ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ СЕГОЛЕТОК КАРПА ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Мурадова Г.Р. Paбаданова А.И. Изучено влияние солей кадмия, свинца и марганца на содержание белков в сыворотке крови сеголеток карпа. Показаны разнонаправленные изменения белкового состава сыворотки крови рыб при воздействии солей тяжелых металлов, о чем можно судить на основании изменения А/G индекса. При хроническом действии ионов кадмия отмечено значительное преобладание суммарного содержания альбуминов над глобулинами на протяжении всего эксперимента, пребывание рыб в среде с ионами свинца сопровождалось более значительным ростом содержания глобулинов, тогда как при действии ионов марганца не выявлен однонаправленный хаpaктер изменения соотношения альбуминов и глобулинов. Статья в формате PDF 342 KB За последние годы вследствие антропогенной нагрузки уровень концентрации токсических веществ в природе постоянно повышается.

Из широкого спектра загрязнителей особую опасность для гидробионтов представляют тяжелые металлы [1, 2]. Важную роль в метаболизме, росте и развитии, а также адаптации гидробионтов к различным видам токсической нагрузки играют белки [3, 7].

Свинец и кадмий относятся к 1 классу токсичности. Из всех водных обитателей наибольшее токсическое действие кадмий и свинец оказывают на рыб [1]. К таким воздействиям относится образование комплекса «белок-металл» с накоплением металлотионеинов, нарушение процессов образования и трaнcпорта белков и другие реакции, показателями которых могут являться изменения в содержании различных белков в организме.

Однако, все еще мало сведений, касающихся влияния металлов, которые выступают в низких концентрациях как микроэлементы, а при высоких - проявляют свойства тяжелых металлов. К таким металлам относится марганец, который как микроэлемент препятствует развитию свободно - радикального окисления, обеспечивая стабильность структуры клеточных мембран, нормальное функционирование мышечной ткани, а также повышает интенсивность утилизации жиров, снижая уровень липидов в организме, необходимый для нормального роста и развития организма. При хроническом отравлении соединения марганца выступают как цитоплазматические яды, способные вызывать серьезные нарушения в нервной системе, почках и органах кровообращения [2].

Целью данной работы явилось изучение влияния хронической интоксикации водной среды ионами свинца, кадмия и марганца на белковый состав крови сеголеток карпа.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена на базе лаборатории анатомии, физиологии, гистологии Дагестанского государственного университета. В эксперименте использованы сеголетки карпа (Cyprinus carpio L.) массой 100-150 г, выращенные в прудах Широкольского рыбоводного комбината Республики Дагестан. Рыбы отлавливались перед их переброской в пруды для зимовки и переносились в аквариумы объемом 250-300 литров с содержанием ацетата свинца 0,5 мг/дм³ (ПДК 0,1 мг/дм³), хлорида кадмия 0,25 мг/дм³ (ПДК 0,005 мг/дм³) и сульфата марганца 0,1 мг/дм³ (ПДК 0,01 мг/дм³). Контролем служили рыбы, содержавшиеся в чистой воде. В аквариумах создавались условия постоянного температурного (19-23 °С) и газового режима. Кормили рыб живым трубочником Tubifex tubifex. Изучали динамику содержания общего белка [8] и белковых фpaкций [5] в крови сеголеток карпа в разные сроки экспозиции рыб в водной среде с ионами тяжелых металлов (5, 15, 30 и 40 дни эксперимента).

Полученные результаты подвержены вариационно - статистической обработке методом малой выборки [6].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования представлены в табл. 1-3 и на рис. 1-3.

Из полученных данных видно, что содержание белков в крови сеголеток карпа находится в зависимости от вида и времени действия токсиканта.

У контрольных рыб содержание белков в крови составляет 24,0 ± 1,30 г/л. Большая их часть (40,0 %) приходится на долю альбуминовой фpaкции. Остальные белки представлены α₁ - (24,0 %), α₂ - (18,0 %), β - (6,0 %) и γ - (7,0 %) глобулинами. A/G-индекс контрольных рыб равен 0,67, что свидетельствует о преобладании суммы глобулинов над альбуминами в 1,5 раза.

При действии ионов кадмия в течение 40 суток наблюдается значительное повышение содержания белков всех фpaкций, кроме β-глобулинов, уровень которых меняется незначительно на протяжении эксперимента. Так, наиболее значительное повышение содержания общего белка, альбуминов и α₁-глобулинов (~ в 2,0 раза) отмечено на 15 день эксперимента. В дальнейшем происходит снижение концентрации протеинов, однако, значение их не достигает уровня контроля (за исключением содержания α₁-глобулинов). Наибольшие концентрации α₂- и γ-глобулинов обнаружены на 30 и 40 сутки соответственно. Изменения в соотношении белковых фpaкций сопровождаются ростом A/G - индекса, наибольшее значение которого (1,58) отмечено на 30 сутки, что свидетельствует о значительном преобладании альбуминовой фpaкции над глобулиновой на данном этапе экспозиции (табл. 1; рис. 1).

Таблица 1

Содержание общего белка и белковых фpaкций в периферической крови сеголеток карпа при хронической интоксикации ионами кадмия (М ± m, n = 10)

Условия опыта   Белок и белковые фpaкции		Контроль	5-й день	15-й день	30-й день	40-й день
Общий белок (г/л)		24,0 ± 1,30	46,0 ± 0,09**	48,0 ± 0,19**	38,0 ± 0,19**	30,0 ± 0,31**
Альбумины	г/л	9,6 ± 0,80	19,3 ± 0,20**	19,9 ± 0,18**	9,1 ± 0,12	9,0 ± 0,09
	%	40,0	42,0	41,5	24,0	30,0
Глобулины
α1-глобулины	г/л	5,8 ± 0,60	12,9 ± 0,29**	14,4 ± 0,17**	13,3 ± 0,09**	9,0 ± 0,07*
	%	24,0	28,0	30,0	35,0	30,0
α2-глобулины	г/л	4,3 ± 0,30	8,7 ± 0,13**	9,6 ± 0,17**	11,4 ± 0,09**	7,5 ± 0,16**
	%	18,0	19,0	20,0	30,0	25,0
β - глобулины	г/л	2,6 ± 0,20	2,8 ± 0,03*	2,4 ± 0,14*	3,0 ± 0,18	2,4 ± 0,03
	%	11,0	6,0	5,0	8,0	8,0
γ - глобулины	г/л	1,7 ± 0,20	2,3 ± 0,09*	1,9 ± 0,02	1,1 ± 0,02*	2,1 ± 0,09
	%	7,0	5,0	4,0	3,0	7,0
A/G		0,67 ± 0,05	0,86 ± 0,14	0,97 ± 0,04*	1,58 ± 0,02**	0,41 ± 0,02*

Здесь и далее: * - P < 0,01; ** - P < 0,001.

Очевидно, повышение содержания общего белка при воздействии ионов кадмия связано с тем, что данный токсикант, накапливаясь преимущественно в печени и почках гидробионтов [1], индуцирует синтез металлотионеинов, которые связывают ионы металла и действуют как ловушка для свободных радикалов, являясь, таким образом, естественной защитой организма.

Активация синтеза α₂ - глобулинов при воздействии хлорида кадмия, вероятно, вызвана необходимостью связывания ионов кадмия, в таком виде они менее токсичны, хотя далеко не безвредны [4]. Кроме того, повышение содержания белковых фpaкций в крови сеголеток карпа может служить показателем функционального состояния печени в условиях интоксикации ионами кадмия.

Рис. 1. Динамика содержания белков и их фpaкций (в % по отношению к контролю)
в периферической крови сеголеток карпа при хроническом воздействии ионами кадмия:
1 - общий белок; 2 - альбумины; 3 - α₁-; 4 - α₂-; 5 - β-; 6 - γ-глобулины

При воздействии ионов свинца содержание общего белка в сыворотке крови сеголеток карпа повышается на 5 сутки на 30,4 %, снижается на 15 и 30 сутки на 14,2 и 16,3 % соответственно и стабилизируется в пределах контрольных величин к 40 дню. Уровень альбуминов ниже контроля на 15; 30 и 40 сутки на 47,9; 54,2 и 55,2 % соответственно, тогда как на 5 день их содержание повышено на 23,9 %. Относительно фpaкций глобулина можно отметить повышенное содержание всех его компонентов на протяжении всего эксперимента. При этом, максимальные значения α₁ - (11,1 ± 1,50) и β - глобулинов (6,1 ± 1,20) отмечены на 5 сутки; α₂-глобулинов (8,4 ± 1,50) - на 40 сутки и γ - глобулинов (4,5 ± 1,11) - на 15 день. К концу эксперимента процентное содержание α₁-, α₂- , β- и γ-глобулинов сохраняется на уровне выше контроля на 33,9, 65,0 и 106,0 % соответственно (табл. 2; рис. 2).

Таблица 2

Содержание общего белка и белковых фpaкций в периферической крови сеголеток карпа при хронической интоксикации ионами свинца (М ± m, n = 10)

Условия опыта   Белок и белковые фpaкции		Контроль	5-й день	15-й день	30-й день	40-й день
Общий белок (г/л)		24,0 ± 1,30	31,3 ± 1,10*	20,6 ± 1,40	20,1 ± 3,50	24,0 ± 1 = 0,17
Альбумины	г/л	9,6 ± 0,80	11,9 ± 0,38*	5,0 ± 1,20*	4,4 ± 0,90*	4,3 ± 1,50*
	%	40,0	38,5	24,0	22,0	18,0
Глобулины
α1-глобулины	г/л	5,8 ± 0,60	11,1 ± 1,50	8,4 ± 3,50	6,3 ± 2,40	7,9 ± 1,80
	%	24,0	35,8	40,1	31,3	33,0
α2-глобулины	г/л	4,3 ± 0,31	7,9 ± 1,10*	4,6 ± 0,79	7,1 ± 1,29*	8,4 ± 1,50*
	%	18,0	25,8	21,9	35,3	35,0
β-глобулины	г/л	2,6 ± 0,20	6,1 ± 1,20*	3,6 ± 0,89	4,0 ± 0,68	4,3 ± 1,28
	%	11,0	19,5	17,2	20,0	18,0
γ-глобулины	г/л	1,7 ± 0,22	2,3 ± 0,51	4,5 ± 1,11*	2,8 ± 0,76	3,5 ± 0,87
	%	7,0	19,2	21,4	14,0	14,4
A/G		0,67 ± 0,05	0,61 ± 0,06	0,32 ± 0,01*	0,28 ± 0,03*	0,22 ± 0,01*

 Рис. 2. Динамика содержания белков и их фpaкций (в % по отношению к контролю)
в периферический крови сеголеток карпа при хроническом воздействии ионами свинца:
1 - общий белок; 2 - альбумины; 3 - α₁-; 4 - α₂-; 5 - β-; 6 - γ-глобулины

Изменения в соотношении белковых фpaкций сопровождается (в отличие от интоксикации ионами кадмия) падением A/G-ин­декса, наименьшее значение которого (0,22) отмечено на 40 сутки, что свидетельствует о значительном преобладании суммарного содержания глобулинов над альбуминами.

Полученные данные об изменениях соотношения белковых фpaкций в крови сеголеток карпа при интоксикации ацетатом свинца являются показателем функционального состояния печени, где осуществляется синтез альбуминов и глобулинов. Подобного рода изменения в сыворотке крови можно рассматривать как защитную реакцию организма при воздействии ионов свинца, поскольку известно, что глобулины являются белками, участвующими в иммунных реакциях организма.

При хроническом воздействии сульфата марганца происходит снижение содержания общего белка на 5; 15 и 40 сутки на 33,8; 14,6 и 16,3 % соответственно и стабилизация в пределах нормы к 30 дню. Интоксикация ионами марганца сопровождается однотипными изменениями в сторону повышения уровня альбуминовой фpaкции на 5; 15; 30 и 40 сутки на 57,3; 72,9; 34,4 и 57,3 % соответственно по сравнению с контролем (табл. 3; рис. 3).

Таблица 3

Содержание общего белка и белковых фpaкций в периферической крови сеголеток карпа при хронической интоксикации ионами марганца (М ± m, n = 10)

Условия опыта Показатели		Контроль	5-й день	15-й день	30-й день	40-й день
Общий белок (г/л)		24,0 ± 1,30	15,9 ± 0,10**	20,5 ± 0,12*	25,2 ± 0,41	20,1 ± 0,12*
Альбумины	г/л	9,6 ± 0,79	15,1 ± 1,29*	16,6 ± 2,10**	12,9 ± 1,70*	15,1 ± 0,18**
	%	40,0	42,0	41,5	33,9	42,0
Глобулины
α1-глобулины	г/л	5,8 ± 0,56	10,8 ± 1,10**	11,2 ± 1,21**	12,4 ± 1,40**	8,1 ± 0,09*
	%	24,0	30,0	28,0	33,0	28,0
α2-глобулины	г/л	4,3 ± 0,29	6,4 ± 0,57**	8,4 ± 0,68**	7,6 ± 0,59**	6,4 ± 0,04*
	%	18,0	19,0	21,0	20,0	22,0
β-глобулины	г/л	2,6 ± 0,20	1,8 ± 0,30	2,4 ± 0,41	3,9 ± 0,48*	2,3 ± 0,13*
	%	11,0	5,0	6,0	10,0	8,0
γ-глобулины	г/л	1,7 ± 0,18	1,4 ± 0,10	1,2 ± 0,12*	1,1 ± 0,20*	0,9 ± 0,02*
	%	7,0	4,0	3,0	2,9	3,0
A/G		0,67 ± 0,05	0,74 ± 0,09	0,72 ± 0,10	0,32 ± 0,06*	0,84 ± 0,02

Рис. 3. Динамика содержания белков и их фpaкций (в % по отношению к контролю)
в периферической крови сеголеток карпа при хроническом воздействии ионами марганца:
1 - общий белок; 2 - альбумины; 3 - α₁-; 4 - α₂-; 5 - β-; 6 - γ-глобулины

Хаpaктерным для ионов марганца является значительное повышение содержание фpaкций α₁ - и α₂-глобулинов. Максимальные значения α₁-глобулинов (12,4 ± 1,40) отмечены на 30 сутки, α₂-глобулинов (8,4 ± 0,68) - на 15 день. На 5; 15 и 40 сутки воздействия ионов марганца уровень β-глобулинов снижен на 30,8; 7,7 и 10,8 % соответственно и повышен на 50,0 % на 30 сутки по сравнению с контролем. Воздействие сульфата марганца сопровождается снижением γ-глобулиновой фpaкции на протяжении всего эксперимента, особенно выраженном на 40 сутки (на 48,8 % по сравнению с контролем).

Таким образом, при марганцевой интоксикации отмечаются разнонаправленные изменения в содержании белковых фpaкций в периферической крови сеголеток карпа, что нашло отражение в изменении A/G-индекса. На 5, 15 и 40 сутки соотношение A/G возрастает, тогда как на 30 сутки в 2,0 раза ниже, по сравнению с контролем.

Механизм воздействия марганца как тяжелого металла на белковый обмен рыб можно связать с его вступлением в тесную связь со многими белками и ферментами. В растворах воздействие ионов марганца проявляется в ярко выраженном каталитическом действии, то есть способности в сотни тысяч и миллионы раз ускорять течение химических реакций. Кроме того, показано действие ионов марганца на синтез белков и нуклеиновых кислот.

Исходя из полученных данных можно заключить, что состав белков сыворотки крови сеголеток карпа подвержен изменениям, как при действии токсичных металлов, так и эссенциальных. Особенности действия тяжелых металлов проявляются в хаpaктере их влияния на соотношение альбуминов и глобулинов: при действии ионов кадмия обнаруживается четко выраженная тенденция преобладания содержания альбуминов над глобулинами на протяжении всего эксперимента, тогда как при действии ионов свинца, напротив, хаpaктер соотношения меняется в сторону преобладания доли глобулиновой фpaкции.

Таким образом, полученные данные служат важным информативным показателем оценки изменений, наблюдаемых на организменном или видовом уровнях гидробионтов и основанием для использования показателей белкового обмена рыб в качестве биотеста, экологического мониторинга и экологических экспертиз водных экосистем.

Список литературы

1. Амосова А.А. Оценка токсического воздействия соединений кадмия на водные организмы // IX Съезд Гидробиологического общества РАН. Т.1. - Тольятти, 18-22 сентября, 2006. - С. 16.
2. Давыдова С.Л. О токсичности ионов металлов // Химия. - 1991. - № 3. - С. 121-123.
3. Ерохина И.А. К вопросу об изменчивости белкового состава плазмы крови морских млекопитающих // Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики: материалы II Междунар. научн. конф. - Саранск: Типография ООО «Мордовия-ЭКСПО». - 2009. - С. 46-49.
4. Иванова В.П. К вопросу о механизме токсического действия кадмия на живые организмы // Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных: материалы II Междунар. научн. конф. - Саранск. - 2009. - С.58-60.
5. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. - М.: МЕДпресс-информ, 2004. - 910 c.
6. Лакин Г.Ф. Биметрия. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
7. Синюк Ю.В. Обмен аминокислот и фpaкционный состав белков в организме карпа под действием ионов марганца, цинка, меди и свинца: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Л., 2003. - 16 с.
8. Lowry O.R. Protein measurement with folin phenol reagent / O.R. Lowry, N.P. Rosebrouph, A.N. Farr, R.K. Randall // J. Biol. Chem. - 1951. - V. 193, №1. - P. 265-275.

---