Особенности изоферментного спектра лактатдегидрогеназы у кур-несушек в ходе репродуктивного периода

Особенности изоферментного спектра лактатдегидрогеназы у кур-несушек в ходе репродуктивного периода

Т.И. Середа, к.б.н., М.А. Дерхо, д.б.н., профессор, Уральская ГАВМ

Процессы жизнедеятельности организма птиц, в том числе и репродуктивные функции, обеспечиваются определённым количеством энергии, большая часть которой синтезируется за счёт окисления углеводов фосфоролитическим путём. Гликолиз достаточно хорошо изучен, но вопросы, касающиеся его роли в процессах жизнедеятельности организма кур-несушек высокопродуктивных кроссов, до сих пор остаются мало исследованными.

Установлено, что организм животных и птицы для приспособления к определённым условиям жизни использует различный набор изоферментов, что является одной из стратегий биохимической адаптации [1—3]. Множественные

молекулярные формы ферментов обуславливают специфичность обмена в каждом типе тканей [4]. О специфике и особенностях реакций гликолиза можно судить по изоферментному профилю фермента лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Во-первых, он характеризует метаболический профиль тканей и органов, во-вторых, определяет условия протекания окислительного распада глюкозы.

В связи с этим целью наших исследований стала сравнительная оценка органной специфичности изоферментов лактатдегидрогеназы в организме кур-несушек кросса «Ломанн белый» в ходе репродуктивного периода.

Материалы и методы. Экспериментальная часть работы выполнена на базе ОАО «Челябинская птицефабрика» и в лаборатории органической, биологической и физколлоидной химии Уральской ГАВМ в 2005—2010 гг. Объектом ис-

следований были куры-несушки одновозрастного промышленного стада кросса «Ломанн белый» в ходе яйцекладки. Кур содержали в основных производственных корпусах, оборудованных клеточными батареями. Параметры микроклимата помещений поддерживали согласно рекомендациям по работе с соответствующим кроссом. Для кормления кур использовали полнорационные кормосмеси, изготавливаемые в кормоцехе предприятия.

Материалом исследований служили образцы тканей сердца, печени, почек и скелетных мышц, полученные от несушек на 26, 52 и 80-й неделях яйцекладки в ходе первого технологического цикла. Для исследования изоферментного спектра ЛДГ гомогенаты тканей готовили на 0,05 М фосфатном буфере (рН = 7,0). После центрифугирования при 6000 g в течение 15 мин в супернатантах проводили разделение изоферментов ЛДГ методом горизонтального энзимэлектрофореза на пластинах полиакриламидного геля с последующим окрашиванием и сканированием фореграмм [5].

Экспериментальный цифровой материал был подвергнут статистической обработке на ПК с помощью табличного процессора Microsoft Ехсе1 2003.

Результаты исследований. В органах кур фермент лактатдегидрогеназа представлен пятью изоформами. Известно, что каждый изофермент ЛДГ представляет собой тетрамер и образуется при различных сочетаниях четырёх субъединиц двух типов — мышечного (muscle) — М и сердечного (heart) — Н, существование которых обеспечивает приспособление организма к определённым условиям существования (рис.).

Изофермент ЛДГ1 содержит 4 субъединицы Н, ЛДГ5 — 4 субъединицы М, остальные изоферменты ЛДГ (ЛДГ2, ЛДГ3 и ЛДГ4) являются молекулярными гибридами, состоящими из субъединиц Н и М в разном соотношении [6].

Одними из решающих факторов регуляции активности той или иной субъединицы в ферменте являются наличие субстратов для катализируемой ЛДГ реакции и обеспеченность клеток кислородом.

Мы установили, что во всех исследованных органах кур-несушек ЛДГ представлена пятью молекулярными изоформами: от быстрой анодной фракции (ЛДГ1) до медленной катодной (ЛДГ5). Это свидетельствует о том, что в них периодически создаются как аэробные, так и анаэробные условия, что определяет характер протекания реакций гликолиза и их энергетическую эффективность.

По представительности фракций изоферментов ЛДГ исследуемые ткани можно разделить на три группы. Первая группа объединяет ткани с преимущественным аэробным типом метаболизма. В неё входят сердце и почки. В изоферментном спектре ЛДГ данных тканей преобладают анодные фракции ЛДГ1 и ЛДГ2 (табл. 1, 2). При этом сумма аэробных субъединиц (Н) фермента от общего содержания ЛДГ составляет более 70%. Поэтому соотношение ХН / ХМ колеблется в пределах трёх единиц. В количественном отношении все пять фракций ЛДГ укладываются в ряд в порядке убыли активности: ЛДГ1 > ЛДГ2 > ЛДГ3 >

ЛДГ4 > ЛДГ5.

Ко второй группе можно отнести ткани печени, в которой наблюдается эквивалентность между количеством аэробных и анаэробных путей катаболизма углеводов. Поэтому соотношение ХН / ХМ примерно равно единице (табл. 3).

К третьей группе относится грудная скелетная мышца кур, в ней преобладают катодные фракции ЛДГ, отражающие анаэробный тип метаболизма. Сумма анаэробных субъединиц фермента составила 65—71%, за счёт чего соотношение ХН / ХМ было меньше единицы (табл. 4).

н н

н н

н н

н м

ЛДГі

(Н4>

н н

м м

ЛДГ2

ЛДГз

н м

м м

м м

м м

ЛДГ4

ЛДГб

(М4>

Рис. - Соотношение субъединиц в изоферментных формах

1. Изоферментные спектры ЛДГ сердца (n = 10), X±^

Фракции ЛДГ, % Сроки репродуктивного периода, нед.

26 52 80

ЛДГі (Н4) 38,8±0,18 39,7±0,29 42,6±0,25*

ЛДГ2 (НМ) 36,0±0,16 36,4±0,25 38,1±0,24*

ЛДГз (Н2М2) 18,4±0,13 17,3±0,24 14,3±0,28*

ЛДГ4 (НМз) 5,6±0,23 5,2±0,25 4,1±0,24*

ЛДГ5 (М4) 1,2±0,15 1,4±0,17 0,9±0,18

ХН 76,4±0,32 73,95±0,15 79,36±0,31*

ХМ 23,6±0,22 26,05±0,14* 20,62±0,31

ХН/ХМ 3,23±0,16 2,84±0,15* 3,76±0,25*

Примечание: * — р<0,05—0,001 по отношению к 26-й неделе

Мы установили, что изоферментные спектры ЛДГ органов кур-несушек претерпевают изменения в ходе репродуктивного периода, что, с одной стороны, характеризует способ производства энергии в органе, а с другой — отражает его адаптационные резервы в условиях интенсивной технологии производства яиц.

Так, в тканях сердца суммарное количество аэробных фракций ЛДГ! и ЛДГ2 в начале репродуктивного периода составило 74,8%, их количество имело тенденцию к повышению и к концу яйцекладки составило 80,7% (табл. 1). Исходя из того что в ходе репродуктивного периода яйценоскость кур-несушек увеличивалась с 0,65±0,16 до 0,95±0,15 яиц в день на 1 несушку, можно предположить наличие взаимосвязи между продуктивностью птицы и метаболической активностью органа. Следовательно, в ходе яйцекладки функциональная активность клеток сердца возрастает, они более активно используют углеводы для покрытия энергозатрат, увеличивая эффективность их окислительного распада за счёт окисления субстратов в аэробных условиях.

Источником работы почек, которые выполняют выделительную функцию в организме птицы, также является гликолиз, энергия которого используется в процессах клубочковой фильтрации, канальцевой реабсорбции и концентрирования мочи [7, 8]. Почки в организме кур-несушек более склонны к аэробному гликолизу, о чём свидетельствует относительно высокое суммарное содержание анодных изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ2 в исследуемые сроки репродуктивного периода (табл. 2). Возможно, это следствие особенностей обмена веществ в организме птицы,

приспособленного использовать для покрытия своих энергозатрат корма растительного происхождения, содержащие большое количество трудноусвояемых компонентов.

В ходе яйцекладки увеличивается функциональная нагрузка на почки и, соответственно, активизируется работа нефрона. Об этом свидетельствует, во-первых, возрастание суммарного количества аэробных субъединиц фермента и, во-вторых, увеличение соотношения ХН / ХМ. Следовательно, повышение яйценоскости кур-несушек в ходе репродуктивного периода характеризуется интенсификацией углеводного обмена в почках за счёт активации аэробных реакций.

Наиболее специфично распределение изоферментов ЛДГ в печени (табл. 3). Для этого органа, по сравнению с сердцем и почками, характерна достаточно высокая степень анаэробного гликолиза. Подтверждением этого являются относительно высокое содержание катодных фракций ЛДГ 4 и ЛДГ 5 в изоферментном профиле ЛДГ, которое составляло около 19,9—29,5%, и доминирование гибридной фракции ЛДГ3, состоящей из равного количества как аэробных, так и анаэробных субъединиц.

В ходе репродуктивного периода уменьшается количество анодных фракций в печени кур-несушек, что свидетельствует о смещении равновесия гликолитических процессов в сторону образования лактата — конечного продукта анаэробного гликолиза. Это, с одной стороны, может отражать избыточность в рационе птицы углеводов и сопряжённой с ними энергии, когда организм кур вынужден запасать её в виде гликогена печени. С другой стороны, характе-

2. Изоферментные спектры ЛДГ почек (п = 10), Х±^

Фракции ЛДГ, % Сроки репродуктивного периода, нед.

26 52 80

ЛДГ! (Н4) 46,3±0,26 47,6±0,62 49,6±0,32

ЛДГ2 (НМ) 25,1±0,25 24,4±0,41 23,4±0,48

ЛДГз (Н2М2) 20,4±0,41 21,2±0,42 22,1±0,61

ЛДГ4 (НМ3) 7,3±0,29 6,1±0,27 4,2±0,35*

лдг (М4) 0,9±0,16 0,7±0,12 0,7±0,06*

ХН 77,15±0,32 78,03±0,28 79,25±0,41

ХМ 22,84±0,31 21,97±0,36 20,75±0,32

ХН/ХМ 3,38±0,19 3,55±0,43 3,82±0,28

Примечание: * — р<0,05—0,001 по отношению к 26-й неделе

3. Изоферментные спектры ЛДГ печени (п = 10), Х±^

Фракции ЛДГ, % Сроки репродуктивного периода, нед.

26 52 80

ЛДГ1 (Н4) 12,6±0,25 10,8±0,34 9,7±0,38

ЛДГ2 (Н3М) 27,2±0,25 20,4±0,37* 18,4±0,38*

ЛДГ3 (Н2М2) 40,3±0,29 43,4±0,32 42,4±0,29

ЛДГ4 (НМ3) 15,9±0,32 20,3±0,27 24,2±0,24*

ЛДГ5 (М4) 4,0±0,26 5,1±0,25* 5,3±0,35*

ХН 57,13±0,18 52,68±0,25* 50,75±0,42*

ХМ 42,87±0,25 47,32±0,38* 49,25±0,56*

ХН/ХМ 1,33±0,12 1,11±0,17 1,03±0,11*

Примечание: * — р<0,05—0,001 по отношению к 26-й неделе

4. Изоферментные спектры ЛДГ грудной скелетной мышцы (n = 10), X±^

Фракции ЛДГ, % Сроки репродуктивного периода, нед.

26 52 80

ЛДГ! (Н4) 12,0±0,32 8,3±0,29* 6,7±0,17*

ЛДГ2 (Н3М) 10,2±0,30 9,7±0,31 7,7±0,41*

ЛДГз (Н2М2) 23,2±0,21 22,5±0,26 23,9±0,35

ЛДГ4 (НМ3) 14,2±0,42 16,3±0,21 16,9±0,41*

ЛДГ5 (М4) 40,4±0,31 43,2±0,41 44,8±0,42

ХН 34,8±0,29 30,9±0,41 28,68±0,69*

ХМ 65,2±0,31 69,1±0,42 71,32±0,59*

ХН/ХМ 0,53±0,12 0,45±0,03* 0,40±0,12*

Примечание: * — р<0,05—0,001 по отношению к 26-й неделе

ризует изменение функциональной активности гепатоцитов на фоне дистрофических изменений в условиях интенсивной технологии и высокой продуктивности.

Ткани скелетных мышц позвоночных принято относить к анаэробным тканям, хотя известно, что они содержат два типа волокон, обладающих гликолитическим и окислительным обменом [6]. В скелетной мышце (табл. 4) кур-несушек преобладало содержание катодных фракций ЛДГ4 и ЛДГ5, суммарное количество которых составило 54,6-61,7%.

В ходе репродуктивного периода количество катодных фракций увеличивается. Следовательно, возрастает способность клеток мышц производить молочную кислоту и запасать её в виде гликогена.

Выводы. Таким образом, результаты наших исследований показали, что тип углеводного обмена тканей организма кур-несушек является не только видовым признаком, но и изменяется под влиянием условий существования (в наших исследованиях — под воздействием интенсивной технологии, направленной на высокую продуктивность птицы). При этом на изоферментный спектр ЛДГ в ходе репродуктивного периода оказывает влияние обеспеченность организма кислородом. В хорошо аэрируемых тканях сердца и почек содержание ЛДГ5 незначительно, а в тканях с анаэробным типом энергопродукции

(скелетной мышце), наоборот, существенно. Такой орган, как печень, в организме кур-несушек обладает большой приспособительной способностью к изменениям условий существования. Клетки органа способны покрывать энергозатраты как за счёт анаэробного типа обмена углеводов, так и за счёт аэробного, что позволяет поддерживать функциональную активность органа и использовать возможности процесса глюконеогенеза, обеспечивающего организм животного глюкозой.

Литература

1. Хочака П., Сомеро Д. Биохимическая адаптация: справочник. М.: Мир, 1988. С. 45-68.

2. Фетисова Т.В. Изоферменты в диагностике заболеваний сердечно-сосудистой системы // Изоферменты в медицине. Киев: Здоровье, 1982. С. 90-112.

3. Веремеенко К.Н., Голобородько О.П. Роль изоферментов при злокачественных новообразованиях // Изоферменты в медицине. Киев: Здоровье, 1982. С. 186-200.

4. Paz J. M. Evaluation of determination of lactate dehydrogenase isoenzyme I by chemical inhibition with perchiorate or with 1,6-hexanediol / J. M. Paz, A. Garcia, M. Gonzales [et al.] // Clin. Chem. 1990. Vol. 36. P. 355-358.

5. Кожевникова Л.К. Изоферментный спектр лактатдегидроге-назы органов пушных зверей как отражение метаболического профиля тканей // Методические подходы к изучению физиологии пушных зверей. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2000. С. 36-50.

6. Яковлева В.И. Изоферменты // Успехи биологической химии. 1968. Т. 9. С. 55-94.

7. Громашевская Л.Л. Общая характеристика изоферментов и их метаболическая роль // Изоферменты в медицине. Киев: Здоровье, 1982. С. 7-26.

8. Петрунь Н.М. Роль изоферментов в диагностике заболеваний почек // Изоферменты в медицине. Киев: Здоровье, 1982. С. 113-165.