Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность изучения воздействия токсических веществ антропогенного происхождения на биохимические процессы у гидробионтов обусловлена как постоянно возрастающим интересом к проблеме биохимической адаптации в изменяющихся условиях среды, так и необходимостью поиска чувствительных тест-объектов и тест-функций для оценки степени загрязненности природных и сточных вод.
В настоящее время биохимическому тестированию воздействия различных экотоксикантов на живые организмы уделяется повышенное внимание. Результаты ряда экспериментальных работ позволяют сделать вывод, что биохимическую диагностику можно использовать не только для оценки интенсивности загрязнения, но и для идентификации по крайней мере отдельных групп токсикантов (Козловская и др., 1996; Сидоров и др., 1990; Юровицкий, Сидоров, 1993).
Последнее положение было положено в основу нашей работы. Мы исходили из того, что для обнаружения токсикантов особенно полезным было бы иметь качественные характеристики биохимических изменений в тест-объекте. Такими качественными показателями могут быть прежде всего множественные формы ферментов, осуществляющие тонкую настройку обменных процессов в условиях адаптации к изменяющимся условиям среды. Естественно, что предпочтение следовало отдать высокоактивным ферментам, контролирующим принципиально важные метаболические процессы, для которых отработаны надежные приемы анализа изоформ. Поэтому наш выбор пал на кислую ДНКазу - один из центральных ферментов обмена нуклеиновых кислот, а также на НДЦ+-зависимую малатдегидрогеназу и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу, принадлежащим к важнейшим ферментам углеводного обмена.
Объектом наших исследований являлся пресноводный моллюск живородка речная. Отметим, что моллюски еще не стали классическими объектами ни в водной токсикологии, ни в экологической биохимии, хотя результаты ранее опубликованных работ (Горомосова и др., 1987; Короленко и др., 1984; Цветков и др., 1997) свидетельствуют о том, что в процессе токсического воздействия в организме моллюсков происходят закономерные перестройки обмена веществ, что отражается на уровне активности и молекулярной гетерогенности их ферментов. Ограниченность
пространственных перемещений и встречаемость речной живородки практически в любых водоемах, вне зависимости от силы антропогенной нагрузки (Брагинский, 1977), позволяют рассматривать данный вид как обладающий широким адаптивным потенциалом к гидрохимическому режиму. Широкая распространенность живородок в гидробиоценозах любого ранга, простота сбора и содержания в лабораторных условиях обусловливают доступность и легкость искусственного культивирования этих . моллюсков. На основании вышеизложенного изучение энзиматических реакций живородки речной на токсическое воздействие представляется вполне обоснованным и перспективным.
Цель и задачи исследования. Основной целью наших исследований стал анализ изменений в наборах множественных форм и функциональной активности ряда ферментов моллюсков, происходящих в результате воздействия различных экотоксикантов. Для достижения этой цели были поставлены следующие главные задачи:
-
Определить активность и состав множественных форм НАД+-зазисимой малатдєгидрогєназьі, глкзксзо-6-фосфатдегидрогеназы, кислой ДНКазы, а также активность протеаз и кислых фосфатаз в норме у живородки речной.
-
Проследить динамику изменений в активности и спектрах множественных форм ферментов при воздействии на моллюсков различных концентраций токсических веществ.
-
Оценить степень сходства и различия адаптивных изменений у исследованных ферментов в зависимости от концентрации и времени воздействия различных поллютантов (тяжелые металлы, фенол, бензин, синтетические поверхностно-активные вещества, галогенорганические соединения).
-
Сопоставить возможность и целесообразность использования удельной активности и наборов активных форм ферментов в качестве маркерных биохимических показателей загрязнения водной среды исследованными токсикантами.
-
Провести выделение и осуществить физико-химическую и функциональную характеристику множественных форм наиболее
перспективного в плане биохимического тестирования воды фермента моллюсков.
Научная новизна работы. Впервые изучены наборы множественных
форм НАД+-зависимой малатдегидрогеназы, глюкозо-6-
фосфатдегидрогеназы и комплекс кислых ДНКаз печени живородки речной в норме и в условиях токсического воздействия.
Впервые изучена динамика адаптивных изменений активности кислых ДНКаз, кислых фосфатаз и протеаз, а также НАД+-зависимой малатдегидрогеназы в печени речных живородок при воздействии различных концентраций широкого спектра поллютантов. Установлено, что токсическое воздействие вызывает закономерные изменения в активности ферментов, которые можно рассматривать в качестве показателя интоксикации. Наиболее достоверные и воспроизводящиеся изменения зафиксированы в отношении наборов кислых ДНКаз; при действии различных загрязнителей в печени моллюсков формируется определенный спектр белков, обладающих ДНКазной активностью.
ВпэрЕые исследована внутриклеточная локализация кислых ДНКаз речной живородки, проведено их препаративное разделение и изучено воздействие на ДНК эндогенного и экзогенного происхождения. На основе полученных данных высказаны суждения о роли отдельных компонентов ДНКазного комплекса в деструкции ДНК у контрольных и подвергнутых действию токсикантов моллюсков.
Практическое значение работы. Результаты работы обосновывают целесообразность проведения анализов по энзимодиагностике загрязнения вод с использованием в качестве тест-функций множественных форм ферментов. Кислая ДНКаза печени живородки речной может быть рекомендована для обнаружения в воде ряда токсических веществ в концентрациях на уровне ПДК и ниже.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на научных сессиях по итогам научно-исследовательской работы МПГУ в 1999-2000 годах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения; обзора литературы, посвященного современному состоянию биомониторинга и биотестирования качества вод; описания объекта и методов исследования; четырех глав, посвященных изложению и обсуждению полученных экспериментальных данных, заключения и выводов. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, включает 36 рисунков и 34 таблицы. Список цитируемой литературы включает 202 названия, из которых 33 работы на иностранных языках.
