ВЛИЯНИЕ АККУМУЛЯЦИИ РТУТИ НА АКТИВНОСТЬ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ В ЖАБРАХ И МЫШЦАХ ОКУНЕЙ ИЗ ОЗЕР, ПРИЛЕГАЮЩИХ К БИОСТАНЦИИ КАРТЕШ ( БЕЛОЕ МОРЕ )

М.Ю. Крупнова, Н.Н. Немова, В.Т. Комов

Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, Россия

e-mail: krupnova@bio.krc.karelia.ru

Одной из актуальных экологических задач последнего времени является выяснение степени и масштабов загрязнения водоемов Кольского полуострова тяжелыми металлами, в том числе, ртутью.

Этот металл накапливается в различных органах и тканях в концентрациях, значительно превышающих ее содержание в воде, что ведет к изменению ряда показателей метаболизма, в том числе, белковый и липидный обмены (Голованов, Комов, 2005). Ртуть и ее соединения поступают в окружающую среду в виде выбросов промышленных предприятий. Они накапливаются в донных отложениях, задерживают­ся на водосборе, в результате чего влияние этого металла может сохраняться достаточно продолжитель­ное время (Arctic Pollution, 2002). Известно, что кислотность и гумифицированность (цветность) водо­ема являются сопутствующими факторами при воздействии ртути на рыб.

Лизосомы и содержащиеся в них гидролитические ферменты играют важную роль в защите организма от чужеродных соединений. (Покровский, Тутельян. 1976). Ртуть и ее соединения актив­но вступают в химические реакции, входящие в состав каталитического центра цистеинзависимых протеиназ, к которым относится и лизосомальная протеиназа - катепсин В. Ранее было показано, что протеолитическая система лизосом у рыб оказывается весьма чувствительной при воздействии токсикологических факторов различной природы (Немова, 1990; Немова и др., 1994)

Целью данного исследования было определение влияния накопления ртути на активность протеиназ (катепсинов D и В) в мышцах и жабрах окуней. Пробы были отобраны у рыб из несколь­ких озер, прилегающих к биостанции Картеш (Белое море).

Озеро Кривое является олиготрофным водоемом. Грунты в нем разнообразны (песок, глина, ил), но бедны органическими веществами.

Озеро Круглое также является олиготрофным с признаками дистрофного, гумифицирован­ным водоемом (цветность воды в 5 раз больше, чем в оз. Кривое). Мелкое, наибольшая глубина его составляет 3, 5-4, 0 м. Органическое вещество в основном аллохтонное - гумус, вымытый из болот­ного водосбора. Грунты в нем однородные и представлены коричневым илом, богатым органиче­скими веществами. Определены величины содержания ртути в мышцах окуней из этого озера, мы выделили две группы с содержанием 0,12 и 0,19 мг/кг.

Озеро Жемчужное. Данное озеро является проточным, большего размера по сравнению с дру­гими исследованными озерами, находится ближе к населенным пунктам. Отмечен наибольший уро­вень содержания ртути в мышцах окуней из этого озера, он составляет 0,28 и 0,6мг/кг веса.

Содержание ртути в биологическом материале определяли с помощью метода атомной аб­сорбции (Назаренко и др. 1986).

Данные санитарно-гигиенических нормативов РФ по содержанию ртути в различных средах, а именно, в мышцах рыб пресноводных водоемом составляют в 0,3 мг/кг. В данном случае, в мышцах самцов и самок окуней из разных озер, прилегающих к биостанции Картеш, уровень ртути ниже норма­тивов (оз.Кривое, оз. Круглое) и в 2 раза превышает ПДК в мышцах окуней из оз.Жемчужное.

Определение активности лизосомальных протеиназ - катепсинов D и B проводили в освет­ленных гомогенатах (центрифугирование при 14000х30мин). Катепсина D - по несколько модифи­цированному методу Ансона, определение активности катепсина В исследовали по расщеплению его синтетического субстрата (Алексеенко, 1968), количество белка в пробе определяли, используя реактив Бредфорд (Bradford, 1976).

Результаты проводимых исследований показали, что активность цистеинзависимой протеи- назы катепсина В в жабрах окуней из оз.Кривое и оз.Круглое в несколько раз превышает таковую из оз.Жемчужное.

Активность аспартильной протеиназы - катепсина D, каталитическая способность которого, пря­мо не зависит от ковалентного связывания реакционных групп активного центра с ртутью, тем не ме­нее, реагирует на степень накопления этого элемента. В жабрах окуней из оз. Круглое и оз. Жемчужное уровень активности снижается в несколько раз, при этом отмечено увеличение этого параметра в мыш­цах исследованных рыб, особенно в мышцах окуней из оз. Жемчужное (рис.2). Аналогичное увеличе­ние активности данного фермента в мышцах мы наблюдали и при исследовании влияния ртути и разной степени ацидности на окуней из разных озер Карелии. Снижение уровня активности катепсина D в жаб­рах, которые являются неким «фильтром» и в первую очередь подвергаются влиянию химических со­единений, свидетельствуют об участии этого фермента в реализации защитной функции лизосом.

Рис. 1. Удельная активность катепсина В (на мг белка) в жабрах и мышцах окуня P. fluviatilis из разных озер Белого моря

Рис. 2. Удельная активность катепсина D ( на мг белка ) в жабрах и мышцах окуней P. fluviatilis из разных озер Белого моря

Исследование содержания белка в жабрах и мышцах окуней показало резкое снижение этого показателя в гомогенатах тканей рыб из оз. Жемчужное, в мышцах которых отмечен наиболее высокий уровень содержания ртути (рис.3). В предыдущих исследованиях отмеча­лось, что окуни содержание ртути, в которых было более высокое, меньше по размеру и весу, однако, содержание тканевых белков в них выше на 30% в жабрах и на 40-% в мышцах по сравнению с окунями, содержащими ртуть в меньших количествах.

Рис. 3. Содержание белка (мг/мл) в жабрах и мышцах окуней P. fluviatilis из разных озер Белого моря

Таким образом, полученные результаты исследования уровня активности изученных фермен­тов и содержания белка указывают на то, что в организме окуней с различным накоплением ртути наблюдается снижение уровня белка, активация катепсина D в мышцах, и угнетение катепсина В в жабрах. Обе исследованные протеиназы участвуют в реализации защитной (адаптивной) функции лизосом в различных патологических состояниях в организме, однако, в случае влияния тяжелых металлов, особенно ртути наблюдается снижение активности катепсина B, по-видимому, за счет ин­гибирования каталитически активных остатков цистеина.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ «Ведущие научные школы Рос­сии» НШ-306.2008.4; гранта РФФИ 08-04-01140, программы ОБН РАН «Биологические ресурсы России».

Литература

Голованов В.К., Комов В.Т., 2005 Пищеварительные карбогидразы плотвы при различном накоплении

ртути в организме. Тез.докл.ІУ Междун.конф. «Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Севера» .Вологда. 2005. Ч.І.с.103-105.

Комов В.Т. Природное и антропогенное закисление малых озер Северо-Запада Росси: Причин, послед­ствия, прогноз: Автореф. Дис. ... д0ра ьиол. Наук. СПб., 1999. 45 с.

Комов В.Т., Степанова И.К. Гидрохимическая характеристика озер Дарвинского заповедника // Струк­тура и функционирование экосистем ацидных озер. СПб.: Наука, 1994. С.31-42.

Немова Н.Н., Кяйвяряйнен Е.И., Крупнова М.Ю., Бондарева Л.А. Активность внутриклеточных проте­олитических ферментов в тканях окуня Perca fluviatilis с различным содержанием ртути // Вопр. ихтиологии 2001. Т. 41. № 5. С.704-707.

Немова Н.Н. Биохимические эффекты накопления ртути у рыб. - М: Наука, 2005. 161 с.

Немова Н.Н., Бондарева Л.А. Протеолитические ферменты: (Учебное пособие). Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2005. 91 с.

Покровский А.А., Тутельян В.А. Лизосомы. М.: Наука, 1976, 351 с.

Степанова И.К. Оценка эффективности концентрирования растворенного органического вещества ме­тодом вымораживания // Гидрохим. Материалы. 1991. Т. 110. С. 95-110.

Bradford M.M. A Rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // M.M. Bradford.// Anal Biochem. - 1976. - № 10 - P. 491-497.