Особенности процессов окислительной модификации белков и содержание молекул средней массы при длительной гиподинамии

УДК 612.74 ББК 28.072

Лобанов Сергей Александрович

доктор медицинских наук, профессор г. Уфа

Черепанов Николай Сергеевич

аспирант г. Уфа

Султанов Ильгиз Ханифович

преподаватель г. Уфа

Lobanov Sergey Alexandrovich

Doctor of Medicine,

Professor

Ufa

Cherepanov Nikolay Sergeevich

Post-graduate

Ufa

Sultanov Ilgiz Khanifovich

Lecturer

Ufa

Особенности процессов окислительной модификации белков и содержание молекул средней массы при длительной гиподинамии Peculiarities of Protein Oxidative Modification Processes and

Average Weight Molecules Content Under Long-Term Hypodynamia

У экспериментальных животных в ткани мозжечка в условиях длительной гиподинамии прослеживается повышение показателей окислительной модификации белков и уровня молекул средней массы. Данные экспериментальных исследований позволяют отметить, что содержание определяемых молекул средней массы в гемогенате полученным из разных полушарий ткани мозжечка имеет существенное различие.

The rising of protein oxidative modification and the level of average weight molecules can be traced in of experimental animals under long-term hypodynamia. The experimental research data allow to register that the content of the defined average weight molecules in the homogenate obtained from different hemispheres of cerebellum tissue has significant difference.

Ключевые слова: мозжечок, гиподинамия, окислительная модификация белков, молекулы средней массы.

Key words: cerebellum, hypodynamia, protein oxidative modification, average weight molecules.

Длительная гиподинамия вызывает существенные изменения во всем организме, что проявляется в первую очередь на молекулярном уровне в виде

изменения обмена веществ [1,2,3,11,23]. В этих экстремальных условиях нарушения гомеостаза выявляются даже в таких хорошо защищенных и устойчивых структурах как головной мозг. В основе развития возникающих функциональных и структурных нарушений находятся выраженные изменения обмена веществ [2,3,7,9,10]. Изменения в мембранных структурах клеток нервной системы, связанные с действием длительной гиподинамии могут быть обусловлены нарушением обмена белков, липидов, углеводов. В основе этих существующих метаболических проявлений лежит разобщение таких хорошо сбалансированных процессов в системе анаболизм - катаболизм

[11.15.19.20.23].

Длительная гиподинамия как негативный фактор и фактор стресса способна активировать окислительные процессы и приводить к окислительной модификации белковых структур и составляющих их элементов. В этих условиях прослеживается деградация высокомолекулярных белковых и липидных структур интактных клеток и их внутриклеточных мембранных и немембранных органелл. Факторы стресса способны вызывать не только нарушения структуры клеточных мембран, но и даже их разрушение

[4.5.8.21.23].

Известно, что длительно действующие экстремальные факторы способны вызывать изменения в гомеостазе клеток, что проявляется нарушениями в обмене веществ, в том числе они прослеживаются и в обмене белков. Образующиеся при этом промежуточные продукты могут быть компонентами клеточной дезорганизации, неполного распада высокомолекулярных соединений белковой природы, которые представляют собой молекулы средней массы. Эти промежуточные компоненты распада мембранных и немембранных структур клеток и межклеточного матрикса могут являться токсическими субстратами. Высокое содержание молекул средней массы может оказывать негативное действие на состояние гомеостаза и даже привести к развитию явлений эндотоксикоза [1,6,12,13,23].

Анализ доступной литературы позволяет проследить, что большое количество работ посвящено изучению влияния гиподинамии на различные органы и системы, отдельные биохимические показатели [14,16,17,18,22].

В тоже время следует отметить, что влияние длительной гиподинамии на показатели процесса окислительной модификации белков и содержание молекул средней массы в разных полушариях мозжечка не изучалось.

Целью нашей работы явилось исследование особенностей процессов окислительной модификации белков и содержание молекул средней массы при длительной гиподинамии в разных полушариях мозжечка экспериментальных животных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследований служил мозжечок, который замораживали в жидком азоте после выведения животного из эксперимента. Затем готовили гомогенат из ткани мозжечка экспериментальных животных и группы крыс (контроль), находящихся в обычных условиях вивария. Забор мозжечка осуществлялся днем у 33 животных (группа контроля), у 57 крыс находящихся в условиях гиподинамии в течение 120 суток и у 39 крыс после гиподинамии и введения внурибрюшинно 12,75% раствора гликозаминогликанов (12,75 г гликозаминогликанов растворяли в 100 мл 0,9% физраствора). Гликозаминогликаны вводились 1 раз в сутки в течение всего эксперимента.

Для проведения биохимических исследований гомогенат полученный из ткани мозжечка центрифугировали в течение 15 минут при 3000 об/мин на клинической центрифуге (через 25 минут после забора материала) [1,6,17]. После центрифугирования осадок удаляли и проводили исследования для определения содержания белковых компонентов в ткани мозжечка. Для определения окислительной модификации белков разных полушарий мозжечка крыс использовали метод Дубининой Е.Е. и др. [7,9,14].

Оптическую плотность образовавшихся динитрофенилгидразонов регистрировали при длинах волн: 346 и 370 нм (альдегидные и кетонные продукты окислительной модификации нейтрального характера), а также при 430 нм и 530 нм (альдегидные и кетонные продукты окислительной модификации основного характера). Степень окислительной модификации белков выражали в единицах оптической плотности, отнесенных на 1 мл биологического материала (е.о.п./мл). Содержание молекул средней массы в

гомогенате разных полушарий мозжечка крыс определяли по методу Габриэлян Н.И. и др. [7].

Оценка достоверности различий между данными, полученными в результате исследования, проводилась с использованием 1-критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ результатов проведенных исследований позволяет судить об особенностях изменений продуктов окислительной модификации белков в гомогенатах разных полушарий мозжечка экспериментальных крыс находящихся в условиях длительной гиподинамии.

Биохимические исследования гомогенатов мозжечка позволили проследить особенности динамики белковых молекул при действии экстремальных факторов. Было выявлено изменение содержания таких соединений как динитрофенилгидразины, которые относятся к группе альдегидопроизводных и кетонопроизводных, имеющих нейтральный характер. Эти соединения регистрировались при длине волн 356 нм и 370 нм (табл. 1). Содержание этих комплексных структур в правом полушарии мозжечка возрастало почти на 195 % , а в левом полушарии до 269 %. В тоже время в ткани мозжечка были выявлены альдегидопроизводные и кетонопроизводные соединения, имеющие основной характер. Уровень этих соединений повышался от 208 до 320 % в правом полушарии, а в левом от 200 до 265 % по сравнению с контрольной группой. Соединения данной группы регистрировались при длине волн 430 нм и 530 нм (табл. 1). Следует отметить, что данный показатель в гомогенате ткани мозжечка крыс при длительной гиподинамии существенно изменялся при разной длине волны по сравнению с контрольной группой.

Для коррекции, возникающих изменений содержания и соотношения белковых молекул использовались гликозаминогликаны в виде 12,75 % раствора интраперитонеально. Результаты проведенных исследований позволяют выявить закономерности и проследить особенности распределения окисленных форм белковых молекул в разных полушариях мозжечка. Эти изменения показателей наблюдались как в условиях длительной гиподинамии, так и у животных, входящих в группу контроля. В ходе экспериментального

исследования в правом полушарии мозжечка крыс было обнаружено, что суммарное содержание продуктов окислительной модификации с нейтральным и основным характером имел тенденцию к возрастанию от 188 % (длина волны 356 и 370 нм) до 330 % (длина волны 430 и 530 нм). Однако, в левом полушарии мозжечка наблюдалась тенденция к уменьшению содержания как продуктов нейтрального характера (от 259 % до 217 %), так и основного характера (от 264 % до 157 %).

Таблица 1

Содержание продуктов перекисного окисления белков в гомогенате ткани мозжечка крыс при длительной гиподинамии

Исследуемые группы Длины волн регистрации

X=356 нм X =370 нм X =430 нм X =530 нм

Контроль Пр. 7,28±0,31* 7,07±0,27* 3,11±0,17 0,67±0,15*

Лев. 5,49±0,56 6,12±0,25* 2,66±0,23 1,14±0,07

Гиподинамия 30 сутки Пр 9,43±0,21* 9,15±0,26* 3,34±0,08* 1,41±0,08

Лев 10,05±0,12* 9,88±0,15* 4,11±0,12* 1,25±0,03*

Гиподинамия 120 сутки Пр. 14,21±0,15* 12,89±0,31* 6,48±0,21* 2,15±0,11

Лев. 14,78±0,27* 13,56±0,08* 7,07±0,07* 2,28±0,07*

Примечание: * — различия достоверны по сравнению с контрольной группой (р<0,05).

Таблица 2

Содержание продуктов перекисного окисления белков в гомогенате ткани мозжечка при длительной гиподинамии и коррекции

Исследуемые группы Длины волн регистрации

X =356 нм X =370 нм X =430 нм X =530 нм

Контроль Пр. 6,81±0,28* 6,42±0,21* 2,71±0,13* 0,46±0,13*

Лев. 5,15±0,44 5,73±0,18* 2,32±0,18 0,87±0,05*

Гиподинам ия 30 сутки Пр 8,71±0,17* 8,48±0,23* 2,89±0,06* 1,23±0,04*

Лев 9,34±0,11* 8,79±0,11* 3,61±0,07* 1,11±0,02*

Гиподинам ия 120 сутки Пр. 12,81±0,09* 11,63±0,25* 5,47±0,16* 1,52±0,09

Лев. 13,35±0,22* 12,49±0,07* 6,13±0,04* 1,37±0,03*

Примечание: * — различия достоверны по сравнению с контрольной группой (р<0,05).

Полученные данные свидетельствуют о том, что окислительная деструкция белков в ткани мозжечка является физиологическим процессом, наблюдающимся как у животных группы контроля, так и у крыс при длительной гиподинамии. Различия заключались в том, что у крыс, находящихся в условиях длительной 120-суточной гиподинамии эти процессы протекали более интенсивно, о чем свидетельствуют достоверные различия в содержании окисленных продуктов.

Для детального изучения механизмов адаптации - дезадаптации нами были исследованы молекулы средней массы в разных полушариях мозжечка в условиях действия экстремальных факторов. Результаты изучения содержания молекул средней массы в гомогенате разных полушарий ткани мозжечка в контроле составляли в правом полушарии 0,223 ± 0,078 (ед. оп. пл./мл), а в левом полушарии 0,218 ± 0,082 (ед. оп. пл./мл).

У экспериментальных животных в условиях длительной 120 суточной гиподинамии в динамике было определено содержание молекул средней массы представленное на рисунке 1.

Анализ результатов исследования содержания молекул средней массы в гомогенате разных полушарий мозжечка показал их возрастание. При этом в правом полушарии мозжечка крыс их содержание увеличивалось почти до 483%, а в левом полушарии до 522 % по сравнению с контрольной группой.

После введения раствора гликозаминогликана отмечалось существенное снижение уровня молекул средней массы. Было прослежено уменьшение содержания среднемолекулярных пептидов в правом полушарии до 152 %, а в левом полушарии только до 170 %.

Основной причиной повышения содержания молекул средней массы, по нашему мнению и с учетом литературных данных, в гомогенате разных полушарий мозжечка можно связать с усиленным образованием этих пептидов за счёт появления избыточного количества деформированных белковых метаболитов и продуктов, имеющих в своём составе углеводные компоненты [3,5,7]. Увеличение концентрации молекул средней массы в биологических

жидкостях наблюдается при разных патологических состояниях,

сопровождающихся эндогенной интоксикацией [9,15,17,20].

с;

с

о

сутки

Рис. 1. Содержание молекул средней массы в мозжечке у крыс при длительной

гиподинамии в динамике

Гип-пр. - правое полушарие мозжечка при гиподинамии Гип-лев. - левое полушарие мозжечка при гиподинамии Гип-ГАГ-пр. - правое полушарие мозжечка при гиподинамии и введении гликозаминогликанов

Гип-ГАГ-лев. - левое полушарие мозжечка при гиподинамии и введении гликозаминогликанов

Из литературы известно, что среднемолекулярные олигопептиды являются основным биохимическим маркёром. Они являются отражением уровня нарушения метаболизма белковых молекул [9,15,17,23]. Молекулы средней массы могут быть близки по строению к регуляторным пептидам и оказывать влияние на жизнедеятельность всех органов и систем. Они также способны соединяться с рецепторами на любой клетке и блокировать их

деятельность [9,12,15]. Известно, что при действии экстремальных факторов наблюдается пострансляционная модификация белков клеточных мембран [19,20,21]. С учетом этих особенностей можно предположить, что изменение уровня молекул средней массы в разных полушариях мозжечка при длительной гиподинамии является одним из механизмов регуляции процессов компенсаторной реакции в ответ на стресс или служить проявлением их антиоксидантного действия [5,16,18,20,21].

Полученные данные свидетельствуют о том, что определение уровня молекул средней массы в гомогенате разных полушарий мозжечка может служить дополнительным диагностическим критерием прогнозирования развития осложнений при действии факторов стресса.

ВЫВОДЫ

У экспериментальных крыс при длительной гиподинамии увеличивается содержание продуктов окислительной модификации белков, имеющих нейтральный характер в правом полушарии мозжечка почти на 195 % , а в левом - 269%, в тоже время уровень соединений имеющих основной характер в разных полушариях этих животных колебался от 208 до 320% и 200 - 265% по сравнению с контрольной группой.

В гомогенате разных полушарий мозжечка экспериментальных животных при длительной гиподинамии наблюдалось повышение уровня молекул средней массы на 483% в правом и до 522% в левом полушарии соответственно по сравнению с контрольной группой.

Применение гликозаминогликанов способствовало снижению содержания продуктов перекисного окисления белков и молекул средней массы в ткани мозжечка в условиях действия длительной 120 суточной гиподинамии.

Библиографический список

1. Ангельски, С. Клиническая биохимия / С. Ангельски, З. Якубовски, Г. Доминичак

— Сопот, 1988. — С. 135-158.

2. Болдарев, А. Свободные радикалы в нормальном и ишемическом мозге / А. Болдарев, М. Куклей // Нейрохимия. - 1996. - №13. - С. 271 - 278.

3. Величковский, Б.Т. Свободнорадикальное окисление как звено срочной и долговременной адаптации организма к факторам окружающей среды // Вестник РАМН. -2001. - № 6. - С. 45-52.

4. Владимиров, Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах / Ю.А.Владимиров //Соросовский образовательный журнал. - 2000. - № 12. - С. 13-19.

5. Гаврилов, В.Б. Определение тирозин — и триптофансодержащих пептидов в плазме крови по поглощению в УФ-области спектра / В.Б. Гаврилов, Н.Ф. Лобко, С.В. Конев // Клин. лаб. диагн. - 2004. - Вып.3. - С. 12 - 16.

6. Горячковский, А.М. Клиническая биохимия / А.М. Горячковский — Одесса: Астропринт, 2004. — С. 287-325.

7. Дубинина, Е. Окислительная модификация белков / Е. Дубинина, В. Шугалей // Успехи современной биологии. - 1993. - Т. 113, Вып. 1. - С. 71-81.

8. Казимирко, В.К. Свободнорадикальное окисление и антиоксидантоная терапия /

B.К. Казимирко. - Киев: Морион, 2004. - 160 с.

9. Карякина, Е. В. Молекулы средней массы как интегральный показатель метаболических нарушений / Е.В. Карякина, С.В. Белова // Клин. лаб. диаг. - 2004. - Вып. 3. -

C. 4-8.

10. Лобанов, С.А. Влияние гипоксии и гиподинамии на функции мозжечка (экспериментальное исследование): Монография / С. А. Лобанов, Е.В. Данилов. - Уфа, изд-во БГПУ им. М. Акмуллы, 2009. - 120 с.

11. Лобанов, С. А. Функциональные и биохимические особенности липидов мозжечка крыс при стрессе / С.А. Лобанов, Н.С.Черепанов, О.В. Шабалина // Вестник Челябинского государственного педагогического университета.- 2010, № 11 С. 297-310.

12. Мазур, И.А. Метаболитотропные препараты / И.А. Мазур, И.С. Чекман, И.Ф. Беленичев. - Киев, Запорожье, 2007. - 309 с.

13. Мари, Р. Биохимия человека. Т. 2 / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл, пер. с англ. М.Д. Гроздовой. - Москва: МИР, 1993. - 415 с.

14. Дубинина, Е. Е. Окислительная модификация белков сыворотки крови человека, метод её определения / Е.Е. Дубинина, С.О. Бурмистров, Д.А. Ходов [и др.] // Вопросы медицинской химии. — 1995. — Т. 41, Вып. 1.-С. 24-25.

15. Промыслов, В.Ш. Роль липидов фракции средних молекул в характеристике патологического процесса / В.Ш. Промыслов, Л.И. Левченко, М.Л. Демчук [и др.] // Вопр. мед. химии. — 1989. — Вып. 4. — С. 105-107

16. Сергиенко, Е.А., Дроздова А.В. Функциональная асимметрия полушарий мозга. / Е.А. Сергиенко, А.В. Дроздова // Функциональная межполушарная асимметрия. Под ред. Боголепова Н.Н., Фокина В.Ф. 2004. С. 219-257.

17. Габриэлян, Н. И. Скрининговый метод определения средних молекул в биологических жидкостях. Метод. рекомендации / Н.И. Габриэлян, Э.Р. Левицкий, А.А. Дмитриев [и др.] - М., 1985. - 18 с.

18. Боголепова, Н.Н. Функциональная межполушарная асимметрия. Хрестоматия. / Н.Н. Боголепова, В.Ф. Фокина - М: Научный мир, 2004. - 728 с.

19. Зенков, Н. К. Окислительный стресс: биохимический и патофизиологический аспекты / Н.К. Зенков, В.З. Ланкин, Е. Б. Меньщикова. - М.: МАИК, 2001. - 343 с.

20. Banegas, I. Plasma aminopeptidase activities in rats after left and right intrastriatal administration of 6-hydroxydopamine / I. Banegas, I. Prieto, F. Vives, F. Alba // Neuroendocrinology 2004. 80 (4): P. 219-224.

21. Hering-Hanit, R. A. Asymmetry of fetal cerebral hemispheres: in utero ultrasound study R. Hering-Hanit, R. Achiron, S. Lipitz, A. Achiron, // Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2001; Vol. 85; P. 194-196.

22. Horn, F. Biochemie des Menschen / F. Horn, M. Isabelle, N. Schneider. / - Stuttgart: Thieme. 2005, P. 78-80

23. Loffler, G.T. Biochemie and Pathobiochemie / G.T. Loffler, P.E. Petrides - Berlin: Springer, 2003, P. 88-91

Bibliography

1. Angelski, S. С. Clinical Biochemistry / S. Angelski, Z. Yakubovski, D. Dominichak. — Sopot, 1988. — P. 135-158.

2. Banegas, I. Plasma Aminopeptidase Activities in Rats After Left and Right Intrastriatal Administration of 6-Hydroxydopamine / I. Banegas, I. Prieto, F. Vives, F. Alba // Neuroendocrinology. - 2004. - 80 (4). - P. 219-224.

3. Bogolepova, N.N. Functional Interparencephalon Asymmetry: Reader / N.N. Bogolepova, V.F. Fokina. - М.: Scientific World, 2004. - 728 p.

4. Boldarev, A. Free Radicals in Usual and Ischemic Brain / А. Boldarev, М. Kukley // Neurochemistry. -1996. - №13. - P. 271 - 278.

5.Dubinina, Е.Е. Protein Oxidative Modification / Е.Е. Dubinina, V. Shugaley // Modern Biology March. - 1993. - V. 113, Iss. 1. - P. 71-81.

6. Dubinina, Е.Е. Protein Oxidative Modification of a Man’s Blood Serum, Determination Method / Е.Е. Dubinina, S^. Burmistrov, DA. Khodov [et al.] // Questions of Medical Chemistry.

— 1995. — V. 41, Iss. 1. - P. 24-25.

7. Gabrielyan, N.I. Screening Method for Average Molecules Determination in Biological Liquids: Methodological Recommendations / N.I. Gabrielyan, E.R. Levitsky, А.А. Dmitriev [et al.]

- М., 1985. - 18 p.

8. Gavrilov, V.B. Determination of Tyrosine and Tryptophan-Containing Peptides in the Blood Plasm by the Absorbtion of Ultraviolet Spectrum / V.B. Gavrilov, N.F. Lobko, S.V. Konev // Clin. Laborat. Diagn. - 2004. - Iss.3. - P. 12 - 16.

9. Goryachkovsky, А.М. Clinical Biochemistry / А.М. Goryachkovsky. — Odessa: Astroprint, 2004. — P. 287-325.

10. Hering-Hanit, R. A. Asymmetry of Fetal Cerebral Hemispheres: In Utero Ultrasound Study R. Hering-Hanit, R. Achiron, S. Lipitz, A. Achiron, // Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2001; Vol. 85; P. 194-196.

11. Horn, F. Biochemie des Menschen / F. Horn, M. Isabelle, N. Schneider. - Stuttgart: Thieme, 2005. - P. 78-80.

12. Karyakina, Е^. Average Weight Molecules as an Integral Marker of Metabolic Disorder / Е^. Karyakina, S.V. Belova// Clin. Laborat. Diagn. - 2004. - Iss. 3. - P. 4-8.

13. Kazimirko, V.K Free Radical Oxidation and Antioxidative Therapy / V.K Kazimirko. -Kiev: Morion, 2004. - 160 p.

14. Lobanov, S.A. Hypoxia and Hypodynamia Influence on Cerebellum Functions (Experimental Research): Monograph / S.A. Lobanov, Е^. Danilov. - Ufa: Publishing House of BSPU n.a. M. Akmulla, 2009. - 120 p.

15. Lobanov, S.A. Functional and Biochemical Peculiarities of the Rats’ Cerebellum Lipids Unde Stress Conditions // S.A. Lobanov, N.S. Cherepanov, ОУ. Shabalina // Herald of Chelyabinsk State University. - 2010. - № 11. - P. 297-310.

16. Loffler, G.T. Biochemie and Pathobiochemie / G.T. Loffler, P.E. Petrides. - Berlin: Springer, 2003. - P. 88-91.

17. Marry, R. Man’s Biochemistry: V. 2 / R.Marry, D. Grenner, P. Mayes, V. Rodwell ; Trans. from Engl. by M.D. Grozdova. - M.: MIR, 1993. - 415 p.

18.Mazur, IA. Metabolitotropic Specimen / IA. Mazur, I.S. Chekman, I.F. Belenichev. -Kiev: Zaporozhye, 2007. - 309 p.

19. Promyslov, V.Sh. The Lipids Role of Average Molecules Fraction in a Pathologic Process Characteristics / V.Sh. Promyslov, L.I. Levchenko, МХ. Demchuk [et al.] // Questions of Medical Chemistry. — 1989. — Iss. 4. — P. 105-107

20. Sergienko, Е.А., Drozdova, А^. Functional Asymmetry of Parencephalons / Е.А. Sergienko, А^. Sergienko // Functional Interparencephalon Asymmetry / Under the Edit. of N.N. Bogolepova, V.F. Fokina. - M., 2004. - P. 219-257.

21. Velichkovsky, B.T. Free Radical Oxidation as a Link of the Immediate and Long-Term Organism Adaptation to the Environmental Factors / B.T. Velichkovsky // Herald of RAMS. -2001. - № 6. - P. 45-52.

22.Vladimirov, YuA. Free Radicals in Biological Systems / YuA. Vladimirov // Soros Educational Journal. - 2000. - № 12. - P. 13-19.

23. Zenkov, N.K Oxidative Stress: biochemical and pathophysiological Aspects / N.K Zenkov, VZ. Lankin, ЕБ. Menshchikova - М.: MAIK, 2001. - 343 p.