Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние токсинов на метоболизм аммиака у рыб при разных температурах водной среды

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Влияние токсинов на метоболизм аммиака у рыб при разных температурах водной среды"

р г в од

„ . .НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

і 1 IV->' і:-'‘ ІНСТИТУТ ГІДРОБІОЛОГ І!

На правах рукопису

КОНОВЕЦЬ ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ

вплив тококклнпв НА МЕТАБОЛІЗМ аміаку у рив ПРИ РІЗНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

03.00.18 - гідробіологія

03.00.04 - біохімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук

КИЇВ - 1994

Науковий керівник: доктор біологічних наук О. М. АРСАН

Офіційні опоненти: доктор бюлогічник наук Е*Д. Соломатіна

доктор біологічних наук, професор -' М. М. Великий

Провідна організація: Київський Національний університет України ім. Тараса Шевченка

Захист відбудеться "______"________199 р. о _______год.

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 016 19 01 при Інституті гідробіології НАН України аа адресою: м. Київ, просп. Героїв Сталинграду, 12 .

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту гідробіології НАН України.

Автореферат розісланий "_____"__________199 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

кандидат біологічних наук Е М. Смирнова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність проблеми. Поглиблення токсичного забруднення прісних водойм призводить до формування умов сумісної дії на гідробіонти токсикантів техногенного і біогенного походження. У зв'язку з цим виникає потреба вивчення механізмів дії сумішей токсичних речовин та можливостей адаптації гідробіонтів до них з метою розробки методів біомоніторингу та засобів керування біопродукційними процесами. ,

В даний час особливо.актуальним е дослідження впливу на організм промислових видів риб важких металів, в першу чергу, свинцю і нікелю, накопичення яких останнім часом в прісних водоймах басейну Дніпра е одне а найбільших (Линник П.М. й др., 1686, 1993; Белокінь RML, 1993). Одним із Найпоширеніших токсикантів біогенного походження у водному середовищі , особливо при застосуванні методів інтенсивно* ак-вакультури, е аміак (Константинов А. 0. и др. ,1987; Руссо Р. К. и др., 1989). При цьому встановлено, що суміші-важких металів та аміаку для риб е високотоксичними (Katz В,, 1979; Bhattacharya Т. et аі. , 1985). їх дія викликає посилення катаболізму білків у організмі риб, утворення 8начних кількостей аміаку, що призводить до розвитку вторинного ендогенного аміакового токсикозу (Лукьяненко ЕЙ. ,1983). В зв'язку а тим, що рівень аміаку в організмі визначає життєздатність риб, е актуальним дослідження систем забезпечення його гомеостатичного рівня ва дії токсикантів. У нормі головна роль в підтримці фізіологічного рівня аміаку у коропа належить глу-таміновій системі детоксикації (Creac'h Y. ,1976-, Грубинко Е В.,1988,1991). Функціонування систем забезбачення гоме-

' 2 ■ .

оотазу аміаку у риб за дії токеикантів практично не вивчено.

Мета і завдання досліджень. Вивчити функціонування глу-таміновоі системи зв’язування і виведення аміаку та стан реакцій переамінування при спільній дії свинцю, нікелю, аміаку та їх сумішей за різних температур водного середовища. .

В завдання досліджень входило: .

1. Дослідження накопичення та дії аміаку, свинцю і нікелю на зв'зування та функціонування систем виведення ендогенного аміаку у коропа в залежності від температури.

2. Вияснення взаємного впливу аміаку і досліджуваних металів у суміші на гомеостаз аміаку в організмі.

3. Вивчення особливостей азотового обміну і механізмів

підтримання фізіологічного рівня аміаку у мозку риб при досліджуваних видах токсикозів за різних температур водного середовищу- •

Наукова новизна і_ практичне значення роботи. Одержано нові дані про дію токеикантів за різних температур водного середовища на конкретні ланки системи метаболізму аміаку, співвідношення інтенсивності його зв'язування та виведення та причини накопичення в тканинах.

Вперше встановлено різницю у дії сумішей свинцю з аміаком і нікелю з аміаком, викликану відмінностями у характері їх хімічної взаємодії, яка полягає у прояві синергізму токсичності свинцю і аміаку та антагонізму нікелю і аміаку.

Виявлено температурну модуляцію накопичення металів за індивідуальної дії та у сумішах з аміаком, прояву ступеня токсичної дії на складові компоненти системи метаболі8му аміаку та рівень його накопичення у мозку риб.

Зміна співвідношення інтенсивності зв'язування та виве-

- з -

дення аміаку, а також його рівень у мозку пропонується як інтегральний показник для оцінки фіаіологічного стану риб при біомониторингу інтоксикації важкими металами і їх сумішами з іншими токсикантами. Розроблено спосіб оцінки , аміакового забруднення водного середовищ за показниками функціонування глутаміново'і системи детоксикації аміаку.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідались на II Всесоюзному симпозіумі по екологічній біохімії риб (Ярославль, 1990); II Всесоюзній конференції по рибогосподарській токсиколог і ї (С.-Петербург, 1991); VI Українському біохімічному з'їзді (Київ, 1992); VIII Науковій конференції по екологічній біохіміі і фізіології риб (Петрозаводськ, 1992); Міжнародній конференції "Навколишнє середовище і здоров’я" (Чернівці, ■ 1993).

Об’єм роботи. Робота складаєтья із вступу, 6 глав, заключения, висновків і списку літератури та додатку. Бібліографічний перелік нараховує 225 джерел, у тому числі 132 зарубіжних. Дисертація викладена на 143 сторінках, міотить 39 іл., 6 таблиць та додаток.

Матеріали і. методи досліджень. Досліди проводили на коропі (Cyprinus carpió L.) річного віку масою 180-200 Г. у 100-літрових акваріумах на відстояній водопровідній воді за умов витримування стандартних рівнів гідрохімічних показників. Вміст кисню у воді акваріумів підтримували на рівні 7,0-8,0 мг/л, вуглекислого газу - 2,2-2,8 мг/л. Величина pH коливалася в межах 7,7-7,9. Температура води під час проведення дослідів (7, 20 і 25°С) підтримувалася автоматично.

Вивчали вплив аміаку (концентрація не іонізованої форми 0,1 . мг/л), свинцю (0,2 мг/л), нікелю (0,02 мг/л) окремо та .

сумішей металів з аміаком. Задана концентрація досягалась внесенням у воду акваріумів розрахункових кількостей нітрату свинцю, хлориду нікелю та хлориду амонію. Період акклімацп становив 14 діб.

Досліджували тканини м'язів, печінки, зябер, нирок, мовку і слизова оболонка кишечника Вивчали рівень глу-тамінсинтетазної (ГС) активності фосфатним методом (Евстигнеева 3.Г. и др. , 1980’, Грубинко ЕЕ и др. ,1087); активності глутамінази (ГЗ) за допомогою фенол-гіпохлоритного методу (Ыагарламов А.Г. и др. ,1979), аланін(АлАТ)- і аспар-тат(АсАТ)-амінотрансфераз (Осадчая JIM. ,1982), а також вміст аміаку по реакції з нітропруссид-фєнольним реактивом (Söligson D. et al. ,1951) та глутаміну (Силакова А. И. и др., 1962), Вміст бику визначали за Lowry 0. H. et al. ,1951. '

Накопичення овинцю і нікелю визначали методом атомно-адсорбційної спектрофотометрії на приладах AAS-І і AAS-З фірми Carl Zeiss після спалювання зразків тканин у перегнаній концентрованій азотній кислоті.

Результати аналізів піддано статистичній обробці з використанням t-крятерію Стьюдента при повторності дослідів 6-7.

' ЗМІСТ РОБОТИ

Основним критерієм, який визначає фізіолого-бюхімічну норму організму, е підтримання гомеостатичного рівня певних метаболітів, шр займають центральне місце у регуляції обміну речовин, співвідношенні катаболічних та анаболічних процесів, формуванні фівіологічних реакцій організму. У прісно-аодкмя костистих риб одним 8 таких інтермадіатів обміну речовин е атак. Співвідношення швидкостей продукування, де-

токсикації та виведення останнього має вирішальне значення у забезпеченні їх життєздатності. При несприятливих умовах зовнішнього середовища, у тому числі за дії токсикантів р.і9Ної природи, зміна аміакового гомеостазу в організмі риб, як показано у ряді фундаментальних робіт (Лукьяненко Е И., 1983, Мэуапо V. ]. ,1988) е лімітуючим фактором визначення стійкості організму в цих умовах.

Виявлено, що у коропа головним шляхом детоксикації і виведення аміаку е глутамінова система, суть функціонування якої полягає в його зв’язуванні у місцях утворення (печінка, м’язи, мозок і ін.) в нетотеичний глуташн в глутамінсинте-тавній реакції, транспорті останнього у зябри з наступним розщепленням глутаміназою і виведенням аміаку в зовнішнє середовище (Грубинко В. Е , 1988, 1991; Сгеао’Ь У. , 1966, 1976). Додатковим шляхом детоксикаціі аміаку є аланіновий, суть якого полягає у амінуванні пірувату в аланінамінотрансфе-разній реакції у м’язах в аланін, транспорті останнього у печінку з наступним переаміиумічіпм і уі ит?чн*м пірувату, ЯКИЙ використовується ДЛЯ біосинтезу ГЛІМСОЗії шляхом глшша-огенезу (Мецлер Д. ,1980; Смирнов А. Е ,1984). В той же час не відомо про реакцію даних систем за дії несприятливих факторів середовища, в тому числі при інтоксикаціях. Одним із визначальних факторів впливу на обмін речовин у риб при дії валких металів є їх накопичення в організмі риб.

Накопичення свинцю і_ нікелю за їх окремо та в

сумішах з аміаком при різних температурах водного середовища.

Вивчення накопичення свинцю при дії окремо та в суміші

з аміаком характеризується однаковими закономірностями, що

- б -

свідчить про відсутність впливу екзогенного аміаку на цей процес. Найвищий рівень накопичення металу в тканинах в умовах підвищеної концентрації у воді виявлено у печінці та слизовій кишечника, де його рівень порівняно з контрольними рибами збільшується максимально в' кишечнику в 2,0, а в печінці - в 3,0 рази. В інших досліджуваних тканинах вірогідної різниці зростання вмісту свинцю не встановлено, а в м’язах його вміст не відрізнявся від показників контролю. Слід відмітити збільшення нагромадження свинцю їв зростанням температури водного середовища. Наприклад, в печінці при температурах V, 20 і 25°С вміст металу збільшувався за дії свинцю окремо у 1,2; 2,0 та 3,0 рази відповідно, а 8а дії

суміші свинцю з аміаком - відповідно у 1,3; 2,1 та 2,9 рази. ■ Збільшення вмісту нікелю за його дії окремо при 7 та ' 25°С було статистично вірогідним у всіх досліджуваних тканинах. Максимальним рівнем накопичення характеризуються м’язи та кишечник, де його рівень збільшувався порівняно а контролем у 4 та 2,5 рази відповідно. При 20°С зростання вмісту Нікелю у. 1,5 рази виявлено у кишечнику, зябрах, нирках і печінці, а у м’язах його накопичення не відбувається. Таким чином, на відміну від дії свинцю, накопичення нікелю відбувається більш інтенсивно при низьких і підвищених температурах. Іншим фактором, який істотньо впливав на нагромадження цього металу у тканинах була присутність аміаку зовнішнього середовища. За дії суміші нікелю з аміаком накопичення металу у тканинах було на ЗО - 50% нижчим, ніж за дії нікелю окремо.

Температурні відмінності у накопиченні свинцю та нікелю, а також різниця їх нагромадження при дії в сумішах з аміаком,

можна пояснити особливостями їх Фізико-хімічної взаємодії з біомолекулами та аміаком. Для іону нікелю, на відміну від свинцю, характерна висока швидкість обміну лігандів, більса спорідненість до кисневих та азотних донорних електронних пар, ніж до сірчаних, а також висока стійкість його аміакового комплексу ГКаіз В. , 5979; Изгііп В. К. , 19833. Цим пояснюється як висока проникність іонів нікелю в організм і його накопичення навіть у м’язах, так і відсутність прямої * температурної залежності накопичення у зв'язку з інтенсивним виведенням нікелю на відміну від свинцю. Свідченням останнього е виявлений нами значний рівень нікелю у нирках.

Виявлені факти позначилися на стані систем підтримання гомеостазу аміаку.

Вплив токсиканті в на функці онування систем зв'явуванкя та виведення аміаку в залежності від температури водного се^ редовища. ,

' В зв'язку з виявленою дією температури на процеси накопичення токсикантів насамперед вивчено її вплив на метаболізм аміаку. ‘

У результаті проведених досліджень встановлено, що гду-тамінова система активно функціонує за всіх досліджуваних температурах. При 7 і 25°С виявлено посилення переамікування в АлАТ реакції в м'язах, печінці та нирках, що можна пояснити зростанням її ролі в виведенні аміаку за цих температур, для яких характерно посилення його утворення (Сгеас'Ь У., 1966; Сорвачев К. Ф., 1982). Функціонування даних систем е

достатнім, оскільки рівень глутаміну перевииуе рівень аміаку, а концентрація останнього у тканинах виведення знач-

- 8 - * но нижча, ніж у тканинах продукування. Завдяки цьому забезпечується вигримування Фізіологічних рівнів аміаку у внутрішніх органах, в першу чергу - у мозку. ’

У нашому дослідженні одержано дані, які роаширюють уяву лро провідну роль систем зв'язування і виведення аміаку в формуванні адаптивних механізмів захисту органівму коропа при дії аміаку, нікелю та свинцю окремо і у сумішах при

• різних температурах водного середовища (малюнок).

При 20°С виявлено найменше відхилення досліджуваних

компонентів систем метаболізму аміаку. В усіх випадкак ' токсикозів у внутрішніх органах риб витримувався гомеостатичний рівень аміаку. Його вміст в органах виведення знижується у випадку аміакового і свинцевого токсикоаїв і

близький до контрольних значеннь при інших токсикозах. По-перше, це е наслідком нормального функціонування глу-тамінової системи вв’язування. По-друге, виявлено збільшення вмісту глутаміну та рівня активності глутамінази в тканинах виведення, що забезпечує зростання інтенсивності виведення аміаку саме цим шляхом. Особливо це проявляється за дії

нікелю і його суміші з аміаком. Підтвердженням цього е

інгібування в обох випадках активності АлАТ у внутрішніх

органах на б. 5 % і 14. б X відповіно, у органах виведення- на 23.6 X і 4.7 і При інших токсикозах виявлено активацію АлАТ в тканинах продукування аміаку на 10-15 % і близькі до контрольних значення її активності у тканинах виведення. Таким чином, при температурі водного середовища 20°С адаптивні системи підтримання аміакового гомеостазу у риб функціонують на достатньому рівні. Це дає можливість вважати дану температуру сприятливою для забезпечення організмом функціонував-

20°. С

25° С

Малюнок. Діаграми співвідношення зв’язування та виведення аміаку

в коропа при дії екзогенного аміаку /А/, іонів свинцю/Б/,

суміші іонів свинцю і аміаку/3/, іонів нікелю /Г/суміші

іонів нікелю і аміаку /Д/, < відхилення від контролю.

. І - рівень аміаку у внутрішніх органах /м'язи,печінка,

мозок/; • .

2 - рівень аміаку V органах виведення/зягіпа, нирки/;

3 - рівень глутаміну у органах виведення;

4 - активність глутамінази'у органах зиведення;

. 5 - активність аланінамінотрансЛ'ерази у ірганах виве-

. дення;

• ^ " 8$?!ШІСТЬ аланінемінотрансферази у внутрішніх

1 - інтенсивність зв’язування аміаку'у м'язах,печінці та мозку за показниками активності глутамінгинтетази та вмісту глутаміну. .

Штрихове коло "------" - умовний контроль,прийнятий за І00<.

' . - 11 - . ня систем захисту до вказаних токсикшшв. У випадку дії нікелю і його суміші з аміаком слід відмітити більш значну активацію систем, що забезпечують підтримку гомеостазу аміаку. .. .. ■

На відміну від цієї температури, при 75С рівень аміаку, близький до контрольного, витримується тільки при аміаковому токсикозі. У випадках дії свинцю і його суміші з аміаком вміст ендогенного аміаку в тканинах внутрішніх органів збільшується на 10-20%, а у тканинах виведення - близький до контрольного. За дії нікелю і його суміші з аміаком рівень аміаку зростає у всіх тканинах організму. При цьому слід зазначити значне зниження активності систем його зв’язування. За дії аміаку, свинцю і їх суміші значення показників системи зв’язування аміаку близькі до контрольних. . В усіх випадках виявлено збільшення значення показників, які характеризують систему виведення через г луг амін. У випадку дії нікелю і його суміші з аміаком це виражзно в меньшій мірі, ніж за інших токсикозів. ■

Як було відмічено, у контролі.зниження температури активує процеси переамінування. За всіх видів токсичної дії процеси переамінування при 7°С активуються ще значніше. Це характерно як для тканин внутрішніх органів, так і для тканин виведення, окрім випадків дії нікелю з аміаком в тканинах виведення. Зазначимо, що роль трансаміназ, очевидно, зростає, в тому числі і в детоксикації те виведенні аміаку.

Таким чином, при низьких температурах водного середови-шд дія токсикантів викликає активацію процесів зв’язування і виведеіДя аміаку порівняно з 20сС. Однак, накопичення аміаку практично у всіх випадках токсикозів у внутрішніх органах, а

у випадку дії свинцю і аміаку та, особливо, нікелю і його суміші з аміаком - у мозку риб (табл.), свідчить про недостатність забезпечення ними його зв’язування і виведення. Це може бути результатом додаткової дії токсикантів на фоні несприятливого впливу низької температури. _

Температурно-токсикологічну модуляцію ЗМІН у обміні аміаку ми спостерігали і при 25°С в порівнянні в 20°С. При токсикозах, викликаних аміаком, свинцем і їх сумішшю, рівень аміаку у внутрішніх органах значно збільшувався, відповідно на 37.6, 14.8 і 11.0 %. Аналогічно 7°С накопичення аміаку

супроводжувалося активацією глутамінової системи зв'язування та глутаміназного шляху виведення. У меньшій мірі в порівнянні з 7°С активувалася, а у випадку дії свинцю з аміаком, нікелю і його суміші з аміаком, інгібувалася АлАТ. На фоні зниження процесів переамінування в нормі при 25°С у порівнянні з 7°С, їх пригнічення за токсичного навантаження свідчить про більшу чутливість до токсичної дії та зниження ’ їх ролі у підтримці аміакового гомеостазу. Слід зазначити відмінності впливу нікелю і його суміші з аміаком ?ід інших випадків при цій температурі. При цьому спостерігалося зни-■ ження вмісту аміаку в організмі в цілому і значна активація глутамінової системи виведення. '

У зв’язку з цим слід звернути увагу на різнохарактерний взаємозв’язок між реакцією організму і накопиченням досліджуваних металів у залежності від температури. Хоча при дії нікелю його накопичення в тканинах при 7 і 25°С було ви-• * -¡цим, ніж при 20°С, при 7°С зміни були значнішими, ніж при 25°С. У випадку дії суміші нікелю а аміаком, коли накопичення нікелю в більшості тканин у порівнянні 8 контролем не ви-

Таблицй. Вплив токсикант і в на вміст аміаку (мкЫ/г тканини), глутаміну (мкМ/Т тканини), активність глутамінсинтетази (ГС;мкмоль Рі/мг білку/хв.), глутамінази (ГЗ; мкмоль аміаку/мг білку/хв.) та алан і нам і нотрансферази (АлАТ;мкмоль пірувату/мг білку/хв.) у мозку риб при різних температурах водного середовища. М+т; п=5.

Умови аміак глутамін ГС ГЗ АлАТ

дослідження

7«С

контроль 2. 80 + 0.19 17.50 + 1.44 11.82 + 0,84 13.36 + 1.06 1.79 + 1.43

МН3 3.09 + 0.21 20.85 + 1.87 11.25 + 1.03 10.10 + 0.67* 0.52 + 0.08*

РЬг» 2. 90 + 0.18 • 16.66 + 1.55 10.82 + 0.79 11. 94 + 0.88 4. 55 + 0.38*

РЬ2-+№І3 . а 09 + 0.22 21.69 + 1.93 ■ 11.01 + 0.81 12.74 1.07 3.66 + 0.29*

Ш2 + 6.10 + 0. 44* 13.70 + 0.99 9. 61 + 0.74 14. 92 1.12 4. 45 + 0. 32*

Мі2*+МН3 4. 20 + 0. 37* 12.40 + 0.83* 20°С 9.64 + 0.42* 13.52 + 1,21 1.83 + 0.17

контроль 6. 40 + 0.54 5.30 0.46 7.77 + 0.63 16. ВВ + 1.36 5.57 + 0.39

ИНз 6.80 + 0. 57 3.54 ± 0.26* 7. 21 + 0.58 15.48 + 1.14 1.42 1.05*

РЬ2 + 6. 27 + 0. 48 5.75 + 0.43 6. 98 + 0.51 12.76 + 0. 93* 4.50 + 0. 22

РЬ2*+МН3 5. 24 + 0. 41 4.75 + 0.36 6.75 + 0. 52 14.03 1.23 2.03 + 0.17*

Иі2+ 6. 70 + 0. 53 5. 28 + 0.39 ■ 7. 81 0.60 9.72 + 0. 71* 4. 45 + 0.38

Ша-^Нз • 4.50 + 0.31* 8. 28 + 0.63* 25 °С 7. 90 + 0.66 11.16 + 0. 92* 5.20 + 0.49

контроль 3. 80 + 0. 27 6.30 + 0.51 6.77 + 0.56 10.04 + 0.74 5. 64 + 0.49

МНв 5.18 + 0. 38* 5. 93 + 0.47 9.12 0.74* 11.40 + 0.87 4.79 £ 0.33

РЬг» 4. 27 + 0. 32 7.13 + 0. 65 9. 52 + 0.86* 6.17 + 0.51* 6.02 + 0.48

РЬ2-+Ша 4.27 + 0. 34 7.13 + 0.57 9.37 + 0.78* 8. 93 0.71 1.79 + 0,14*

Ш2* 3.90 + 0.29 7.13 + 0.66 6.49 + 0.53 11.44 + 0. 97 5. 93 + 0.43

Ш2*+ИН3 ★ “ а 84 + 0. 26 6. 00 + результат вірогідний 0. 51 5. 47 0.50 9. 44 + 0.86 4.39 + 0.35

явлено, вони проявляються аналогічно дії нікелю окремо. Це • .

'свідчить про те, що прояв токсичної дії даного метану в залежності від температури, скоріше всього, визначається не • рівнем його накопичення, -,а характером взаємодії з біологічними структурами, яка регулюється фізико-хімічними властивостями іонів металів і температурою. У випадку дії свинцю і його суміші з аміаком, для яких спостерігалася пряма температурна належність накопичення металу, більш значні відхилення досліджуваних показників спостерігали при 7°С (найменше накопичення) 1 25 °С (найбільше накопичення). Це також свідчить про більшу залежність прояву дії свинцю, як і нікелю, від температури, ніж від його накопичення.

Порівняння токсичності металів і їх сумішей з аміаком показало, що в цілому присутність аміаку незначно впливає на модифікацію його метаболівму в порівнянні з дією металів окремо. Однак, в деяких випадках у сумішах проявляється взаємний вплив токсикантів. Відмічено інгібування переаміну-вання за дії свинцю і аміаку на відміну від їх впливу окремо. Для дії нікелю характерні більш значні відхилення абсолютних значень досліджуваних показників, ніж за впливу його суміші з аміаком. Анапі в даних дозволяє констатувати прояв • синергізму для суміші свинцю з аміаком та антагонізму - для суміші нікелю а аміаком, що підтверджується вищим рівнем аміаку у мозку дослідних риб за дії суміші свинцю з аміаком порівняно з свинцем та зворотньою залежністю для випадків нікель - нікель плюс аміак. Це може бути результатом різного ХІМІЧНОГО відношення даних металів до аміаку (КаЬг В. ,1979).

. 15 -

Вплив токсикант ів на метаболізм аміаку £ мозку коропа. Суттєві зміни- у функціонуванні центральної нервової системи, як відомо, являються інтегральним показником ступеню поптодження організму токсикантами. Зазначається, що у риб нейро-фізіологічні зміни при інтрксикаціях викликаються не тільки їх безпосередньою дією, а, насамперед, аміаком, який інтенсивно утвориться в організмі за рахунок ката-болічних процесів у відповідь на інтоксикацію (Лукьяненко ЕИ., 1983). В зв’явку з цим нами досліджувався метаболізм аміаку у мозку коропа за дії токсцкантів. Зміна досліджуваних показників у мозку на інтоксикацію була різноманітною і залежала від температури (табл.). '

При 20°С рівень аміаку у мозку порівняно з контролем не збільшувався, а у випадках дії сумішей металів з аміаком -зменшувався.- Причиною цього можна вважати низьку інтенсивність його продукування у цьому органі, що підтверджується зменшенням активності глутамінази та аланінамінот-рансферази, функції яких у мозку пов’язують саме з участю в процесах окислювального дезамінувайня амінокислот (Meister А. ,1965). Крім того, витримування гомеостатичного рівня аміаку може забезпечуватися нормальним функціонуванням систем його зв'язування 1 виведення в інших тканинах при цій температурі за даних типів токсичної дії, про що зазначалося раніше. Наведені факти дають .можливість припустити формування при дії досліджуваних факторів при 20°С захистного бар’ --ру, який як засіб запобігання пошкоджень мозку характерний для більшості тварин (Меерсон Ф.3. , 1981).

При всіх типах токсикозів зниження та підвищення темпе-

ратури порівняно а 20°С приводило до посилення токсичної дії, оскільки вміст аміаку у мозку вростав. Особливо це проявлялося ва ди нікелю та його суміші з аміаком при 7°С та аміаку при 25*С. Як зазначалося раніше, при цих температурах відбувається збільшення утворення ендогенного аміаку за рахунок посилення катаболізму білків при дії токсикантів та порушення співвідношення процесів його вв’язування і виведення. Це призводить до накопичення аміаку в організмі вцілому (малюнок). Аналогічне явище імовірне і для мозку, оскільки при дії іонів важких металів та їх сумішей з аміаком,.особливо при 75С, вростає активність аланінамінот-рансферази. Слід зазначити, що найбільш значне зростання вмісту аміаку супроводжується ебільшенням активності глу-тамінази, яке спостерігається у випадках дії шкелю і суміші нікелю з аміаком при 7(!С і аміаку при 25°С. Це свідчить про підвищення участі в його утворенні саме цього ферменту. Додатковою причиною розвитку аміачного токсикозу при 7°С е низька інтенсивність зв’язування аміаку глутаміновою системою. У випадку ди нікелю та його суміші 8 аміаком це відбувається за рахунок зниження активності глутамінсинтетази рівня глутаміну. Дане явище можливе завдяки високій вдатності до проникнення нікелю в організм, в'тому числі у мозок. В інших випадках токсикозів спостерігається витримуван-

%

ня високих рівнів глутаміну, що слід пов’язати з участю глу-тамінової системи ‘не стільки в детоксикації аміаку у мозку, СКІЛЬКИ з відомими для неї функціями регуляції пулу нейро-медіаторів (глутамат, аміак, гамааміномасляна кислота)(Роза-нов А. Я. и др. ,1985) та зростання ролі глутаміну йк енергетичного субстра'і'у за дії несприятливих умов зовнішнього се-

- 17 -

редовища (Begum S. J., 1987). •

При 25°С роль глутамінової системи в детоксикації аміаку у мозку вростає, що підтверджується активацією глу-ташнсинтетази та рівня глутаміну при дії свинцю і його суміші а аміаком, та забезпеченням нею гомеостатичного рівня аміаку при ді! нікелю та його суміші з аміаком. Найбільш негативні зміни, щр виражаються в значному накопиченні аміаку, зростанні активності глутамінази та зниженні вмісту глутаміну, виявлені при дії аміаку зовнішнього середовища. Висока токсичність аміаку саме при цій температурі можна пояснити зростанням в організмі при підвищенні температури частки його найбільш токсично} неюнізоваяоі форми (Руссо P. К. и др. ,1989).

Враховуючи, що зміни досліджуваних показників при 7 та 25°С мають багато спільних рис, можна констатувати, шр низькі та високі температури сприяють підвищенню чутливості мозку риб до досліджуваних токсикантів у взятих концентраціях.

Оцінка токсичності' середовища для риб 8а показниками глутамі ново і системи.

З результатів роботи виходить, шр токсичний та температурний вплив на метаболізм аміаку у коропа викликав активацію ферментних систем його детоксикації і виведення, порушення яких викликає інтоксикацію організму риб ендогенним аміаком.’ Оскільки зазначене явище характерне для всіх випадків токсичної дії, можливий єдиний підхід в оцінці впливу токсикантів на азотистий гомеостаз у риб. .

Виявлена висока залежність обміну аміаку у мозку від ступеня збалансованості функціонування глутамінової системи

. • - 18 -в організмі коропа дозволила запропонувати показник для

оцінки порушення азотового обміну в умовах токсичної дії.

!

Проведений регресійний та кореляційний аналіз виявив високий ступінь кореляції міЖ'рівнем аміаку у мозку та відношенням активності глутамінсинтетази у м’язах і печінці та глутамі нази у зябрах, особливо при 20 і 2б°С.

Співвідношення активностей вказаних ферментів в даний час розглядається як показник спрямованості обміну аміаку у тварин і запропоновано для оцінки азотового гомеостазу у печінці ссавців (Vincent N. et al., 1989).

Для всіх температур при досліджуваних типах токсикозів нами виявлено зворотню залежність між рівнем аміаку у мозку та показником відношення активностей глутамінсинтетази в м’язах і глутамінази у зябрах. Встановлено, що значення даного показника коливається в залежності від прояву токсичної ЯИ в межах 4-12 при 7 та 25°С і 8-11 при 20°С. Для контрольних риб його значення становить 10+1 при всіх досліджуваних температурах водного середовища. Вирогідне відхилення рівня аміаку в мозку від норми спостерігається при значеннях показника менше 6. Отже, зменшення показника відношення активності глутамінсинтетази в м’язах до активності глутамінази у зябрах вказує на недостатність інтенсивності зв’язування і виведення аміаку в організмі і його накопичення у мозку та розвиток стійкої інтоксикації організму риб.

Вказане співвідношення пропонуємо в якості тест-показ-ника оцінки порушення фізіолого-біохімічного статусу організму риб гіри вказаних типах токсикозів.

- 19 -

' . ВИСНОВКИ .

1. Виявлено температурну залежність функціонування систем виведення аміаку. При 7, 20 і 255С водного середовища активною с глутамінова система. При 7 і 25°С додатково активується виведення аміаку а допомогою аланінамінотрансферази.

2. При 20°С зміна досліджуваних показників на дію токсикантів у досліджуваних концентраціях е мінімальною. Виявлена активація глутамінового шляху виведення аміаку, який частково інгібується тільки за дії нікелю і його суміші а аміаком.

3. При 7°С дія токсикантів призводить до накопичення аміаку у внутрішніх органах, а у випадку дії свинцю з аміаком та нікелю і його суміші з аміаком - у мозку риб, що свідчить про недостатність ефективності функціонування систем його зв'язування та виведення. Виявлено зростання ролі аланінамінотрансферази в процесах-регуляції гомеостазу амі аку.

4. При 25Ю у випадках дії аміаку, свинцю і їх суміші

вміст аміаку в організмі зростав. Виявлено підвищення ролі глутамінової системи і зниження долі, аланінамінотрансферази у підтримці аміакового гомеостазу. ' .

5. Накопичення -свинцю в організмі- риб збільшується з

підвищенням температури і не залежить від присутності аміаку у водному середовищі. ' Накопичення нікелю зростало при 7 і 25-С порівняно з 20°С у випадку його дії окремо та інгібувалося за всіх досліджуваних температур у присутності аміаку зовнішнього середовища. . <

6. Токсична дія металів окремо та в суміші з аміаком у досліджуваних концентраціях визнач-іеться не рівнем їх нако-

- - го -

пичення в тканинах, а температурою водного середовиша та інтенсивністю метаболічних процесів.

7. Виявлено рівницю у токсичності досліджуваних металів-

в залежності від температури. ■„ Вплив свинцю е значнішим при 25°С, а нікелю - при 7°С. Вплив нікелю на метаболізм аміаку в порівнянні в свинцем сильніший. >

8. Встановлено відмінності у дії сумішей металів з аміаком, викликані різницею у характері їх хімічної взаємодії. Дія суміші свинцю з аміаком - синергічна, а нікелю з аміаком - антагоністична.

9. Дія досліджуваних токсикант ів на метаболізм аміаку у коропа відбувається через вплив на конкретні компоненти системи його зв'язування та виведення,у результаті чого змінюється співвідношення інтенсивності цих процесів з накопиченням аміаку у тканинах. Останнє може бути лімітуючим фактором у визначенні толерантності організму риб до токсикантів. Перелік опублікованих робіт то темі дисертації:

1. Грубинко К В., Коновец И. Е, Арсан О. Ы. , Явоненко

А.Ф. Глутаминовый путь связывания аммония в кишечнике карпа //Гидробиол. ЖУрн. -1992. -28,1. -С. 91-97.

2. Коновец И. Я , Грубинко В. В., Арсан О. М., Кулик В. А. Функционирование адаптивных систем детоксикации аммиака у карпа под воздействием температуры/УГидробиол. журн. -1993.-29,5.-С. 47-62.

3. Коновец И. Е , Кулик В. А., Арсан О. М. и др. Влияние свинца на метаболизм аммиака у карпа при различных температурах водной среды/УГидробиол. журн.-1994. -30, 5.-С. 79-84.

4. Грубінко В.Е, Арсан О. М., Коновець І.М. та ін. Спосіб оцінки токсичного забруднення середовищ аміаком//За-.

явка на авт. свід. N 44401175. Пов. рішення від ,05.04.1994р.-4 с.

5. Грубинко R В., Коновец и. Е , Явоненко А. Ф. Очистка и некоторые свойства глутаминеинтетааы знтероцитов карпа//Ред. Гидробиол. »урн.: Деп. В ВИНИТИ, 1991.-N 3554-В91.-14 с.

6. Грубинко Е Е , Коновец И. Е , Явоненко А. Ф. Биохими-

ческие закономерности адаптации рыб к аммиаку//Второй Бсес. симп. по экол. биох. рыб, Ростов Великий, дек. 1990 г.: Тез. докл. -Ярославль: В. и, 1990. - С. S9-60.

7. ГрубінкоЕЕ, Конове ць J.M., Явоненко О. Ф. Рівні

біохімічної адаптації гідробіонтів до аміаку//Міжвув-. наук. -практ. конф., Чернігів, липень 1991: Тез. доп.-Чернігів:

Б/В, 1991. -4.1.-С. -96-98.

8. Грубинко R Е , Коновец И. Е , Явоненко А. Ф. Особен-

ности азотистого обмена у рыб, адаптированных к аммиаку// Вторая Всес. конф. по рыбохоз. токе. , С. -Ш., сент. 1991 г.: Тез. докл. - Рыбинск: Б. И. , 1991,- Т. 1.-С, 140-142.

9. Жиденко А. А,, Коновец И. Е , Явоненко А. Ф. Динамика использования энергетических субстратов в тканях зимующей молоди карпа//VIII Научная конф. по экол. физиол. и биох. рыб. .1992. Петрозаводск: Б. и.-С. 102-103. •

10. ГрубінкоЕЕ, Коновець J.M., Явоненко О. Ф. Особли-

вості взаємодії аміаку в глутамінсинтетаэою риб in vivo//VI Укр. біох. з’Іед, Київ, червень 1992 р.: Тез. доп. - Київ: УСГА, 199?.- Ч. II. - 0.21. ^

11. коновець І. МІ , АрсанО. М., Кулик Е 0., Грубі нко

В. В. Азотистий обмін у риб в умовах підвищеної концентрації свинцю в оточуючому середовищі//’’Навкол. середов. і здоров’я". Міш. неук, конф., Чернівці, березень 1993 р.: Tea. доп.-'Чернівці: Ев, 1993. - С. 198. ^

• - 22 -Аннотация

Коновец И. Н. Влияние токсикантов на метаболизм аммиака у рыб при различных температурах водной среды.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальностям 03.00.18 - гидробиология и

03.00.04 - биохимия. Институт гидробиологии НАН Украины, Киев, 1994.

Защищается 9 научных работ и 1 заявка на изобретение, которые содержат теоретические исследования влияния аммиака, свинца, никеля и их смесей при температурах 7, 20 и 25 5С на соотношене интенсивности связывания и выведения аммиака у карпа глутаминовым путем, а также с участием аланинаминот-рансферазы. Установлено, что действие токсикантов осуществляется через влияние на.конкретные компоненты метаболизма аммиака, в результате чего происходит изменение соотношения его связывания и выведения и накопление в тканях. Эго является лимитируюшш фактором в определении толерантности организма рыб к изученным токсикантам. Токсическое действие металлов отдельно и в смеси с аммиаком определяется не уровнем накопления в тканях, а температурой и физиолого-биохимическим состоянием органиама. Обнаружены различия в воздействии смесей свинца с аммиаком и никеля с аммиаком, вызванные отличиями в природе их химического взаимодействия. Показано синергическое действие на метаболизм аммиака у карпа для смесей свинца с аммиаком и антагонистическое - для никеля с аммиаком. Предложен способ оценки токсического загрязнения среды по отклонениям параметров функционирования систем связывания и выведения аммиака. .

- 23 -Annotât і on

Konovets I.M. Effect of toxicants on ammonia metabolism in fish at different temperature of water environment.

Dissertation for competition on scientific degree the kandidate of biological sciences on the specialties 03. 00.18

- hydrobiology and 03.00.04 - biochemistry. 10 scientific articles and 1 claim for author's certificate are upholding, covered theoretical investigations on effect of unionized ammonia, lead, nickel and its mixtures on the ammonia 'binding: excretion' ratio in carp by glutamine pathway and also with participation of alaninetransaminase at. 7, 20 and

25°C. It is established, that toxicants affect the definite steps of ammonia metabolism and cause the changing in ammonia ‘binding: excretion' ratio and accumulation of ammonia in the tissues. It is limiting factor in the determination of the fish organism tolerance to the toxicants under study. Toxic effect of metals in investigated concentrations both individual and combined with ammonia, is formed mainly by physiological state of fish organism and temperature and rather less - by metal accumulation in the tissues. Variations in influence of Pbz*+NH3 and N12++NH3 mixtures caused by distinctions in the chemical interaction nature between metal ions and unionized ammonia have been establіshed. Additive effect of Pbz-f+МНз mixture and antagonistic effect of Niz*+NH3 mixture on ammonia nfetabolism in common carp have been shown. The method for evaluation of water environment pollution based on deviations of the binding and excretion system parameters has been offered.

Ключові слова:

кошілексний токсикоз, температура, короп, метаболізм аміаку