Вплив іонів мангану, цинку, купруму та плюмбуму на вміст вільних амінокислот в організмі коропа

Сума амінокислот 10156±13,7 11865±16,6 11270±15,4

Замінні амінокислоти 5881±14,3 6020±17,1 5620±15,5

Незамінні амінокислоти 4275±13,2 5845±16,2 5650±15,2

Примітка: * тут і далі різниця вірогідна порівняно з контролем (Р<0,05)

Дещо інший характер зміни вмісту вільних амінокислот під впливом іонів Мангану виявлено в печінці піддослідних риб. У цьому органі, на відміну від м'язів, іони Мангану приводять до зменшення вмісту як замінних, так і незамінних амінокислот (табл. 2.). Зокрема, кількість замінних амінокислот знизилася на 12,8% при 2 ГДК металу у воді та на 24,1% при 5 ГДК. У першій дослідній групі вміст незамінних амінокислот становив 83,7% від норми, а у другій - 75,5%.

Сумарна кількість амінокислот в печінці дослідних риб знизилася на 14,0 % при концентрації металу 2 ГДК та на 24,2 % при 5 ГДК. За дії іонів Мангану відбувається прискорення процесів окислення амінокислот у печінці і активація ними таких біосинтетичних процесів як глюконеогенез та ліпогенез [16]. Саме таким чином іони Мангану можуть сприяти перетворенню амінокислот у глюкозу та ліпіди, забезпечуючи цим належний енергетичний та структурний гомеостаз клітин організму риб, що, можливо, має місце і в цьому випадку.

Щодо окремих амінокислот (табл. 2), то при дії іонів Мангану нами виявлено значне зниження вмісту в печінці дослідних риб аспарагінової та глутамінової кислот. Так, кількість першої амінокислоти знижується на 39,3% при концентрації металу у воді 2 ГДК та на 43,3% при 5 ГДК, а кількість другої - на 30,7 і 51,7% відповідно. Виявлене явище, яке ми спостерігали і у м'язах, може свідчити про активну учать аспарагінової та глутамінової кислот в адаптаційно-компенсаторних процесах у тканинах коропа.

Слід відзначити також значне зниження в печінці дослідних риб конентрації лейцину. Кількість цієї амінокислоти знижується в 1,7 раза при концентрації Мангану 2 ГДК та в 1,8 раза при 5 ГДК. Лейцин у ссавців активно використовується як енергетичний субстрат [29]. Можливо, і в тканинах риб лейцин виконує цю функцію, коли в умовах інтоксикації їх організму є потреба у додаткових джерелах енергії.

Звертає на себе увагу факт зростання в печінці дослідних риб вмісту валіну, серину та гістидину. Особливо значні відхилення від контролю спостерігали в риб, які перебували у воді з коцентрацією іонів Мангану 2 ГДК. Так, зокрема, кількість валіну зростала при цьому в 2,1 рази, серину в 2,2 рази і гістидину в 2,5 рази. Можливо, це пов'язано з тим, що названі амінокислоти є компонентами буферних систем [13]. При більш високій концентрації металу (5 ГДК) починається активніше функціонування цих систем і більшою мірою використовуються згадані амінокислоти.

Таблиця 2. Вплив іонів Мангану на вміст вільних амінокислот в печінці коропа (нмоль/г вологої тканини, M±m, n=5)

Сума амінокислот 13895±16,0 11945±13,5 10525±13,8

Замінні амінокислоти 8964±15,3 7818±13,8 6804±12,0

Незамінні амінокислоти 4931±16,7 4127±13,2 3721±15,6

Одержані дані свідчать про те, що високі концентрації іонів Мангану у воді впливають на вміст вільних амінокислот в печінці та м' язах коропа, що веде до порушення білкового метаболізму в організмі риб.

Зміна вмісту вільних амінокислот в тканинах коропа при дії іонів Цинку. Цинк є мікроелементом, який міститься в живих організмах у значній кількості. У тканинах риб він сполучається з білками, амінокислотами, пуриновими основами та нуклеїновими кислотами [17]. Більшість цинквмісних білків є ферментами, зокрема протеаза, глутаматдегідрогеназа, протеїназа [16]. При нестачі Цинку в організмі спостерігається порушення синтезу білків та нуклеїнових кислот, мінерального обміну, а також росту та функціонування деяких органів та тканин [17].

Нами досліджено вплив іонів Цинку в кількості 2 та 5 ГДК на вміст вільних амінокислот у м'язах та печінці коропа. Із наведених у табл. 3. даних видно, що в м'язовій тканині сумарна кількість амінокислот зросла на 13,4% при концентрації металу у воді 2 ГДК та на 7,8% при 5 ГДК. При цьому кількість замінних амінокислот дещо знижувалася при обох досліджуваних концентраціях, а кількість незамінних, навпаки, зростала (на 31,7% при 2 ГДК та на 21,4 % при 5 ГДК).

Значне зростання кількості незамінних амінокислот, як і в дослідах з Манганом, свідчить про високий рівень катаболізму м'язових білків та недостатнє використання цих амінокислот у процесах адаптації. Більш лабільними в цьому відношенні, мабуть, є замінні амінокислоти, рівень яких при дії іонів Цинку знижується.

Із окремих амінокислот, вміст яких збільшується під впливом іонів Цинку найбільше, слід відзначити серин, треонін, валін, цистин та метіонін (табл. 3). Зростання кількості оксикислот, зокрема серину, може відбуватися за рахунок їх утворення з аланіну, вміст якого при дії іонів цинку знижується. Хоча, можливо, спад концентрації аланіну в м'язах відбувається в результаті його участі в глюкозо-аланіновому циклі, який активується при інтоксикації організму риб іонами важких металів [7].

Під впливом підвищених концентрацій іонів Цинку в м' язах коропа збільшується кількість усіх сірковмісних амінокислот. Так, концентрація цистеїнової кислоти зростає на 49,0% при вмісті металу у воді 2 ГДК та на 60,8% при 5 ГДК, цистину - відповідно на 58,8% і 92,8% і метіоніну - на 51,5% і 47,1%.

При дії іонів Цинку, як і при дії Мангану, у м'зах дослідних риб знижується вміст гліцину (на 18,3% при 2 ГДК і на 34,6% при 5 ГДК), що свідчить про використання цієї амінокислоти в процесах метаболізму, зокрема в енергетичній його гілці.

Відомо, що іони Цинку досить легко утворюють комплекси з багатьма амінокислотами, впливаючи таким чином на їх метаболізм [23]. Найбільшою мірою це стосується сірковмісних, рівень яких у м'язовій тканині коропа при досліджуваному токсикозі різко зростає. Виявлено також пригнічення високими концентраціями Цинку активності цілого ряду ферментів, що пояснюється їх здатністю до неспецифічної взаємодії з металом [17]. Таким чином відбувається антагоністичне заміщення іонами Цинку іонів інших металів у складі ферментів [26].

Таблиця 3. Вплив іонів Цинку на вміст вільних амінокислот у м'язах коропа (нмоль/г вологої тканини, M±m, n=5)

Сума амінокислот 9960±12,9 11298±15,3 10740±13,2

Замінні амінокислоти 5701±13,0 5689±14,4 5568±13,5

Незамінні амінокислоти 4259±12,8 5609±16,2 5172±12,9

При дослідженні впливу іонів Цинку на вміст вільних амінокислот у печінці коропа відмічено зростання сумарної кількості амінокислот на 16,9% при вмісті Цинку у воді 2 ГДК та на 26,1 % при 5 ГДК (табл. 4). Ці зміни, головним чином, зумовлює зростання вмісту замінних амінокислот, у той час як рівень незамінних варіює меншою мірою.

Як відомо, Цинку належить важлива роль в активації карбоксипептидази, ферменту, який бере участь у відщепленні амінокислот від поліпептидів з боку карбоксильної групи [1]. Можливо, саме завдяки посиленню активації цього процесу іонами Цинку в печінці дослідних риб зростає вміст як суми вільних амінокислот, так і замінних та незамінних їх представників. У цьому органі можна виділити 2 групи амінокислот за типом відповіді на інтоксикацію організму риб Цинком: 1) при 2 ГДК вміст вільної амінокислоти знижується, а при 5 ГДК збільшується і залишається близьким до контролю: глутамінова кислота, метіонін, ізолейцин, тирозин, гістидин, лізин; 2) вміст амінокислоти збільшується як при 2 ГДК, так і при 5 ГДК: аспарагінова кислота, серин, валін, аланін, фенілаланін (табл. 4).

Виявлено, що у воді при вмісті Цинку в кількості 5 ГДК відхилення від контролю для більшості амінокислот дещо менші, ніж при 2 ГДК. Очевидно, що незначне зростання рівня окремих вільних амінокислот при концентрації іонів Цинку 5 ГДК пов'язано з їх активним використанням у структурних перебудовах та процесах енергетичного забезпечення організму риб.

Із окремих амінокислот варто виділити аспарагінову кислоту, валін та серин, вміст яких у печінці дослідних риб значно зростає. Так, кількість аспарагінової кислоти в печінці коропа збільшується в 2,6 рази при концентрації іонів Цинку 2 ГДК та в 2,9 рази при 5 ГДК, кількість валіну збільшується відповідно в 2,4 і 2,8 рази, а серину - в 1,4 і 1,5 раза.

Слід також відзначити, що концентрація гліцину в печінці дослідних риб майже не відрізняється від концентрації в контрольної групи, що свідчить про те, що названа амінокислота не використовується в адаптаційному процесі в цьому органі.

Таблиця 4. Вплив іонів Цинку на вміст вільних амінокислот у печінці коропа (нмоль/г вологої тканини, M±m, n=5)

Сума амінокислот 12037±14,8 14072±14,8 15177± 15,03

Замінні амінокислоти 7983±17,6 9802±18,1 10628±17,5

Незамінні амінокислоти 4054±12,0 4270±11,5 4549±13,2

Одержані результати свідчать про вплив, який здійснюють підвищені концентрації іонів Цинку у воді, на вміст в печінці та м'язах коропа вільних амінокислот. Виявлені також тканинні особливості цього показника при дії різних концентрацій досліджуваного металу.

Зміна вмісту вільних амінокислот у тканинах коропа при дії іонів Купруму. Участь Купруму в метаболічних процесах визначається його специфічними фізико-хімічними властивостями [17]. Вони полягають у тому, що іони Купруму більш активно, ніж іони інших металів, реагують з амінокислотами і білками, утворюючи більш стабільні комплекси. Крім того, іони Купруму володіють каталітичними властивостями, які посилюються при зв'язуванні з білковою молекулою [23].

Купрум входить до складу цілої низки ферментів [16]. Цей мікроелемент бере участь у процесах тканинного дихання, кровотворення, а також мінерального та азотного обміну [17]. Надлишок Купруму досить токсично діє на організм, приводячи до атрофії окремих органів та тканин.

Одержані нами дані свідчать про те, що підвищені концентрації іонів Купруму у воді приводять до зміни вмісту вільних амінокислот у тканинах коропа. Особливістю динаміки вільних амінокислот у м' язах коропа в результаті дії іонів Купруму було зростання вмісту більшості із них (табл. 5). При цьому більшою мірою відбувається зростання кількості незамінних амінокислот (на 31,2 % при 2 ГДК та на 9,5 % при 5 ГДК). Виявлений ефект є свідченням того, що токсичний стрес, викликаний дією іонів Купруму, спричиняє посилення катаболізму білків м'язів риб. Тому можна передбачити, що постійні високі рівні іонів Купруму у воді викликатимуть розвиток в організмі риб стрес-катаболічного синдрому, а в кінцевому результаті - загибель організму.

Щодо зміни вмісту окремих амінокислот в м'язах (табл. 5.), то слід звернути увагу на треонін, серин, валін та гістидин, рівень яких при дії підвищених концентрацій іонів Купруму значно зростає. Зокрема, кількість серину збільшується на 35,4% при вмісті металу у воді 2 ГДК та на 82,7% при 5 ГДК, кількість валіну - на 43,4% і 21,8% і кількість гістидину на 55,3% і 71,8% відповідно.

Таблиця 5.Вплив іонів Купруму на вміст вільних амінокислот у м'язах коропа (нмоль/г вологої тканини, M±m, n=5)

Сума амінокислот 9855±13,2 10959±14,8 10096±13,1

Замінні амінокислоти 5654±12,9 5448±13,3 5497±13,3

Незамінні амінокислоти 4201±13,6 5511±16,2 4599±13,4

Виявлене явище може бути пов'язане з тим, що названі амінокислоти є компонентами буферних систем [13] і беруть активну участь у підтриманні гомеостазу в організмі риб при інтоксикації. Особливо важлива роль названих амінокислот у процесах осморегуляції. У різних видів риб спектр амінокислот, які беруть участь у цих процесах, дещо відрізняється, але, в основному, це серин, треонін, гліцин, аланін, валін, гістидин [30].

Щодо інших амінокислот, які беруть участь у адаптаціях до несприятливих умов існування риб, слід відзначити гліцин, рівень якого зменшується, особливо при 5 ГДК металу у воді (на 26,5%). Як вже зазначалося, ця амінокислота є добрим енергетичним субстратом, який активно використовується в стресових умовах [11].

Іншою амінокислотою, вміст якої зазнає значного зниження в результаті дії іонів Купруму, є аланін. Його кількість в м'язах риб зменшується на 36,7 % при обох концентраціях металу у воді, що, можливо, пояснюється участю аланіну в підтриманні метаболічного гомеостазу глюкози в крові риб через його включення у функціонування глюкозо-аланінового циклу [7].

За дії іонів Купруму було відмічено зниження вмісту глутамінової кислоти. Якщо врахувати те, що при посиленні катаболічних процесів в м'язах риб підвищується вміст аміаку, то вказаний ефект стає зрозумілим, оскільки показана участь цієї амінокислоти в процесі детоксикації отруйного для клітин риб аміаку [5]. Таким чином перераховані амінокислоти виступають засобами забезпечення окремих метаболічних систем та чинниками регуляції гомеостазу організму риб.

Слід також звернути увагу на те, що при дії іонів Купруму в м'язах риб в 1,5 раза зростає вміст сірковмісних амінокислот - цистину та метіоніну. Це, на нашу думку, пов'язано з тим, що дані амінокислоти беруть участь у зв'язуванні іонів Купруму в сульфід-органічні комплекси, що сприяє зниженню токсичної дії іонів металу. Підтвердженням сказаного є також аналіз динаміки сірковмісних амінокислот у печінці риб. Вміст цистеїнової кислоти, метіоніну і, особливо, цистину при 5 ГДК зростають, що підтверджує їх суттєву роль у зв'язуванні іонів Купруму (табл. 5).

У результаті дії підвищених концентрацій іонів Купруму вміст більшості амінокислот (як замінних, так і незамінних) у печінці знижується при 2 ГДК і зростає при 5 ГДК, що свідчить про розвиток стрес-катаболічного синдрому в цьому органі (табл. 6).

Зокрема, кількість замінних аімінокислот при 2 ГДК металу у воді знижується на 18,2%, а незамінних на 19,8%. При 5 ГДК вміст перших у печінці риб зростав на 11,7% (порівняно з контролем), а других - на 15,4%.

Серед окремих амінокислот у печінці риб (табл. 6) слід виділити цистеїнову кислоту, кількість якої зростає при обох концентраціях іонів Купруму у воді (на 31,3% і 29,5%), а також цистин та метіонін, вміст яких підвищується при 5 ГДК (на 32,5 і 20,6% відповідно). Описане є підтвердженням того, що сірковмісні амінокислоти в печінці, як і у м' язах риб, беруть активну участь у процесах зв'язування шкідливих для організму іонів Купруму.

Доступність Купруму, який з травного тракту переходить в кров, визначається, у першу чергу, характером лігандів, які зв'язують цей елемент. У якості останніх можуть виступати щавелева та фумарова кислоти, комплекси яких із Купрумом всмоктуються на 20% швидше, ніж сульфат Купруму, а також комплекси цього металу з амінокислотами, особливо з лейцином [35].

Слід зауважити, що кожна амінокислота здатна утворювати стійкі п'ятичленні хелатні цикли з іонами металу. Якщо в бічному ланцюгу немає донорних груп, то такими виступають аміно- та карбоксильні групи [36]. При зниженні водневого показника амінокислота може координуватися як нейтральний ліганд. Якщо карбоксильна група не бере участі в побудові п' ятичленного хелатного циклу, то утворюється чотирьохчленне кільце, у якому обидва атоми кисню зв'язані з металом. Найбільшу здатність до утворення хелатних комплексів виявлено у Купруму [38].

Таблиця 6. Вплив іонів Купруму на вміст вільних амінокислот у печінці коропа (нмоль/г вологої тканини, M±m, n=5)