Физиолого-биохимические особенности АТФазной активности крови и молока у продуктивных животных с различными типами обмена веществ в постнатальном онтогенезе Федорова Елена Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение

1. Обзор литературы 12

1.1 Особенности обмена веществ в организме сельскохозяйственных животных с различными типами пищеварения. 12

1.2 Роль транспортных ферментных систем, локализованных в мембранные структуры клеток тканей и органов организма животных 18

1.2.1. Структура, активность и биологическая роль Na+, К + -АТФазы 26

1.2.2. Структура, активность и биологическая роль Мg+ -АТФазы 38

1.2.3. Структура, активность и биологическая роль Са2+-АТФазы 39

1.2.4Структура, активность и биологическая роль HCO3--АТФазы. 45

2.Материалы и методы исследований . 51

3. Результаты собственных исследований . 58

3.1 Физиологические показатели у животных разных видов и закономерности их изменения с возрастом 58

3.2 АТФазная активность эритроцитов и молока крупного рогатого скота и взаимосвязь с физиологическими и биохимическими процессами в крови и молоке 61

3.3 АТФазная активность эритроцитов и молока свиней и взаимосвязь с физиологическими и биохимическими процессами в крови и молоке . 130

3.4 АТФазная активность эритроцитов и мышечной ткани цыплят-бройлеров и взаимосвязь с физиологическими и биохимическими процессами в крови и мышечной ткани . 155

3.5 Видовые особенности функционирования АТФаз крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров. 167

Заключение . 174

Список сокращений и условных обозначений . 193

Список литературы . 194

Приложения 230

• Особенности обмена веществ в организме сельскохозяйственных животных с различными типами пищеварения
• Структура, активность и биологическая роль HCO3--АТФазы
• АТФазная активность эритроцитов и молока крупного рогатого скота и взаимосвязь с физиологическими и биохимическими процессами в крови и молоке
• Видовые особенности функционирования АТФаз крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров

Введение к работе

Актуальность работы. В настоящее время все большее значение приобретают вопросы, раскрывающие понимание взаимосвязи физиологических и биохимических процессов с деятельностью энергетических механизмов, проводником которых являются ферментные системы, их обеспечивающие. Для обеспечения физиологических и биохимических процессов и свойств живой клетки, органов и организма животного в целом необходим избирательный транспорт веществ и энергии в клетку из внешней среды, ведущую роль в котором играет активный транспорт, осуществляемый ферментными системами мембран (ионными насосами), интегральными белками которых являются АТФазы (Лысов В.Ф., 1977; Мороз А.М., 1984; Овчинников Ю.А., 1985; Маслова М.Н. и др., 1991; Skou J.C., 1992; Boyer P., Walker D., 1997; Решетов В.Б., 1998; Хаитов Р.И., 2000; Кармолиев Р.Х., 2002, 2005; Мавров И.И. и др., 2002).

Транспортные аденозинтрифосфатазы чутко реагируют на изменение внутренней и внешней среды, регулируя интенсивность своей работы. В связи с этим в последнее время пристальное внимание уделяется проблемам регуляции активности Na⁺, K⁺-АТФазы (Кравцов А.В. и соавт., 2001; Батоцыренова Е.Г., 2005; Cheng et al., 1999; Therien et al., 1999, 2000; Pu X. et al., 2001, 2002; Zouzoulas et al., 2003; Flemming et al., 2003), выделению и изучению свойств белков, взаимодействующих с этим ферментом (Лопина О.Д., 2001; Акимова О.А. и соавт., 2003). Согласно современным представлениям Na⁺, K⁺-ATФаза является не только ионным насосом, но и рецептором, связывающим дигиталисоподобные факторы и передающим сигнал внутрь клетки (Haas et al., 2000; Schoner, 2002; Xie et al., 2002, 2003).

Ионный состав внутриклеточной и внеклеточной среды имеет существенные различия в концентрации катионов натрия и калия. Создание градиента концентраций ионов натрия и калия по обе стороны мембраны осуществляется активным транспортом этих ионов против их электрохимических градиентов специальным ферментом – Na⁺, K⁺-АТФазой, использующей энергию макроэргических связей АТФ. Например, в кардиомиоцитах примерно 10-15% всей энергии расходуется на работу мембранных транспортных белков. Наибольшая активность Na⁺, K⁺-АТФазы обнаруживается в возбудимых и секреторных тканях: мозге, электрическом органе, почках, солевых железах. На активность Na⁺, K⁺-АТФазы существенное влияние оказывают многие факторы: соотношение ионов натрия и калия, количество доступного АТФ, возраст животных, условия содержания и кормления. Специфическими ингибиторами Na⁺, K⁺-АТФазы служат оуабаин (строфантин-G) и другие сердечные гликозиды, а также эндогенные дигиталисоподобные факторы (Силиванова Е.А., 2006; Кыров Д.Н., 2006 и др.; Харитонов Е.Л., 2003, 2007; Максимов В.И., 2002, 2006, 2008; Михайлов В.В., 2008; Swann A.C., 1985, Мосягин В.В., 2011).

Лактационная функция организма животного тесно связана с энергетическими процессами в молочной железе. Затраты энергии при осуществлении процесса экструзии готового секрета очень велики, причем большая роль в этом отводится фосфатазам, обнаруживаемым на базальных плазматических мембранах секреторных клеток. Поскольку, в настоящее время доказано, что внутренний слой оболочки жирового шарика образуется из плазматической мембраны секреторной клетки молочной железы в процессе выведения секрета и подобно клеточной мембране представляет собой водонерастворимый липопротеидный комплекс, имеющий трехслойную структуру (Swope F.C., Brunner J.R., 1970; Вишняков С.И., 1989; Геннис Р.Б., 1997; Горбатова К.К., 2010; Гунькова П.И., 2012), можно с уверенностью утверждать, что активность транспортных АТФаз оболочек жировых шариков молока может характеризовать уровень метаболических процессов в молочной железе.

За последние годы накоплено большое количество сведений по изучению транспорта ионов и функционированию Mg²⁺-, Ca²⁺-, Na⁺, K⁺-, H⁺-АТФаз (Кагава Я., 1985; Болдырев А.А. и др., 1985, 1998; Овчинников Ю.А., 1985; Skou J.C., 1992; Boyer P., Walker D., 1997; Лопина О.Д., 1997, 1999, 2001; Schiener-Bobis G., 2002; Манукян Г.А., 2002; Jorgensen P.L. et al.,2003; Рубцов А.М., 2005; Рыжкова Г.Ф., 2005; Рубцов А.М., 2005; Дежкина И.В., 2008; Мосягин В.В., 2011).

Вместе с тем, следует отметить, что еще нет сведений о видовых особенностях влияния возраста и физиологического состояния на активность АТФаз молока различных видов продуктивных животных (коров, свиней), активность АТФаз мышечной ткани цыплят-бройлеров.

В связи с этим очевидна актуальность исследования взаимосвязи активности АТФаз крови, молока и мышечной ткани с физиологическими и биохимическими процессами в этих системах в постнатальном онтогенезе у продуктивных животных с различными типами обмена веществ (крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров) в зависимости от физиологического состояния, обусловленного генетическим потенциалом (породой, кроссом) и возрастом животных.

Цель работы. Целью настоящей работы явилось изучение взаимосвязи АТФазной активности в тканях (кровь, молоко, мышцы) различных видов сельскохозяйственных животных (крупного рогатого скота, свиней, цыплят-бройлеров) с их физиолого-биохимическим состоянием, обусловленным возрастом, породной (кроссовой) принадлежностью, разным обменом веществ и стадией лактации (крупный рогатый скот, свиньи).

Для достижения цели, были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние количества эритроцитов, возраста, породы, ионов электролитов и специфического ингибитора (строфантина-G) на активность АТФаз эритроцитов крупного рогатого скота черно-пестрой и симментальской пород.

2. Изучить влияние возраста, ионов электролитов и специфического ингибитора (строфантина-G), количества эритроцитов на активность АТФаз эритроцитов свиней крупной белой породы.

3. Изучить влияние возраста и кросса, ионов электролитов на активность АТФаз мембран эритроцитов цыплят- бройлеров кроссов «ISA» и «Бройлер-6».

4. Выявить активность АТФаз жировых шариков молока коров, особенности их функционирования в зависимости от количества и размера жировых шариков, возраста, стадии лактации, породной принадлежности животных, сезона года.

5. Выявить активность АТФаз жировых шариков молока свиней, особенности их функционирования в зависимости от возраста животных и периода лактации.

6. Выявить активность АТФаз мышечной ткани цыплят-бройлеров, особенности их функционирования в зависимости от возраста и кросса.

7. Установить видовые особенности функционирования АТФаз крупного рогатого скота, свиней, цыплят-бройлеров.

Научная новизна работы. На основании физиолого-биохимических исследований установлены своеобразные специфические изменения активности транспортных АТФаз в эритроцитах крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров, жировых шариках молока крупного рогатого скота и свиней.

Впервые установлено, что:

- активность АТФаз эритроцитов и жировых шариков молока зависит от своеобразия обмена веществ и энергии, связанного с морфофункциональными особенностями различных видов животных (крупного рогатого скота, свиней, цыплят-бройлеров);

- существует достоверная (Р<0,001) статистическая зависимость активности общей АТФазы жировых шариков молока крупного рогатого скота и свиней от их количества и размера, причем эта зависимость проявляется у животных разных возрастов, во все периоды лактации и сезоны года;

- с возрастом происходит достоверное (Р<0,001) увеличение активности общей и Na⁺, K⁺-АТФазы молока коров черно-пестрой и симментальской пород, активность Mg²⁺-АТФазы возрастает незначительно и недостоверно. Активность общей (Mg²⁺, Na⁺, K⁺-АТФазы) и Na⁺, K⁺-АТФазы жировых шариков молока крупного рогатого скота достоверно (P<0,001) детерминирована возрастом на 56,5% и 41,6 % соответственно; достоверного влияния возраста на активность Mg²⁺-АТФазы не установлено. При этом, активность общей (Mg²⁺, Na⁺, K⁺-АТФазы) и Mg²⁺-АТФазы жировых шариков молока коров достоверно (P<0,01) детерминирована породной принадлежностью животных на 3,19 % и 8,8 % соответственно; достоверного влияния породы на активность Na⁺, K⁺-АТФазы не установлено;

- присутствие в среде ингибитора -строфантина-G достоверно (Р<0,05) детерминирует активность общей АТФазы оболочек жировых шариков молока крупного рогатого скота черно-пестрой породы на 81,59 %; молока коров симментальской породы- 81,6 % (Р<0,05). Ионы натрия достоверно (Р<0,05) детерминировали активность фермента на 28,0% в группе коров черно-пестрой породы, на 26,31 %- в группе симментальских животных, влияние ионов калия составило соответственно - 12,61% и 13,64 % (Р<0,05);

- активность АТФаз жировых шариков молока коров обусловлена периодом лактации животных, причем наиболее сильно выражена эта корреляция в случае общей (Mg²⁺, Na⁺, K⁺-АТФазы) молока коров обеих групп (коэффициент корреляции в группе коров черно-пестрой породы составил 0,485403, в группе коров симментальской породы-0,438942). Наименее выраженная связь отмечена в случае Na⁺, K⁺-АТФазы (коэффициент корреляции в группе коров черно-пестрой породы составил 0,203328, в группе коров симментальской породы -корреляция не достоверна);

- активность исследованных АТФаз жировых шариков молока свиноматок повышается с возрастом, причем наиболее подвержена возрастным изменениям HCO³-АТФаза (прирост активности составил 42,00 %), наименее- Mg²⁺-АТФаза (прирост активности-13,01 %). Возраст свиноматок достоверно (Р<0,01) детерминирует активность Mg²⁺-АТФазы оболочек жировых шариков молока на 54,98 %; Na⁺, K⁺-АТФазы- на 26,80 %; Ca²⁺-АТФазы-на 94,36 %; HCO₃^--АТФазы- на 72,67 %;

- активность общей АТФазы жировых шариков молока свиноматок крупной белой породы достоверно (P<0,001) детерминирована присутствием в среде ингибитора- строфантина-G на 96,57 %; ионы натрия определяют активность фермента на 12,38%, ионы калия- на 68,85% с высокой степенью достоверности (Р<0,001)

- активность общей (Mg²⁺, Na⁺, K⁺-) АТФазы достоверно (Р<0,01) детерминирована периодом лактации свиноматок на 22,45 %, активность Mg²⁺-АТФазы- на 15,02 %; достоверного влияния стадии лактации на активность Na⁺, K⁺-АТФазы не установлено;

- существует достоверная (Р<0,001) статистическая зависимость активности общей АТФазы жировых шариков молока свиноматок от их количества и размера, причем эта зависимость проявляется у животных разных возрастов и на всех стадиях лактации;

- активность АТФаз эритроцитов крови цыплят-бройлеров достоверно (P<0,001) выше (Mg^2+-АТФазы в 2,73 раза, Na⁺,K⁺- АТФазы в 2,20 раза, Ca^2+-АТФазы –в 2,76 раз, HCO₃^--АТФазы- в 3,08 раза), чем в группе свиней и выше, чем в группе крупного рогатого скота соответственно в 6,64; 5,99; 6,83 и 7,65 раз;

- активность общей (Mg²⁺, Na⁺, K⁺-), Mg²⁺- и Na⁺, K⁺-АТФаз жировых шариков молока свиней достоверно (P<0,001) выше, чем у коров, что связано с видовыми особенностями метаболических процессов в молочной железе. Активности общей, Mg²⁺- и Na⁺, K⁺-АТФазы молока достоверно (P<0,001) детерминирована видовой принадлежностью животных на 95,57%; 92,09% и 82,27% соответственно.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выполненные исследования содержат новые решения актуальной научной проблемы выяснения становления физиолого-биохимических механизмов функционирования АТФазных ферментных систем различных видов продуктивных сельскохозяйственных животных.

Выявленные особенности физиолого-биохимических механизмов активного транспорта с участием АТФазных ионных насосов используются в Курском НИИ АППП РАСХН для оценки метаболического состояния крупного рогатого скота в хозяйствах Курской области, что способствует решению практических задач по созданию оптимальных условий эксплуатации животных, обеспечивающих полное проявление их генетических потенциальных возможностей, получения от них продукции.

Результаты исследований используются в ГНУ ВНИТИП Россельхозакадемии при корректировке систем содержания и схем кормления цыплят-бройлеров современных кроссов, а также в виде рекомендаций для оценки физиологического состояния птицы, с учетом генетического потенциала, возраста, продуктивности и скорости роста.

Выводы и практические рекомендации диссертации изучены специалистами комитета агропромышленного комплекса Курской области и использованы при подготовке основных направлений развития агропромышленного комплекса области до 2020 года.

Материалы диссертации внедрены на свиноводческих комплексах ЗАО «НУКЛЕУС», «Троицкий свинокомплекс».

Результаты исследований представлены в качестве учебных пособий и используются в учебном процессе при чтении и проведении лабораторно-практических занятий по биохимии и физиологии для студентов специалитета, бакалавриата и магистратуры в ФГБОУ ВПО МГАВМиБ им. К.И. Скрябина.

По результатам исследований получен 1 патент и 2 авторских свидетельства на рационализаторские предложения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Физиолого-биохимические особенности активного транспорта ионов с участием Mg²⁺-; Na⁺, K⁺-; Ca²⁺- и HCO₃^-- АТФаз в организме крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров зависят от специфичности их обмена веществ.

2. Активность АТФаз эритроцитов крупного рогатого скота, свиней, цыплят-бройлеров зависит от количества эритроцитов в крови, возраста и породы (кросса) животных.

3. Активность АТФаз жировых шариков молока коров и свиней зависит от количества и размера жировых шариков, возраста, породы, стадии лактации и сезона года.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы доложены на: конференциях профессорско-преподавательского состава Курской государственной сельскохозяйственной академии имени проф. И.И. Иванова (Курск, 2005-2010); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 55-летию образования зооинженерного факультета Курской ГСХА им. проф. И.И.Иванова (Курск, 2008); VI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука -сельскому хозяйству» (Барнаул, 2011); Международной научно-практической конференции «Наука и инновации в сельском хозяйстве» (Курск,2011); Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы современной науки и образования» (Курск, 2011); III Съезде физиологов СНГ (Ялта, 2011 г.); VII съезде Казахского физиологического сообщества с международным участием: «Современная физиология: от клеточно-молекулярной до интегративной- основа здоровья и долголетия», посвященная 100-летию академиков АН КАЗССР Н.У.Бузановой и Ф.М. Мухамедгалиева (Алматы, 2011); Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы современной науки и образования» (Курск, 2012 г.); Международной научной конференции «Научное и кадровое обеспечение инновационного развития агропромышленного комплекса» (Казань, 2013), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы незаразной патологии и терапии» (Оренбург, 2013); XXII Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013).

По материалам диссертации опубликованы 37 работ, в том числе: 1 -патент на полезную модель, 2- рационализаторских предложения, 2- монографии, 2-учебных пособия с Грифом УМО ВУЗов РФ по образованию в области зоотехнии и ветеринарии, 14 – научных статей в рецензируемых печатных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные материалы, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно. Выражаю научным консультантам и своим коллегам глубокую благодарность и признательность за оказанную помощь.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 229 страницах машинописного текста, иллюстрирована 64 таблицами и 113 рисунками. Состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения собственных результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 334 источника, в том числе 166 отечественных и 169 иностранных, приложений.

Особенности обмена веществ в организме сельскохозяйственных животных с различными типами пищеварения

Обмен веществ как основной процесс жизнедеятельности любого организма, в процессе которого между организмом и внешней средой организм ассимилирует питательные вещества, подвергает их химической переработке и использует для энергетических и пластических целей, можно разделить на 3 этапа:

первый этап - пищеварение, т. е. процесс механической и химической обработки составных частей корма в пищеварительных органах животного, превращение их в усвояемые формы и всасывание,

второй этап - промежуточный обмен, т. е. процессы создания и распада веществ организма животного, сопровождающиеся образованием большого количества промежуточных и конечных продуктов обмена.

третий этап - выделение продуктов обмена из организма животного с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и т. д.

Все виды сельскохозяйственных животных отличаются особенностями обмена веществ и энергии, связанными с их морфофункциональными особенностями, сформировавшимися в процессе эволюции, а также селекционной (хозяйственной) деятельности человека. Энергетические затраты животных обусловлены как факторами внутренней среды организма (породные особенности, возраст, беременность, лактация и др.), так и внешними факторами (окружающая температура, влажность, сезон года, кормление и др.).

Энергетические затраты у коров в состоянии покоя, по данным Лысова В.Ф., Максимова В.И. (2004), составляют в среднем 4,80 кДж/ч-кг, причем у животных со средней и низкой продуктивностью они меньше, чем у высокопродуктивных коров. В зависимости от уровня лактации и возраста расход энергии у коров колеблется от 5,2 до 12 кДж/ч-кг.

Наиболее высокие показатели энергетического обмена наблюдаются у молодых животных. С возрастом по мере адаптации новорожденных к условиям окружающей среды они постоянно снижаются. Так, если у 20-60-дневных телят расход энергии составлял 8,1 кДж/ч-кг, то у 20-21-месячных - 5,8 кДж/ч-кг. Аналогично, наиболее высокие показатели были установлены у 20-60-дневных ягнят - 15,9 кДж/ч-кг, в то время как у 6-8-летних овец они снижались до 6,9 кДж/ч-кг. При этом нужно отметить, что если с возрастом происходит закономерное снижение энергетических затрат, то в первые 20 дней после рождения они обычно возрастают (Лысов В.Ф., Ипполитова Т.В., Максимов В.И., Шевелев Н.С., 2012).

У сельскохозяйственных животных значительная часть энергии расходуется на образование продукции. У коров, например, с суточной продуктивностью 15 кг и выше с молоком в сутки выделяется 500-1000 г белка, 600-1200 г жира, 700-1400 г сахара. Установлено, что энергетические затраты на биосинтетические процессы, идущие в молочной железе составляют до 64% общего количества энергии, необходимого для жизни животного. На образование 1 кг молока 3% жирности расходуется 2595 кДж «чистой» энергии, 3,5% жирности - 2847 кДж, 4% - 3098 кДж .

Анатомическое строение многокамерного желудка и процесс пищеварения у жвачных животных своеобразны. Характерной особенностью пищеварения в рубце жвачных является наличие в нем огромного количества микроорганизмов, при участии которых происходит преобразование сложных органических соединений кормов в исключительно важные для организма летучие жирные кислоты, аминокислоты и аммиак (Морозова Л.А., Миколайчин И.Н., 2010). Образующиеся под действием микроорганизмов продукты обмена в результате ферментации корма, летучие жирные кислоты (ЛЖК), в частности, уксусная, пропионовая и масляная кислоты, всасываясь в рубце, оказывают существенное влияние на обмен веществ крупного рогатого скота и на молокообразование у коров. Так, пропионовая кислота через воротную вену поступает в печень, где из неё образуется гликоген, здесь он депонируется и служит основным резервным источником образования глюкозы. Часть глюкозы из печени поступает в большой круг кровообращения и транспортируется кровью в органы и ткани, где окисляется и используется для покрытия энергетических затрат организма. Неиспользованная часть глюкозы в жировых депо превращается в триглицериды (Вишняков С.И., 1988). Уксусная кислота необходима для синтеза молочного жира, лактозы. При недостатке клетчатки в рационе снижается образование уксусной кислоты, а, следовательно, и жирность молока. Масляная кислота используется для синтеза молочного и тканевого жира. При сбалансированном рационе концентрация ЛЖК в рубце крупного рогатого скота колеблется от 6 до 14 мг/100 мл. Своеобразие обмена веществ в организме свиней, прежде всего, обусловлено особенностями строения пищеварительной системы. Так, желудок свиньи по строению является переходным между простым желудком плотоядных и сложным жвачных, при входе в него находится большое мешковидное выпячивание - дивертикул, который значительно увеличивает объем желудка свиней. В отличие от жвачных животных в организме свиней отсутствует синтез аминокислот, значительно ниже уровень синтеза микробиального белка, витаминов группы В в желудочно-кишечном тракте, поэтому они более требовательны к аминокислотному составу рационов и обеспеченности витаминами группы В. Значительная роль качества (аминокислотного состава) протеина связана с повышенной интенсивностью белкового обмена, а также с более высокой степенью использования азота и устройством пищеварительной системы, требующей полного обеспечения организма свиней набором незаменимых аминокислот в их оптимальном содержании (Величко Л.И., 2008). Эффективность использования энергии и питательных веществ рационов у свиней, по данным Свечина К.Б., Аршавского И.А., Квасницкого А.В. (1967), в значительной степени зависит от их возраста и функционирования пищеварительной системы. В первые 2-3 недели жизни поросята хорошо переваривают и используют питательные вещества кормов животного происхождения (особенно молока) и значительно хуже - растительных кормов. Так, в 10-дневном возрасте они переваривают протеин молока на 95-99%, рыбной муки - на 80-92%, а протеин растительных кормов - на 10-40%. С возрастом (к 3-4 месяцам) использование питательных веществ кормов поросятами постепенно повышается, что объясняется становлением пищеварительной системы.

Структура, активность и биологическая роль HCO3--АТФазы

Как правило, термин анионная (аниончувствительная) АТФаза употребляется для обозначения АТФаз митохондрий, хлоропластов и мембран бактерий, известных в литературе как сопрягающие факторы, СРП и НР1 (Н-АТФазы) и аниончувствительных АТФаз плазматических мембран, ядерных мембран и других мембранных структур. Многие свойства анионных АТФаз перечисленных выше мембранных структур довольно близки, механизм влияния анионов на эти АТФазы универсален. Кроме этого, термин анионная АТФаза отражает характерное и достаточно специфическое свойство АТФаз -чувствительность активности к анионам.

Как показали исследования Иващенко А. Т. (1984) перечисленные выше АТФазы функционируют в условиях наличия градиента рН и разности электрического потенциала на мембране хлоропластов, митохондрий, лизосом, хромаффинных гранул и т.д. В работе установлено наличие анионных АТФаз в мембранах эритроцитов рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих и плазматических мембранах клеток печени крысы, асцитной опухоли Эрлиха и лимфомы Ж, а также в ядрах клеток печени, тимуса и миокарда (Иващенко А. Т., 1984).

По данным Болдырева А.А. (1985) существуют две АТФазные системы, чувствительные к анионам – растворимая митохондриальная F1 – АТФаза и Са+ - АТФаза наружних плазматических мембран. Сопрягающий фактор F1 (растворимая митохондриальная АТФаза) является основой АТФазного комплекса митохондрий, осуществляющего протекание АТФазной и АТФ синтетазной реакций в системе окислительного фосфорилирования (Рэкер Э., 1979). В клетке аниончувствительная активность в основном локализована в митохондриях. Утеулин К.Р., Иващенко А.Т. (1982) предполагают, что анионная АТФаза митохондрий идентична АТФазе, участвующей в окислительном фосфорилировании. АТФаза, обнаруживаемая во фракции плазматических мембран, отлична от митохондриальной по чувствительности к олигоглицину, кверцетину, ауровертину D. Однако утверждать, что она транспортирует анионы через мембрану, пока нет оснований, так как показано, что анионы не активируют, а неспецифически ингибируют фермент, связываясь с анионным участком. Стехиометрическое отношение анионов к АТФ не установлено, и нельзя исключить загрязнений митохондриями фракций плазматических мембран (Утеулин К.Р., Иващенко А.Т., 1982).

Исследования Кометиани З.П., Векуа М.Г. (1988) аниончувствительной АТФазной активности в тенях эритроцитов, где исключено загрязнение митохондриями, показало, что эта активность сильно отличается от митохондриальной, не ингибируется тиоцианатом и почти нечувствительна к олигомицину. Однако оказалось также, что SITS-чувствительный перенос анионов, обнаруженный впервые в эритроцитах, а затем и в других объектах, не связан с АТФазной активностью и, по-видимому, является процессом вторично-активного транспорта, движимого градиентом Na+. Предполагают, что в плазматической мембране чувствительность к анионам проявляет Са-АТФаза (Кометиани З.П., Векуа М.Г., 1988). В микросомальных препаратах слизистой желудка животных обнаружен фермент — К, Н-АТФаза, гидролизующий АТФ с высокой скоростью, причем этот процесс стимулируется ионами К+, ускоряющими распад фосфорилированного интермедиата реакции. К, Н-АТФаза нечувствительна к оуабаину, ионам Na+ или бикарбонату и ингибируется сульфгидрильными реагентами. Предполагают, что фермент служит созданию высокой кислотности желудочного сока, транспортируя Н+ и К+ со стехиометрией 3,5К+:4Н+: 1 АТФ. В очищенных препаратах фермента обнаружены два полипептида с молекулярной массой 100 000 и 84 000. Для осуществления транспортной функции необходимо наличие, по крайней мере, их димера с молекулярной массой 200 000. Как и для других транспортных АТФаз, для К, Н-АТФазы большое значение имеет липидное окружение и физико-химическое состояние бислоя (Скворцевич Е.Г. 2000). В результате длительных и упорных усилий Опритова В.А. (2000) обратимые Н+-АТФазы выделены на всех мембран, осуществляющих окислительное (бактерии и митохондрии эукариотов) или фотосинтетическое (фотосинтезирующие бактерии и хлоропласты эукариотов) фосфорилирование. Продемонстрировано сходство их состава и свойств, что предполагает универсальность механизма их функционирования в системе мембранного фосфорилирования. Проведена реконструкция выделенных АТФаз в природные и искусственные мембраны. Результатами исследований автора установлено, что функциональный комплекс обратимой Н+-АТФазы хлоропластов, подобно АТФазам других источников, представляет собой систему из двух элементов. Центральным элементом комплекса является высокомолекулярный белок, обладающий АТФ-синтетазной и АТФ-гидролазной активностью (Опритов В.А., 2000). Более подробный анализ структуры и функций составных элементов Н+-АТФазы можно найти в обзоре Кагавы и др. ( Kagawa et ai., 1979). Несмотря на столь значительные достижения в исследовании Н+-АТФаз остается неизвестным механизм трансформации энергии градиента электрохимического потенциала ионов Н+ в энергию макроэргических связей молекулы АТФ. Аниончувствительная АТФаза широко распространена в живых организмах. Она обнаружена в бактериях (Marunouchi T. еt al., 1967), в растительных (Nelson N. еt al., 1962) и животных клетках (Racker E. 1962). В бактериальных клетках анионная АТФаза связана с мембранными структурами и практически отсутствует в растворимой части гомогенатов. Так, после разрушения ультразвуком грамотрицательных бактерий Thiobacillus thiooxidans наибольшая активность SO-3 - стимулируемой АТФазы наблюдалась в осадочной фракции, содержащей мембраны (Marunouchi T. еt al., 1967; 1969). В фотосинтезирующих бактериях Rhdospirillum rubrum АТФаза, стимулируемая сульфатом, локализована в мембранах хроматофоров (Webster G.D. et al., 1977; 1978).

АТФаза, активируемая бикарбонатом и ингибируемая тиоционатом, обнаружена в плазматической мембране Esherichia coli (Gunther T. еt al., 1974) и клеточной мембране Paracocus dinitrificans (Fergusson S.J. et al., 1977). Наличие аниончувствительной АТФазы установлено в мембране грамположительных и других бактерий (Ishida M. еt al. 1969), существенно отличающихся по обмену веществ и по способу энергообеспечения. Имеются сведения о наличии НСО3-АТФазы в плазматических мембранах растительных клеток (Nelson N. еt al., 1972; Rungie J.M. et al., 1973; Sullivan C.W. et al., 1975).

АТФаза, осуществляющая транспорт ионов Cl- в нейрон против электрохимического градиента и активируемая ионами Cl- и/или HCO3-, подробно изучена в работе Мензикова С.А. (2007). Автор отмечает, что Cl-,HCO3--АТФаза из мозга животных имеет молекулярную массу 360 кДа и состоит у рыб из одной субъединицы (56 кДа), а у крыс из трех субъединиц (57, 53 и 48 кДа). Изученная АТФаза значительно отличалась по молекулярным свойствам от Na/K-АТФазы, но по субстратным свойствам сходна с ней. Данный фермент активируется анионами HCO3-, SO42-, SO32-, а анионы SCN- и NO3-ингибируют его. Ионы Cl- активировали АТФазу начиная с концентрации 0,7мМ (Мензикова С.А., 2007)

Утеулин К.Р. и Иващенко А.Т. (1978, 1982) по степени влияния на АТФазную активность анионов делят их на три большие группы: ингибирующие, стимулирующие и малоэффективные. Учеными установлено, что к ингибирующим анионам относятся NO2-, ClO4-, F-, SCN-, стимулирующим-анионы HCO3-, CO32-, SO42- , малоэффективным- анионы HSO4-. В связи с тем, что вышеназванные анионы таким же образом влияли и на растворимую митохондриальную АТФазу F1, авторы выдвинули предположение о сходстве HCO3- - АТФазы эритроцитов с F1-АТФазой митохондрий.

АТФазная активность эритроцитов и молока крупного рогатого скота и взаимосвязь с физиологическими и биохимическими процессами в крови и молоке

Количество и размер эритроцитов. Как показали исследования, общее количество и диаметр эритроцитов в крови крупного рогатого скота черно-пестрой и симментальской породы снижается с возрастом (таблица 5). Так, в группе коров черно-пестрой породы снижение количества эритроцитов в 1 л крови с возрастом составило-9,82 %, уменьшение диаметра эритроцитов-3,81%. В группе симментальских животных изменение количества эритроцитов с возрастом менее выражено и составляет 7,42 %, изменение диаметра эритроцитов, наоборот, более выражено и составляет 5,46 %.

Количество и диаметр эритроцитов в крови животных всех возрастов выше в группе черно-пестрых коров. Межпородная разница по количеству эритроцитов в группе 6 месячных животных составила 6,4 %; 12 месячных-4,7 %; 24 месячных-3,6 %; по диаметру эритроцитов - 10,8; 4,7 и 6,8 % соответственно (рисунки 2 и 3). Двухфакторный дисперсионный анализ, при котором независимыми факторами выступали возраст (фактор А) и порода (фактор Б), показал, что количество эритроцитов в крови коров черно-пестрой и симментальской пород детерминировано (Р 0,001) возрастом животных на 48,07 %, породой- на 13,98 %; совместное влияние факторов составило 3,99 %. Коэффициент детерминации диаметра эритроцитов возрастом и породой животных составил соответственно-0,239251 и 0,282523, совместного достоверного влияния факторов не выявлено.

Возрастная динамика содержания мембранного белка в эритроцитах.

Содержание белка в мембранах эритроцитов крупного рогатого скота симментальской и черно-пестрой пород имеет достоверные возрастные и межпородные отличия (таблица 6), что подтверждается результатами регрессионного (рисунок 4) и дисперсионного анализа.

Так, содержание мембранного белка в эритроцитах животных симментальской породы выше во всех возрастных группах на 5,9; 6,6 и 4,7 % соответственно для 6, 12 и 24 месячных животных. Отмечено, что с возрастом животных содержание белка в мембранах эритроцитов животных черно-пестрой породы снижается на 3,2 %; симментальских животных -на 4,3 %.

Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что возраст достоверно (P 0,05) детерминирует содержание мембранного белка в эритроцитах на 8,8%, порода - на 25,87%; достоверное совместное влияние факторов не выявлено.

Влияние возраста и ингибитора-строфантина-G на АТФазную активность эритроцитов. Отмечено достоверное (P 0,001) возрастное снижение активности общей (Mg2+, Na+, K+-) АТФазы, Mg2+-АТФазы и Na+, K+-АТФазы (метод Keeton, K.S., 1972) эритроцитов крупного рогатого скота черно-пестрой и симментальской пород, что можно объяснить «увеличением микровязкости мембран эритроцитов при их старении» (Ли С.В. и др., 1982), «снижением в них количества АТФ на 20%» (Bartosz G., 1982) (рисунки 5 и 6).Возрастное снижение активности общей (Mg2+, Na+, K+-), Mg2+- и Na+, K+-АТФаз отмечено в группах животных обеих исследованных пород. Так, в группе коров черно-пестрой породы наибольшее снижение наблюдается по активности Na+, K+-АТФазы- 21,2 %, наименьшее- по активности Mg2+-АТФазы -11,9 %. В группе симментальских животных наибольшее возрастное снижение характерно для активности Mg2+-АТФазы- 17,49 %, наименьшее снижение -для активности Na+, K+-АТФазы -15,23 %, что подтверждается результатами корреляционного анализа (таблица 7).

Как видно из таблицы 7, наиболее сильная достоверная отрицательная корреляционная связь активностей ферментов эритроцитов с возрастом животных характерна для общей- Mg2+, Na+, K+-АТФазы (коэффициенты корреляции 0,755-в группе коров черно-пестрой породы и 0,695-в группе симменталов); наименьшая - для Na+, K+-АТФазы (коэффициенты корреляции 0,555 -в группе коров черно-пестрой породы и 0,314-в группе симменталов).

Межпородная недостоверная (P 0,05) разница по активности Mg2+, Na+, K+-АТФазы составила в группе 6 месячных животных 4,4 %; 12 месячных- 7,9 %, 24 месячных- 5,6 %; по активности Mg2+-АТФазы межпородная разница составила соответственно -5,0; 5,3 и 1,4 %; по активности Na+, K+-АТФазы разница составила соответственно-22,0; 15,0 и 13,2 % (таблица 8).

Приведенные ниже результаты регрессионного анализа подтверждают полученные данные о влиянии возраста крупного рогатого скота обеих исследованных пород на активность транспортных аденозинтрифосфатаз. Установлено, что зависимость активности Mg2+, Na+, К+-АТФазы от возраста крупного рогатого скота достоверно (Р 0,05) характеризуют уравнения регрессии у=3,24-0,03-х-в группе коров черно-пестрой породы, у=3,07-0,03-х - в группе симментальских (рисунки 7, 8).

Видовые особенности функционирования АТФаз крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров

Известно, что активность ферментных систем зависит от степени воздействия различных факторов окружающей среды. Степень влияния этих факторов во многом зависит от вида животных, возраста, типа кормления, состояния его гормонального фона, физиологического состояния и др., которые играют ведущую роль в реализации механизмов физиолого-биохимической адаптации, обеспечивающих существование организма в постоянно изменяющейся внешней среде. В связи с этим, проведенные нами исследования видовых особенностей функциональных активностей АТФаз крови (крупного рогатого скота, свиней и цыплят-бройлеров), молока (коров и свиноматок) и мышечной ткани (цыплята-бройлеры) являются весьма актуальными. Исследования показали, что по уровню активности изучаемых АТФаз эритроцитов животных можно расположить в следующей возрастающей последовательности: крупный рогатый скот – свиньи -цыплята-бройлеры (рисунок 112).

Отмечено, что активность АТФаз эритроцитов цыплят-бройлеров достоверно (Р 0,001) выше, чем активность АТФаз эритроцитов свиней. Так, активность Mg2+- АТФазы выше в 2,72 раза; активность Na+, K+-АТФазы – в 2,19 раза; активность Ca2+-АТФазы- в 2,76 раза; активность HCO3—АТФазы- в 3,09 раза. Установлено, что активность всех исследованных АТФаз эритроцитов достоверно (Р 0,001) выше в группе свиней крупной белой породы, чем в группе крупного рогатого скота симментальской породы.

Из таблицы 60 следует, что активность Mg2+- АТФазы выше в 2,43 раза; активность Na+, K+-АТФазы – в 2,72 раза; активность Ca2+-АТФазы- в 2,47 раза; активность HCO3—АТФазы- в 2,48 раза. Однофакторный дисперсионный анализ влияния видовой принадлежности животных на АТФазную активность эритроцитов крови показал, что активность Mg2+- АТФазы детерминирована видом животного на 98,83 %, Na+, K+-АТФазы - на 99,45 %, Ca2+-АТФазы- на 99,14 %, HCO3—АТФазы- на 99,73 % с высокой степенью достоверности (P 0,001).

Исследованиями уровня активностей АТФаз оболочек жировых шариков молока крупного рогатого скота симментальской породы и свиней крупной белой породы достоверно (Р 0,001) установлено, что активность Mg2+, Na+, K+-АТФазы выше в группе свиней, чем в группе коров в 1,69 раз, активность Mg2+-АТФазы выше в 1,65 раз, активность Na+, K+- АТФазы- в 1,74 раза (таблица 61, рисунок 113).

С целью выяснения силы влияния видовой принадлежности животного и возраста (в лактациях) на активность общей, Mg2+-, и Na+, K+-АТФаз оболочек жировых шариков молока был проведен двухфакторный дисперсионный анализ. В качестве независимых переменных были определены: А – возраст животных ( в лактациях) и Б – вид животных. В результате анализа было выявлено, что активность общей, Mg2+- и Na+, K+-АТФаз молока достоверно (P 0,001) детерминирована видовой принадлежностью животных на 95,57%; 92,09% и 82,27% соответственно. Достоверного влияния возраста животных (в лактациях) на активность исследованных АТФаз оболочек жировых шариков молока не выявлено. Отмеченное повышение АТФазной активности мембранных компонентов молока с возрастом (в лактациях) животных обеих групп, является критерием уровня продуктивности и синтеза основных компонентов молока и согласуется с полученными нами данными, свидетельствующими об изменчивости состава молока, как коров, так и свиноматок от лактации к лактации (таблица 62).

Эта закономерность обусловлена тем, что секреторная деятельность молочной железы животных находится в зависимости от физиологического развития животного, его половой системы, всех внутренних органов и тканей, размеров тела, процессов и функций общей жизнедеятельности организма.

С целью выяснения силы влияния видовой принадлежности животных на активность АТФаз различных тканей животных (мембран эритроцитов и оболочек жировых шариков молока) был проведен однофакторный дисперсионный анализ (таблица 63).

Похожие диссертации на Физиолого-биохимические особенности АТФазной активности крови и молока у продуктивных животных с различными типами обмена веществ в постнатальном онтогенезе

Характеристика роста, развития и изменений обмена веществ у телок разных генотипов в постнатальном онтогенезеФилоненко Александр Викторович

Влияние солнечной активности в пренатальном онтогенезе на соматические и психо-физиологические особенности детей 7-летнего возрастаШабашева Светлана Владимировна

Особенности пищеварения и обмена веществ у коров черно-пестрого голштинизированного скота при различных типах кормленияКлимаев Андрей Иванович

Закономерности строения и морфогенеза лимфоидных бляшек тонкой кишки человека и лабораторных животных в антенатальном и постнатальном периодах онтогенеза, при иммунизации и после введения биологически активных веществ тимусаКарзов, Михаил Васильевич

Состояние свободнорадикальных процессов и содержание веществ низкой и средней молекулярной массы у крупного рогатого скота в постнатальном онтогенезе Конева Ирина Владимировна

Плодоматеринские отношения и особенности онтогенеза потомства в норме и при изменении морфофункционального состояния почекПанина Елена Владимировна

Особенности постнатального онтогенеза безволосых крысБеляев, Дмитрий Анатольевич

Морфологические особенности желудка в онтогенезе у потомства от матерейс хронической язвой желудка : Экспериментальное исследованиеЗализняк, Игорь Аскольдович

Клеточный эритродиерез и его особенности в раннем постнатальном онтогенезе у белых крысГолубева, Елена Константиновна

Морфофизиологические особенности свиней в постнатальном онтогенезе в биогеохимических условиях ЧувашииБлинова Алена Дмитриевна