Введение к работе
Актуальность темы. Проблема адаптации организма к изменяющимся условиям среды на уровне биохимических реакций приобрела в последние годы фундаментальный характер. Особым вниманием в настоящее время пользуется феномен неспецифической адаптации, включающий биохимические процессы, которые происходят в клетке вне зависимости от того, какой стрессовый фактор их вызвал (неспецифический адаптационный синдром), и вместе с тем, позволяют живому организму сохранять гомеостаз.
Интерес, который проявляют исследователи к проблеме биохимической адаптации, является вполне оправданным. С одной стороны - это повое перспективное направление в области экологии (биохимическая экология), которое включает исследование молекулярных механизмов, позволяющих живому организму существовать в постоянно меняющихся условиях окружающей среды. С другой стороны, в связи с мощной техногенной нагрузкой на биосферу, изучение биохимігческих процессов адаптации, в особенности неспецифической, позволяет более детально рассмотреть роль антропогенного фактора среды в молекулярной изменчивости и эволюциошюм процессе. Данный аспект проблемы актуален в практическом отношеїши, поскольку большинство существующих методов оценки качества водной среды к настоящему времени существенно устарели, и не могут уже отвечать современным требованиям биомониторинга.
Наиболее перспективными в этом отношении сейчас общепризнано считать методы биохимического тестирования или индикации, где в качестве критерия жизнедеятельности организмов в тех или иных условиях среды рассматривают такие показатели, как активность ферментов, качествеїіньш состав белковых спектров и пр.
Такой подход объясняется тем, что любому физиологическому, а тем более морфологическому нарушению нормы предшествуют определеїшьіс биохимические процессы. Именно последние являются причиной изменения физиологического состояния живого организма, ухудшения качества его потомства или гибели самого организма.
Определение биохимических показателей открывает возможность регистрировать отклонения от нормы в живом организме еще до момента проявления у него морфологических и физиологических сдвигов, т.е. позволяет проводить paimee биохимическое тестирование качества среды обитания.
Цель и задачи исследовапия. Основной целью нашего исследования стала детальная характеристика изменений функциональных параметров
комплекса кислых фосфатаз, развившихся у ряда в результате токсического воздействия на организм.
Для достижения этой цели были поставлены следующие главные задачи:
-
Исследовать физико-химические и функциональные свойства комплекса кислых фосфатаз в норме у различных гидробионтов.
-
Проследить динамику адаптивных изменений кислых фосфатаз гидробионтов под воздействием хлорида кадмия. Оценить, насколько характер адаптивных изменений универсален для разных видов животных и насколько выявленные изменения существенны для функционирования исследуемых ферментов.
-
Изучить возможность использования комплекса кислых фосфатаз в качестве маркерного биохимического показателя для определения токсического воздействия на организм. Исследовать на практике чувствительность, воспроизводимость и целесообразность такого рода определений в сравнении с уже существующими методами оценки качества водной среды.
Научная новизна работы. Впервые исследованы и описаны различные свойства комплекса кислых фосфатаз у ряда видов из разных систематических групп водных животных.
Подробно изучена зависимость ферментативной активности кислых фосфатаз гидробионтов от концентрации токсиканта (хлорид кадмия) в воде и продолжительности его воздействия на организм. Показано, что воздействие хлорида кадмия у изученных гидробионтов вызывает однотипную (универсальную) отвепгую реакцию, которую можно рассматривать в качестве показателя интоксикации, и но его величине у тест-объекта определять степень токсичности водной среды.
Впервые выделены и охарактеризованы кислые фосфатазы из печени моллюска живородка речная (Viviparus viviparus), исследованы их субклеточная локализация и тканеспецифичность. Кроме того, выделена и подробно изучена индуцибельная (адаптационная) кислая фосфатаза, появляющаяся в ответ на интоксикацию организма хлоридом кадмия.
На примере кислой фосфатазы как тест-фермента показана возможность точного определения степени загрязнения воды в условиях естественного гидробиоценоза.
Практическое значепие работы. Результаты работы обосновывают целесообразность проведения массовых анализов по биотестированию и биоиндикации вод различного происхождения с использованием в качестве тест-ферментов или ферментов-индикаторов комплекса кислых фосфатаз из печени живородки речной (Viviparus viviparus L.). С этой целью разработаны рекомендации по выделению кислых фосфатаз, оптимизации условий выявления их активности различными методами, а
также упрощенная схема надежного определения ряда свойств фосфатаз именно для целей биотестирования и биоиндикации. Показано, что чувствительность и достоверность проведенных анализов сопоставимы, а чаще, существенно выше в сравнении с используемыми методами определения качества вод (гидрохимический анализ, дафниевый тест, биологическая индикация).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на I Международной и IV Всероссийской научно-практической конференции «Экология и охрана окружающей среды» (Рязань, 15-16 сентября 1994 г.), VII Съезду Гидробиологического общества РАН (Казань, 14-15 октября 1996 г.), научной конференции «Вузовская наука в решении экологических проблем Верхне-Волжского региона» (Ярославль, 18-19 апреля 1996 г.), научной конференции «Биологические исследования в Ярославском государственном университете» (Ярославль, 29 ноября 1997 г.). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1), отражающего современные представления о кислой фосфатазе и роли этого фермента в процессах молекулярной и клеточной адаптации; характеристики материалов и описания методов исследования (глава 2); изложения и обсуждения собственных экспериментальных данных (главы 3-6); заключения, выводов и списка цитированной литературы.