Активность нейтральных протеаз в тканях животных при зимней спячке и гипотермии
Диссертация - Биология
Другие диссертации по предмету Биология
Активность нейтральных протеаз в тканях животных при зимней спячке и гипотермии
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АКТГ - адренокортикотропный гормон
ГАМК - гамма-аминомаслянная кислота- этиленгликоль тетрауксусная кислота
КП М - карбоксипептидаза М
ММП - матриксные металлопротеиназы- N-метил-D-аспартат
ОАНП - общая активность нейтральных протеаз
ПОЛ - перекисное окисление липидов
ТIМП - тканевые ингибиторы металлопротеиназ
ФЛ - фосфолипиды
ХЛ - холестерин
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Проблема адаптации животных и человека к низким температурам является актуальной в связи с все большим проникновением человека в полярные районы земли и освоением природных ресурсов Севера и Сибири (Мешалкин, Верещагин, 1985).
Искусственная гипотермия с охлаждением тела до 20-24С находит применение в хирургии при операциях на сердце и центральной нервной системы. Она значительно снижает обмен веществ головного мозга, и, следовательно, уменьшает потребность его в кислороде. Поэтому мозг в таких условиях способен переносить более длительное обескровливание (вместо 3-5 минут при нормальной температуре, до 15-20 мин при 25-28С) (Sakurai et al., 2005).
В природе существует несколько различных типов гипотермии, наиболее уникальной из которых является зимняя спячка (Эмирбеков, Львова, 1985). Зимняя спячка - это эволюционно выработанная способность животных приспосабливаться к низким температурам среды путем снижения температуры тела, а, следовательно, метаболизма. У зимоспящих животных температурный диапазон активности биохимических реакций более широкий (от 0 до 38С) (Эмирбеков, Львова, 1985; Storey, Storey, 2000; Geiser, 2004).
У гипотермированных животных, как и у животных, впадающих в зимнюю спячку, скорость метаболизма снижается по мере снижения температуры (Kataoka, Yanase, 1998). Изменения, вызываемые гипотермией, обнаруживаются во всех изучаемых органах, но вместе с тем установлено, что различные органы по-разному реагируют на глубину и скорость охлаждения (Рыжакова, 1997). Выраженность изменений находится в прямой зависимости от глубины гипотермии (Бернштейн, 1971).
Согласно теории Хочачка (Hochachka, Somero, 2002) при гипотермии угнетаются процессы синтеза АТФ, наступает дефицит энергии, что замедляет транспорт Са2+ из цитозоля в среду. Накапливаясь в цитозоле, Са2+ нарушает метаболизм клетки. Незначительное (с 10-8 М в норме до 10-6 М) повышение Са2+ в цитозоле приводит к активации различных протеолитических и липолитических ферментов в клетке, вследствие чего начинают разрушаться клеточные мембраны (Иванов и др., 1999).
На протяжении многих лет считалось, что основными протеолитическими ферментами клеток животных и человека являются катепсины, осуществляющие деградацию белков в кислой среде. Вместе с тем выявлены протеолитические ферменты с оптимумом действия в зоне нейтральных значений рН. Среди последних особого внимания заслуживают тиоловые протеиназы - кальпаины, активность которых в значительной мере зависит от присутствия в среде ионов Са2+ (Сологуб, Пашковская, 1998). Ферменты этого семейства участвуют в таких процессах как клеточная миграция, цитоскелетное ремоделирование, клеточная дифференциация и апоптоз. Активация кальпаина наблюдается также при таких патологических состояниях как мышечная дистрофия, сердечная и церебральная ишемия, агрегация эритроцитов, нейродегенеративные болезни, катаракта и болезнь Альцгеймера (Khorchid, Ikura, 2002).
В клетках нервной ткани животных и человека имеется, связанная с миелином, Са2+ - активируемая нейтральная протеаза, которая осуществляет расщепление основного белка до полипептидов с молекулярной массой 6-17 килодальтон (кД). Так как основному белку миелина приписывается важное значение в этиологии множественного склероза и близких ему заболеваний, связанных с демиелинизацией, то изучение этой протеазы может содействовать расшифровке механизмов возникновения патологических состояний (Сологуб, Пашковская, 1988).
Зависимость активности кальпаинов от Са2+ может обеспечивать функционирование регуляторного механизма за счет изменения в клетках уровня катиона и участия Са2+ - активируемых нейтральных протеаз в ограниченном протеолизе, что в свою очередь ведет к изменению соотношения активности ряда ферментов (Moldoveanu et al., 2002). Не исключено, что образуемые в этом процессе фрагменты белковых молекул в свою очередь могут служить вторичными мессенджерами и оказывать активирующее или ингибирующее влияние на геном и клеточные ферменты (Kenyon et al., 2003).
В связи с этим, сравнительное изучение активности нейтральных протеаз в различных тканях гетеротермов в динамике зимней спячки, и гомойотермов при гипотермии, представляет значительный интерес.
Цели и задачи исследования. Целью нашей работы явилось сравнительное исследование активности нейтральных протеаз в тканях гомойо- и гетеротермных животных в условиях искусственной и естественной гипотермии.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Исследовать общую активность нейтральных протеаз в мозгу, печени и сердечной мышце в динамике зимней спячки сусликов.
Исследовать общую активность нейтральных протеаз в мозгу, печени и сердечной мышце при 2-х месячной зимней спячки сусликов и в ходе их индуцированного пробуждения.
Исследовать общую активность нейтральных протеаз в мозгу, печени,