг1сера, и.гиеовиш, т. пойи1оаиз • Соотношение величин активностей при этом у червей близки к таковым у их хозяев - рыб, а именно, с поверхности с.1аг!оерв десорбируются карбогидразы, которые обладают активностью почти в 3 раза большей, чем с тегумента в.гивоашп и в II раз большей, чем с поверхности Т.по<1и1опив . В свою очередь, с тегумента цестод е. гиеовит десорбируются карбогидразы, обладающие в 4 раза большей активностью, чем ферменты 1'.по<1и1овиа

Данные о значительном сходстве исследованных характеристик гидролиза Сахаров у цестод и рыб подтверждают представления о важной роли мембранного пищеварения в процессе усвоения пищи у тех и других. Исходя из имеющихся литературных данных, можно предположить, что фракции Д];-,Цд, полученные при изучении цестод, содержат карбогидразы рыб, адсорбированные тегументом с различной степенью прочности. Активность фракции гомогената у исследованных цестод может складываться из активности олигосахаридаз, обнаруженных во

внутренних органах ( Моовоп , 1980) и из активности адсорбированной из кишечника «С-амилазы, прочно связанной с поверхностью червей.

ТРАНСПОРТ ПИЩЕВЫХ СУБСТРАТОВ У ЦЕСТОД И СООТНОШЕНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ У ГЕЛЬМИНТОВ И РЫБ

Для решения вопросов, связанных с заключительным этапом пищеварения - всасыванием, изучены механизмы транспорта глюкозы у низших цестод, паразитирующих в кишечнике рыб, а также проведено сопоставление интенсивности этих процессов у паразитов и хозяев, исследованы возможности сопряжения процессов гидролиза и транспорта углеводов у этих гельминтов.

В специальных наблюдениях была определена концентрация глюкозы в различных участках тела К.грозит и Х.по11и1обиеи ее содержание в теле СЛа-Ысера . Для определения градиента транспорта и содержания глюкозы вдоль стробилы червей Е.гиеоашп и Т.по<1и1ови8 условно делили на две части-: передний отдел, включающий эоцу ско-лекса, шейки и формирующихся гонад,и задний отдел, содержащий половозрелые сонады. У с. 1с ер в с оде ржание глюкозы определяли,.в целом гельминте.

Содержание глюкозы, способной экстрагироваться из тканей гельминтов, как у Е.гиеозит , так и у Т.поаи1оеиа заметно снижается в заднем отделе по сравнению с передним. У сЛа^сера содержание глюкозы зависит от физиологического состояния цестод. У незрелых цестод с формирующимися гонадами содержание глюкозы значительно выше, чем у половозрелых червей (5.02+0.56 и 1.56+0.26 ммоль соответственно).

Интенсивность аккумуляции глюкозы у Е.гикоашп в переднем отделе составила 6.00Л.09 ммоль, в заднем - 3.52^0.33 ммоль, у Т.по-йи1ови»-8.41^0Л2 и 2.56+0.31 ммоль соответственно. Из полученных

данных видно, что в переднем отделе у изученных цестод транспортные процессы протекают в 2-3 раза интенсивней, чем в заднем. Аналогичная зависимость аккумуляции глюкозы от (физиологического состояния червей получена для цестод с.1аг!серв. Так например, при 2.5 ммоль концентрации глюкозы в среде черви 1-ой группы аккумулируют 7.02+1.07 ммоль этого мономера, а 2-ой группы - всего 2.38+ 0.51 ммоль, что свидетельствует о противоградиентном накоплении глюкозы червями 1-ой группы и подтверждает закономерности, полученные для к.гибозша и т.поаи1оеив_ Снижение содержания глюкозы в заднем отделе тела Е.п^овит и Т.по<1и1овив", видимо, связано с постепенным созреванием половых продуктов от переднего отдела к заднему и накоплением резервного гликогена в том же направлении ( VI-пауакаш , 1985). Этими же причинами, по-видимому, объясняется снижение содержания глюкозы у гельминтов с половозрелыми гонадами.

С целью выяснения механизмов поглощения глюкозы различными видами цестод была поставлена серия опытов по определению интенсивности аккумуляции глюкозы в организме гельминтов в зависимости от ее концентрации в инкубационном растворе. При этом исследовалось также влияние температуры инкубации на транспортные процессы.

Проведенные исследования позволили установить, что аккумуляция глюкозы у изученных цестод имеет характер кинетики насыщения, причем при некоторых концентрациях в среде этот мономер накапливается против градиента концентрации, что служит доказательством существования систем активного транспорта глюкозы. У половозрелых червей отмечается снижение интенсивности транспортных процессов по сравнению с гельминтами, у которых идет формирование гонад.

Исходя из кривых кинетики насыщения, были определены константа абсорбции: Ушах - максимальная скорость транспорта и К - константа Михаэлиса для транспортных процессов при 5° и 20°С.

Значение константы Михаэлиса является важной кинетической характеристикой, отражающей сродство транспортной системы к транспортируемому веществу (чем ниже К1. , тем больше сродство системы к субстрату). По лученше данные свидетельствуют о том, что при 20° сродство системы к транспортируемой глюкозе выше, чем при 5°, как уЕ.гивовит (К^р-О.ЗЗ, Н|р-1.25), так и у Т.псхЫоеив (К^°-0.40, К^-1.43). Меньшее значение к\ (1.25) ус .laticops по сравнению с

о

(5.0) свидетельствует о большем сродстве транспортной системы к глюкозе у более молодых червей, что подтверждает высказанное предположение о том, что уровень транспорта глюкозы у молодых червей выше, чем у гельминтов со сформированными гонадами.

При сравнении интенсивности аккумуляции различных форм глюкозы изученными видами цестод оказалось, что Г- и М-глюкоэу способны транспортировать все исследованные гельминты, а К-глюкозу -все, кроме 2-ой группы червей Т.по<1и1овиа М-глюкозу более интенсивно поглощают цестоды сЛаПсерв 1-ой группы, а К-глюкозу - как с.1аг1оерв , так и т.поаи1овив Х-ой группы. В ряду Г-, Ы-, К-глюко-за интенсивность поглощения у всех изученных видов цестод падает.

Для сравнения транспортных процессов, протекающих у гельминтов и их хозяев - рыб, была проведена серия экспериментов по исследованию интенсивности аккумуляции различных форы глюкозы у цестод 1-ой группы.с. 1а-Ысера и в кишечнике их хозяина - леща. Установлено, что накопление глюкозы в тканях гельминтов при исследованных концентрациях для всех субстратов выше, чем в слизистой кишечника. Ни в одной из серий опытов в слизистой кишечника леща не наблюдалось противоградиентного накопления глюкозы, в то время, как в тканях цестод при 2.5 ммоль концентрации субстратов наблюдалась про-тивоградиентная аккумуляция всех форм глюкозы. Важно отметить, что при концентрации глюкозы 2.5 ммоль интенсивность ее аккумуляции у

гельминтов в 5-7 раз выше, чем в слизистой кишечника ле.ща, а при концентрации глюкозы 10 ммоль - только в 2-3 раза.

Для всех исследованных гельминтов установлено влияние ионов N а+ на процесс поглощения глюкозы, и а+-зависимый компонент транспорта глпкозы у леща выявлен не во всех опытах и не превышает 30$ Это свидетельствует о незначительной роли активного компонента транспорта у рыб.

Таким образом, приведенные материалы свидетельствуют как о сходстве функциональной организации пищеварительно-транспортннх систем и значительной общности механизмов транспорта углеводов у гельминтов и в кишечнике рыб, так и особенностях, таких как различный уровень этих процессов у указанных групп животных.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ШЩЕВАРИТЕЛБН0-ТРАНСП0РТ1ШХ ПРОЦЕССОВ У ЦЕСТОД И ИХ ХОЗЯЕВ-РЫБ И АДАПТАЦИЯ ЭТИХ ПРОЦЕССОВ К

УСЛОВИЯМ СУЩЕСТВОВАНИЯ Проведенная работа позволила оценить роль различных ферментов в процессах мембранного гидролиза белков и углеводов у низших цестод и их хозяев - рыб« Установлено, что на поверхности кишечника рыб по сравнению с тегументом цестод более интенсивно гидролизуют-ся и белковые компоненты пищи,и углеводы. Причем это выражается в большем количестве ферментативно активных фракций, полученных с пищеварительно-транспортных поверхностей рыб и в более высокой активности этих фракций.

Важная особенность, являющаяся общей для цестод и кишечников их хозяев - рыб, заключается в большой роли в процессах, мембранного пищеварения полостных ферментов, слабо связанных с пищеварительно-транспортными поверхностями. Это отмечено как для гидролиза белков, так и для гидролиза углеводов. Интересно отметить, что в ряде случаев активность легко десорбируемых фракций у цестод превосходит

таковую у рыб, что свидетельствует о возможности использования паразитами ферментов хозяев. Относительная активность, найденная в гомогенатах цестод и кишечников рыб как для протеиназ, так и для карбогидраз примерно одинакова, однако, если в кишечниках ее можно идентифицировать как собственно кишечную, для цестод это является лишь частичным допущением, поскольку в их гомогенатах содержатся ферменты, локализованные в тегументе, и ферменты, функционирующие в различных органах гельминтов.

Необходимо отметить, что обнаруженные протеиназы обладают широким спектром действия, гадролизуя субстраты при различных значениях рН, причем большая часть из них действует в щелочной зоне рН. Известно, что при использовании в качестве субстрата казеина выявляется трипсиноподобная активность (Смит, 1986), альбумина - активность химотрипсина и пептидил-пептидгидролаз (Мосолов, 1971, Коновалов, 1985), гемоглобина - активность пепсиноподобных протеиназ (Коновалов, 1986).

Способность цестод гидролизовать нутриенты с помощью собственных и адсорбированных на поверхности тела ферментов подтверждает представление о наличии у этих организмов такого механизма гидролиза, как мембранное пищеварение, обнаруженное ранее у различных групп позвоночных и беспозвоночных животных (Уголев, 1985). Изучен-ние характеристик процесса десорбции карбогидраз с пищеварителы^о-транспортных поверхностей риб и паразитирующих в них цестод позволило установить значительное влияние ферментативной активности хозяина на таковую паразита, выражающееся в сохранении у последних соотношения уровней активности ферментов близкого к их соотношению у хозяев, а также ряд общих закономерностей динамики распределения активности карбогидраз по фракциям у рыб и гельминтов.

Общей закономерностью для цестод при исследовании обеих групп

ферментов явилось увеличение количества ферментативно активных фракций с повышением температуры. Как для кишечников рыб, так и для цестод при этом уменьшается доля легко десорбируемых фракций, что свидетельствует о повышении активности прочно связанных ферментов. У всех исследованных животных отмечены видовые особенности, выражающиеся в различных уровнях ферментативной активности, что в случае рыб связано с типом питания и экологией (Кузьмина, 1986), а в случае гельминтов - как с несомненным влиянием активности хозяина на таковую паразита, так и с различной адсорбционной емкостью >,их тегументов.

Ч Важная и интересная в плане адаптаций к условиям обитания особенность гельминтов - двойственное отношение к протеиназам хозяев. Эндопаразиты кишечника менее подвержены действию иммунных систем хозяина, но должны противостоять действию пищеварительных ферментов. У гельминтов известен ряд защитных от протеолиза механизмов, в том числе - существование ингибиторов протеиназ на поверхности тела. Возможно, присутствием ингибитора трипсина на поверхности цестод можно объяснить меныцую по сравнению с хозяевами активность фермента, составляющего прочно фиксированные фракции, наблюдавшиеся в наших исследованиях. С другой стороны, цестоды, очевидно, используют протеиназы хозяев для осуществления гидролиза белковых компонентов пищи. Использование гидролитического аппарата хозяев свидетельствует о высокой адаптированности гельминтов к условиям существования, при которой развиваются не только абсорбционные способности организма,, но используются и ферменты хозяина.

Важным и завершающим этапом пищеварения является всасывание готовых мономеров. Принципиальный л основополагающий вопрос при изучении транспорта мономеров - механизм осуществления. У изученных видов цестод установлено существование эффективных транспорт-

ных систем глюкозы, абсорбирующих ее активным дут&м. Установлено, что характер и уровень поглощения глюкозы зависят не только от вида цестод, но и от их физиологического состояния, а также от степени зрелости различных участков тела червей. Вычисление кинетических характеристик транспорта ( V и К+ ) у цестод показало, что

ЮаЛ X

транспортные системы молодых червей обладают большим сродством к глюкозе, чем таковые у половозрелых гельминтов. При повышении температуры сродство гтих систем к глюкозе также повышается.

Рассмотрены вопросы сопряженного гидролиза и транспорта углеводов у цестод, ранее не исследованные у этих животных. Способность цестод и их хозяев - рыб абсорбировать различные формы глюкозы, получаемые в результате гидролиза мальтозы и крахмала, указывает на возможность сопряжения процессов гидролиза и транспорта углеводов на птцеварительно-транспортных поверхностях. Ранее возможность сопряжения этих процессов показана в кишечнике различных позвоночных животных, в том числе и рыб (Кузьмина и др., 1986). Полученные данные свидетельствуют о значительном сходстве функциональной организации пищеварительно-транспортной поверхности кишечника рыб и покровов паразитирующих в них гельминтов наряду с морфологическим сходством, неоднократно отмечавшимся ранее в литературе (Куперман, 1988).

Необходимо также отметить, что на транспорт раличных форы глюкозы влияет содержание ионовН а+ в окружающей среде, причем доля N а+-эависиыого компонента варьирует в зависимости от условий опыта и, в частности, от формы глюкозы.

Важной адаптационной особенностью к условиям существования гельминтов является преобладание активного компонента у цестод в отличие от кишечников рыб, где различные формы глюкозы поглощаются в основном посредством облегченной и простой диффузии. При низких

концентрациях субстрата гельминты имеет большие преимущества для транспорта различных форм глпкозы, чем при высоких, что, возможно, имеет адаптивное значение в условиях ограниченного питания хозяина.

Суммируя данные о пищевых адаптациях цестод к обитанию в кишечнике хозяина, можно отметить наиболее важные из них: I. использование частично гидролизованных продуктов полостного пищеварения хозяина; 2. адсорбция гидролитических ферментов хозяина я использование их наряду с собственными для осуществления процессов мембранного пищеварения; 3. существование высоко эффективных транспортных систем. Все эти особенности позволяют паразиту успешно конкурировать с г^яяноы за необходимые нутриенты. Изучение процессов адаптации гельминтов к среде обитания играет существенную роль в решении проблемы взаимоотношений паразита и хозяина.

ВЫВОДЫ

1. Проведено сравнительное изучение пищевых взаимоотношений цестод B.rugoaum, Т.nodulosua, C.laticepa и их окончательных хозяев - рыб (налим, щука, лещ) на примере гидролиза белков и углеводов. Показано, что заключительные этапы этого процесса осуществляются с помощью механизма мембранного пищеварения на поверхности тела цестод и в слизистой кишечника их хозяев - рыб, интенсивность которого у рыб в 2-10 раз выше, чем у цестод.

2. Установлено существование различий в динамике десорбция исследованных ферментов у цестод я их хозяев - рыб. У первых преобладают легко десорбнруемые ферменты, у вторых - ферменты, прочно связанные с мембранами энтероцитов, что свидетельствует о значительной роли гидролаз, адсорбированных нз кишечника хозяина, в мембранном гидролизе белков я углеводов у цестод.

3. У всех исследованных животных активность протеиназ проявля-

втся в широкой диапазоне значений рН (от 3 до 8), однако у гельминтов, как и у рыб, преобладает щелочные протеиназы. При повышении температуры инкубационной среды как у цестод, так и у рыб уменьшается активность ферментов, слабо связанных с пищеварительно-транспортными поверхностями и увеличивается активность прочно связанных ферментов.

4. Показана возможность сопряженного гидролиза и транспорта углеводов на пищеварительно-транспортной поверхности цестод. Транспорт мономера глюкозы и глюкозы, образующейся при гидролизе мальтозы и крахмала, у изученных гельминтов, как и у рыб, является

N а+-зависимым.

5. Эффективность систем транспорта глюкозы у червей в 2-7 раз выше, чем у рыб. при этом у рыб преобладают механизмы простой и облегченной диффузии, у цестод - механизм активного транспорта.

6. Установлено, что изменение температуры in vitro влияет на кинетические характеристики процесса поглощения глюкозы червями: повышение температуры вызывает снижение значения транспортной константы Михаэлиса, свидетельствующее об увеличении эффективности процесса транспорта глюкозы.

7. Выявлены различия в содержании глюкозы и интенсивности ее аккумуляции у цестод в зависимости от физиологического состояния их репродуктивной системы: у особей с формирующимися гонадами интенсивность поглощения глюкозы значительно выше, чем у половозрелых особей, содержащих яйца.

8. Значительный уровень ферментативной активности цестод и более высокая, чем у рыб, эффективность их транспортных систем свидетельствуют о существовании адаптация этой группы гельминтов к условиям питания, они позволяют паразиту успешно конкурировать с хозяином за пищевые субстраты, что в значительной мере определяет трофические взаимоотношения в системе паразит - хозяин.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кузьмина В.В., Голованова И.Л., Извекова Г.И. Особенности Транспорта углеводов в кишечнике рыб// Мембранное пищеварение и юасывание. Рига. 1986. С.72.

2. Извекова Г.И. Особенности транспорта углеводоз у цзстоды iubothriun rugosum , обитающей в кишечнике налима// Изучение, рациональное использований и охрана природных ресурсов. Рига. 1987. 3.166.

3. Голованова И.Л., Извекова Г.И., Кузьмина В.В. Адаптация транспортных систем глюкозы в кишечнике рыб и паразитирующих в нем гельминтов к условиям функционирования// Первый симпозиум по экологической биохимии рыб. Ярославль. 1987. С.48-50.

4. Кузьмина В.В., Голованова И.Л., Извекова Г.И. Влияние различных факторов на процесс всасывания глюкозы в кишечнике рыб// Биол. внутр. вод. Инф. Егал., 1987. № 76. С.41-44.

б. Кузьмина В.В., Извекова Г.И. Механизмы транспорта углеводов в кишечнике пресноподгак костистых рыб// Биол. шгутр. вод. Инф. бал. Л. 1988. 1? 79. С.42-44.

6. Извекова Г.И. Характеристика транспорта глюкозы у цестоды Kubothriun rugoaum // Паразитология. 1988. Т.22, I? 3. С.210-215.

7. Извекова Г.И. Особенности транспорта углеводов у цестоды Kubothrium rugoaua // Паразитология. 1988. Т.22, № 4. С.337-341.

8. Извекова Г.И., Кузьмина В.В. Сравнительная характеристика некоторых особенностей транспорта углеводов у цестод и в кишечнике их хозяев - рыб// Биол. внутр. вод. Инф. бол. Л. 1988. !? 79. С. 3841.

9. Извекова Г.И. Транспорт некоторых углеводов у цзстоды Trlae-nophorue noduiosua // Паразитология. 1989. Т.23, № 3. С.222-228.

Ю.Извекова Г.И. Особенности транспорта углеводов у некоторые

цестод и их хозяев - рыб// Гельминтология сегодня: проблемы и перспективы. М. 1989. С. 141.

II. Извекова Г.И. Динамика десорбции карбогидраз с поверхности кишечника рыб и паразитирующих в них цестод// Паразитология. 1990. Т.24, № 6.

1

л