Введение к работе
Актуальность данного исследования определяется тем, что оно шравлепо на изучение одного из механизмов адаптации байкальских рыб на ювне мозга - регуляции активности фермента, обеспечивающего тнсмембранный транспорт ионов и определение места этого процесса в 1аитации организмa к условиям существования.
Ключевым вопросом при исследовании механизма центрального :йствия адаптации является вопрос об участии в этом процессе мембран шаптичсских окончатгай мозга и NaK-АТФазы - фермента, обеспечивающего эпно-осмотический гомеостаз клетки и формирование электрического этенциала на мембране. Активность этого фермента регулируется множеством акторов: составом и физико-химическими свойствами липидов синаптических соотапий, конформацией самого белка, наличием изоформ и особенностями их упкционирования (Meyer, Cooper, 1981; Renzis, Bomancin, 1984; Болдырев, 1977, Э81, 1995). Разнообразие значимых факторов позволяет разными путями ггулировать работу Na К-АТФазы в зависимости от условий в которых
Т YOTTETTPST ППТ'ЯТШ'ЯЛ.Т ТТпїІ ЧТО\Л ОГ*Г)ОТ ТЇТ ЇТЇЇТР'ГЇРР TTTlf* ҐЇСУГЯИїТїТ (?Т ТТ COлеnORаHHt*
('і"ГГ*Г\Л'Т11Ї-ТИТЮв'П-ТЇ-ТЇ-.Т'У Т^^ТТРТПч f*C1CVf X/f ІЯТ^ПРГТлРїТТ-ЇКЇ'У ^ТЧОTTTOTTTTOTTWO а ТТЯГТТТТПТТГ Тх
змепепий тботьт (Ііерметттттой системы в "зависимости от образа жизіги и срелп
Синапсы в мозге служат местом временных или постоянны: трансформаций при хранении информации и при ответах на внешние стимулы,: том числе при адаптации и привыкании (Меерсон, 1981, 1984; Хухо, 1990). 1 качестве модели сипапгического окончания используют сииаптосомы, которьг подробно изучены на уровне биохимии и физиологии (Whittaker, 1969; Meyei Cooper, 1981; Walker, Agoston, 1987; Jensen at all., 1990).
Уникальность условий обитания рыб в озере Байкал нредполагас возможность сушествования специфических механизмов адапгации, что i определило выбор объекта данного исслсдования. Разнообразие организмов, в тоf числе, эндемичной ихгиофауны, живущих в уникальных условиях Байкале позволяет исследовать особенности функционирования потенциалобразующсг фермента окончаний нервных клеток головного мозга - Na.K-АТФазы - у видо рыб, адаптированных к разным условиям существования.
Целью работы явилось исследование особенностсй функционировани ферментной системы Ма,К-АТФазы окончаний нервных клеток головного мозг экологически различных видов байкальских рыб. В соответствии с поставленпої целью были определены следующие задачи: 1 - разработать метод выдслени синаптосом из мозга рыб; 2 - оценить синаптосомальную фракцій биохимическим и электронно-микроскопическим методами; 3 - исследоват активность и 4 - сравнить механизмы регуляции ферментной системы Na,K ЛТФазы синаптосом мозга рыб из различных экологических зон.
Новизна исследования определяется слсдующими результатами.
Установлсно, что одним из биохимических механизмов, опрсделяющи адаптационные возможности рыб, обитающих в разных условиях сущсствовали? является регуляция активности потенциалобразующей ферментной системы Na,K АТФазы синапсов мозга.
Впервые показано, что максимальная активность На,К-ЛТФазы синаптосо!
различна у рыб, обитающих в разных условиях существования. Первая группа ры
- омуль (Coregonus autumnalis migratorius, Georgi), хариус (Thymallus arclicu
baicalensis, Dyb.), елец (Leuciscus leuciscus, Dyb.), обитающие в условия
ісокой локомоторной подвижности с резкой сменой температур, давления, ловий освещения и т.д., имеют максимальную активность в 2 и более раз выше, м у рыб второй группы - большой голомянки (Comephorus baicalensis, Dyb.) и льшеголовой широколобки (Balrachocottus baicalensis, Dyb.).
Установлено, что температура бнохимического оптимума Ма,К-АТФазы наптосом у рыб первой группы находится в диапазоне 39-41С, что ачительно выше, чем у рыб второй группы (31-33С).
Впервые показано, что термостабильность ферментной системы Na,K-ГФазы синаптосом рыб первой группы выше, чем у рыб второй группы.
Выявлено, что ферментная система Ыа,К-ЛТФазы синаптосом мозга ійкальских рыб первой группы обладает меньшим сродством фермента к бстрату.
Установлено, что ферментная система МаД-ЛТФазы синаптосом мозга у іб первой группы по сравнению со второй обладает низкой степенью висимости от температуры за счет низкой энергии активации процесса.
Сделано предположение, что фупкционировать На,К-АТФазы синаптосом эзга изученных видов байкальских рыб определяет их адаптационные 13моЖНости и, как следствие, нанравление эволюционирования.
Установлено, что механизмами биохимической адаптации при 1вершенствовании возможностей индивидуальной адаптации, могут быть, в 1стностИ, низкая величина энергии активации ферментной системы Na,K-ТФазы, се повышенная тсрмостабильность и высокая удельная активность. При шергентном пути эволюцнопирования видов возможными биохимическими жшизмами адацтационных процессоп могут быть, в частности, повышенная 1ергия активации ферментной системы №,К-ЛТФазы синаптосом мозга, ее 1зкая удельная активность и низкая тсрмостабилыюсть.
Такие характеристики функционирования системы На,К-АТФазы шаптосом мозга как температура максимальной активности фермента, аксимальная активность фермента, энергия активации и степень сродства ермента к субстрату могут являться критерием устойчивости вида к смене
экологических факторов в том числе к антропогенным нагрузкам. Частшлы случаем данного заключения может быть возможность использование перечисленных характеристик для оценки степени эндемизма рыб.
Теоретическое значение. Установлены особенности функционировали* фермснтной системы Ма,К-ЛТФазы окончаний нервных клеток головного мозп байкальскнх рыб, различающихся по экологическим условиям обитания: С aulumnalis migratorius, Т. arcticus baicalcnsis, L. leuciscus., С. baicalensis i B. baicalensis.
Практическое значение. Разработанный метод выделения синаигосом и: мозга рыб может быть использован для исследований в различных областям биологии. Исследование особенностей функционирования На,К-АТФазь синаптосом мозга разных видов рыб имеет немаловажное практическое значение ( точки зрения оценки потенциальных возможностей обитания их в различны) водоемах, а также устойчивости вида к экстремальным, в том числ( антропогенным, нагрузкам.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены: па 4-; Международных конференциях (Иркутск, 1993; Иркутск, 1995; Томск, 1995 Рязань, 1998); на XI конференции молодых ученых (Иркутск, 1990); на 2-; Всероссийских конференциях (Калуга, 1994; Иркутск, 1997); на Междyнародно» симпозиуме «Экологически эквивалентные виды гидробионтов в Великих озера: мира» (Улан-Удэ, 1997); па I конгрессе ихтиологов России (Астрахань, 1997).
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 120 страницах i состоит из введения, обзора литературы, описания использованных методов, 7 гла исследований с обсуждением полученных результатов и выводов. Списо: использованной литературы содержит 182 источника, из которых 136 российских i 46 иностранных авгоров. Результаты обобщены в 13 таблицах и иллюстрированы ' рисунками.