|
Дагестанская государственная медицинская академия (г. Махачкала) Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Проблемы и перспективы современной науки» (выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника
ВВЕДЕНИЕ
В природе существует несколько типов самопроизвольной гипотермии, среди которых наибольшее внимание исследователей привлекает зимняя спячка млекопитающих [1-3]. Зимоспящие животные сохраняют жизнеспособность и определенную активность биохимических реакций при очень низких температурах тела (+3°, +5°С). Принципиальным отличием мозга незимоспящих животных от зимоспящих является способность мозга последних выжить и функционировать при низкой температуре [4].
Известно, что перед вхождением в зимнюю спячку физиологические процессы, протекающие в организме животного, направлены на подготовку его к этому периоду [4,5].
Вместе с тем огромное значение для возникновения и протекания зимней спячки имеют и многие другие факторы. В частности, характер питания в прегибернационный период, накопление жировых запасов [6], а также влияние гормонов [7,8] и метаболизм белков в головном мозге [9,10]. Одной из важных причин модификации физико-химических свойств белков и их функций являются количественные и качественные сдвиги в содержании активных функциональных групп белков, каковыми являются амидные группы белков мозга.
Изменение амидированности последних является одним из проявлений процессов их постсинтетической модификации. В посттрансляционной модификации белков клеток, прежде всего нервных, ведущее место занимает неферментативное дезамидирование.
Из данных литературы известно о том, что интенсивность и направленность реакций дезамидирования белков мозга тесно связана с функциональным состоянием организма [11].
Изменение содержания амидных групп в белках мозга наблюдается при тяжелой физической нагрузке, гипероксии, ионизирующей радиации, адаптации к холоду, медикаментозном сне, инсулиновой коме, действии гормонов и витаминов, при развитии в мозгу эпилептогенного очага и ряде других функциональных и патологических состояний [12]. При преобладании процессов возбуждения в мозгу животных происходит дезамидирование белков (кратковременное электрическое возбуждение, гипероксия, гипогликемические судороги при введении инсулина, мышечное утомление) и наоборот, при развитии тормозных процессов в мозгу (медикаментозный сон, при введении мединала, отдыхе) наблюдается увеличение амидированности белков мозга, что связано скорее всего с их новообразованием [13]. Вместе с тем систематические исследования по установлению физиологического уровня содержания суммарных, лабильных и прочносвязанных амидных групп во фракциях белков мозга сусликов в динамике зимней спячки и после естественного пробуждения от нее в литературе отсутствуют.
Учитывая вышеизложенное, целью настоящей работы являлось исследование амидированности белков в различных фракциях мозга сусликов при зимней спячке и после естественного пробуждения от нее.
МЕТОДИКА
Для изучения состояния зимней спячки исследования проводили на кавказских сусликах малых (Citellus Pygmaeus Pallas) массой 200-250 г., отловленных в мае в низменной части Дагестана. До осени животных содержали в условиях вивария. В ноябре сусликов помещали в темные клетки, создавая им условия, близкие к естественным [4,5]. Контролем служили бодрствующие в это же время года животные, содержавшиеся при температуре окружающей среды ( 20 - 22°С ) В помещении, где находились животные, температура поддерживалась в пределах 5 - 10°С.
Эксперименты проводили через неделю после впадения животных в зимнюю спячку с температурой тела 11-10° и 17-16°С, через два месяца спячки с температурой 11-10°С, а также при пробуждении от зимней спячки.
Методика определения содержания амидных групп в белках мозга описана ранее [14].
Результаты исследований подвергали статистической обработке с ис¬пользованием общепринятых методов вариационной статистики [15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Нами установлено, что при недельной зимней спячке сусликов (температура тела 11-10°С) наблюдается снижение общей амидированности белков мозга в суммарной, водорастворимой и водонерастворимой фракциях, соответственно, на 31,5%, 12% и 21,3% по сравнению с бодрствующими сусликами в это же время года (табл. 1-3).
Таблица 1. Содержание амидных групп в суммарных белках больших полушарий головного мозга (в мкмолях амидного азота /г белка) сусликов при зимней спячке и пробуждении от нее (М ±m; n = 6) | Варианты опытов | САГ | ЛАГ | ПСАГ | | Нормотермия зимой (контроль) | 314±2,2 | 110±1,7 | 204±2,4 | | Недельная спячка (11-10°С) | 215±1,3 р<0,001 | 76±1,1 р<0,001 | 139±1,9 р<0,001 | | Недельная спячка (17-16°С) | 236±2,1 р<0,001 р1>0,05 | 107±2,1 р>0,05 p1<0,01 | 129±3,3 р<0,001 р1>0,05 | | 2-х месячная спячка (11-10°С) | 258±2,8 р<0,001 р1<0,001 | 63±1,6 р<0,001 р1<0,001 | 195±2,0 р>0,05 p1<0,001 | | Пробуждение после 2-х месячной спячки (11-10°С) | 200±2,2 р<0,001 р1<0,001 | 59±1,1 р<0,001 р1>0,02 | 141±2,7 р<0,001 р1<0,01 | Примечание: Здесь и в таблице 2-3: Р- достоверность различия по отношению к контролю; P1— по отношению к спячке. САГ - суммарные амидные группы ЛАГ - лабильные амидные группы ПСАГ - прочносвязанные амидные группы Содержание лабильных амидных групп в этих фракциях белков мозга сусликов при зимней спячке изменяется разнонаправленно.
Так, в суммарной фракции белков уровень содержания лабильных амидных групп падает на 31%, в водорастворимой фракции, наоборот, возрастает на 29%, а в водонерастворимой фракции — не подвергается изменению. Количество прочносвязанных амидных групп снижается во всех указанных фракциях, соответственно, на 32%, 27,8% и 34,3%. Как показывают результаты, снижение амидированности белков суммарной фракции происходит в равной степени как за счет лабильных, так и прочносвязанных амидных групп, а в водорастворимой и водонерастворимой фракциях - за счет прочносвязанных амидных групп. Таблица 2. Содержание амидных групп в водорастворимых белках больших полушарий головного мозга (в мкмолях амидного азота / г белка) сусликов при зимней спячке и пробуждении от нее (М ±m; n= 6) | Варианты опытов | САГ | ЛАГ | ПСАГ | | Нормотермия зимой (контроль) | 429±2,9 | 121±2,2 | 308±3,5 | | Недельная спячка (11-10°С) | 379±6,4 р<0,001 | 156±4,8 р<0,001 | 223±5,9 р<0,001 | | Недельная спячка (17-16°С) | 408±3,0 р> 0,05 p1<0,05 | 178±2,2 р<0,001 p1<0,05 | 230±3,5 р<0,001 p1>0,05 | | 2-х месячная спячка (11-10°С) | 411±5,6 р>0,05 p1>0,05 | 129±2,3 р>0,05 p1<0,01 | 282±7,7 р<0,01 p1<0,001 | | Пробуждение после 2-х месячной спячки (11-10°С) | 326±1,5 р<0,001 p1<0,001 | 124±1,5 р>0,05 p1>0,02 | 202±2,5 р<0,001 p1<0,001 | Установлено, что при недельной зимней спячке (17 - 16°С) амидированность суммарных белков мозга снижается на 24,8%, водонерастворимых - на 14%, а водорастворимых - не изменяется (табл. 1-3). Здесь также происходит дезамидирование белков мозга, но менее значительное, чем при недельной спячке с температурой тела (11-10°С). Анализ данных показывает, что при зимней спячке с более высокой температурой тела (17 — 16°С) дезамидирование белков исследованных фракций мозга происходит в основном за счет прочносвязанных амидных групп.
При сопоставлении динамики амидных групп белков больших полушарий головного мозга у подопытных животных видно, что недельная спячка с температурой тела 11-10°С вызывает более резкие изменения в их содержании, нежели недельная спячка с температурой тела 17-16°С. (табл. 1-3) Таблица 3. Содержание амидных групп в водонерастворимых белках больших полушарий головного мозга (в мкмолях амидного азота / г белка) сусликов при зимней спячке и пробуждении от нее (М ± m; n= 6) | Варианты опытов | САГ | ЛАГ | ПСАГ | | Нормотермия зимой (контроль) | 305±3,9 | 92±2,6 | 213±2,8 | | Недельная спячка (11-10°С) | 240±4,6 р<0,001 | 100±2,2 р>0,02 | 140±5,9 р<0,001 | | Недельная спячка (17-16°С) | 262±2,0 р<0,001 p1>0,02 | 122±1,2 р<0,001 p1<0,05 | 140±1,8 р<0,001 p1>0,02 | | 2-х месячная спячка (11-10°С) | 286±2,5 р>0,05 p1<0,01 | 82±2,1 р<0,01 p1<0,05 | 204±3,4 р<0,05 p1<0,001 | | Пробуждение после 2-х месячной спячки (11-10°С) | 219±2,2 р<0,001 p1<0,001 | 74±1,8 р<0,001 p1>0,02 | 145±2,4 р<0,001 p1<0,001 | Результаты показывают, что при зимней спячке в зависимости от ее длительности, амидные группы белков мозга подвергаются различным ка¬чественным и количественным изменениям. В частности, при 2-х месячной зимней спячке с температурой тела 11-10°С происходит увеличение амидированности белков мозга сусликов по сравнению с недельной зимней спячкой с той же температурой тела. Уровень содержания прочносвязанных амидных групп увеличивается в исследуемых фракциях, соответственно на 40,3%, 26,5% и 46,4%. Анализ данных позволяет заключить, что при снижении суммарного содержания амидных групп белков мозга сусликов с увеличением продолжительности и глубины зимней спячки уровень прочносвязанных амидных групп более устойчив, чем лабильных.
Далее мы исследовали изменение амидированности белков мозга сусликов при пробуждении от длительной 2-х месячной зимней спячки (с температурой тела 11-10°С).
Как известно, пробуждение от зимней спячки сопровождается суще¬ственным повышением всех физиологических функций и метаболизма, в том числе в ЦНС, причем особенно резко (более чем в 25 раз) увеличивается обновляемость белков головного мозга [12].
При анализе результатов проведенных исследований отмечено, что при пробуждении сусликов от 2-х месячной зимней спячки (11-10°С) происходит еще большее снижение количества амидных групп во всех исследованных фракциях, соответственно, на 22,5 %, 20,4 % и 23,7 % по сравнению с гибернирующими в течение 2-х месяцев сусликами. Снижение происходит, в основном, за счет фракции прочносвязанных амидных групп.
Стабильность прочносвязанных амидных групп (глутамина) белков мозга
при зимней спячке на наш взгляд, свидетельствует о функциональном участии их
в поддержании той конфигурации белков, которая характерна для гибернации
[1,10].
Список литературы
1.Демин Н.Н., Шортанова Т.Х., Эмирбеков Э.З. Нейрохимия зимней спячки млекопитающих. Л., 1988.
2. Яковлев А.А., Семенова Т.П., Колаева С.Г. и др. // Нейрохимия.2002.Т.19. № 1 С. 33-36.
3.Игнатьев Д.А., Михалева И.И., Сосулина Л.Ю. и др. // Ж.эволюц.биохимии и физиол. 2001. т.37. №3. С.201-205.
4.ПоповаН.К. Экологическая физиология животных. Л., 1979.
5.Калабухов Н.И. Эволюционные аспекты гипобиоза и зимней спячки. Л.,1986.
6.Перепелкина Н.И., Коломийцева И.К., Попов В.И. // От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям: Труды
конференции, Пущино, 24-26 окт., 2001. С.88
7.Ohtsu T.,Sekijima Т., Kondo N. // Zool. Sci.1997. Vol.14. P.17-19.
8.Накипова О.В., Андреева Л.А., Чумаева Н.А. и др.// Докл. РАН.2001.Т.380.№6.С.825-827.
9.Frerichs Kai U., Smith Carolyn В., Brenner Michael et al.// Proc. Nat.Acad.Sci.USA. 1998.Vol.95.P.14511-14516.
10. Sekijima Т., Konob N. // Zool. Sci.1997. Vol.14. P.I 18-120.
11.Пушкина Н.В. //Укр. Биохим. журн.1988.т.60.С.9-14.
12.Палладии А.В., Велик Я.В., Полякова Н.М. Белки головного мозга.Киев, 1972.
13.Бадалян И.А., Давтян М.А. //Нейрохимия. 1986. т.5.№4. С.384-390.
14.Эмирбеков Э.З. Азотистый метаболизм мозга при гипотермии изимней спячке. Махачкала, 1969.
15.Лакин Г.Ф. Биометрия. М., 1990.
|
