INFLUENCE OF THE TEMPERATURE AND PH ON THE LEVEL OF THE ACTIVITYOF THE DIGESTIVE ENZYMES OF RUSSIAN STURGEON(ACIPENSER GULDENSTADTII B.)
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrahanskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet
Type:
Article
Pages:
from 150
to 154
Status:
Published
Received:
05.06.2013
Accepted:
25.06.2013
Published:
25.06.2013
Subject area:
UDK [597-143.4:577.152.3]:556.551.32
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK 28.693.32:28.071
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK 28.693.32:28.071
Language:
Russian
Keywords:
Russian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Abstract (English):
The adaptations of the enzymes of intestinal mucous tunic of Russian sturgeon to environmental factors (temperature and pH) are studied. It is shown that the temperature optimum for the alkaline phosphatase is located in the temperature range 60–65 °C, for α-amylase – 30 °C, for maltase – 60 °C, for caseinlytic proteinases – 50 °C. It is stated that the researched enzymes of the Russian sturgeon retain sufficiently high relative activity when uncubation temperature is low (0 °C). Maximum activity of the α-amylase and maltase is detected at pH 7–8, for the alkaline phosphatase – at pH 8–9, for caseinlytic proteinases – pH 10. These optimums for pH are typical for the fish of the Volga river basin. The presented data are evidence of identity of reciprocal reaction of the enzymes of mucous tunic of the intestine of Russian sturgeon on the change of incubation temperature and pH with other species of Acipeseridae.
The adaptations of the enzymes of intestinal mucous tunic of Russian sturgeon to environmental factors (temperature and pH) are studied. It is shown that the temperature optimum for the alkaline phosphatase is located in the temperature range 60–65 °C, for α-amylase – 30 °C, for maltase – 60 °C, for caseinlytic proteinases – 50 °C. It is stated that the researched enzymes of the Russian sturgeon retain sufficiently high relative activity when uncubation temperature is low (0 °C). Maximum activity of the α-amylase and maltase is detected at pH 7–8, for the alkaline phosphatase – at pH 8–9, for caseinlytic proteinases – pH 10. These optimums for pH are typical for the fish of the Volga river basin. The presented data are evidence of identity of reciprocal reaction of the enzymes of mucous tunic of the intestine of Russian sturgeon on the change of incubation temperature and pH with other species of Acipeseridae.
Keywords:
Russian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Russian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Введение Механизмы действия различных факторов среды на пищеварительные процессы достаточно подробно изучены у высших позвоночных животных, а также у некоторых видов рыб [1–4]. В то же время работ, посвященных изучению влияния этих факторов на пищеварительные ферменты осетровых видов рыб, немного [4–6]. Следует отметить, что наибольший интерес представляет изучение влияния температуры и рН, относящихся к основным абиотическим факторам среды, которые определяют целый ряд параметров жизнедеятельности рыб (скорость протекания метаболических процессов, интенсивность питания, скорость усвоения пищи), а также влияют на различные характеристики ферментов. В связи с этим целью исследований явилось изучение влияния различных значений температуры и рН инкубации на уровень активности некоторых пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника у представителя сем. Acipenseridae – русского осетра. Материал и методика исследований Нами были исследованы 44 экз. годовиков русского осетра (Acipenser güldenstädtii B.), выращенных в искусственных условиях. Пойманных рыб в специальных ёмкостях течение 1–2 часов доставляли в лабораторию, где у них на холоде изымали желудочно-кишечный тракт и специальным скребком снимали слизистую оболочку кишечника. Гомогенаты готовили при помощи гомогенизатора (лабораторный гомогенизатор Daihan Scientiic), добавляя охлажденный до температуры 2–4 оС раствор Рингера для холоднокровных животных (109 мМ NaCl, 1,9 мМ KCl, 1,1 мМ CaCl2, 1,2 мМ NaHCO3) в соотношении 1 : 49. При исследовании влияния температуры содержимое пробирок инкубировали при температуре в диапазоне 0–70 ºС для щелочной фосфатазы, мальтазы и казеинлитических протеиназ и в диапазоне 0–60 ºС для α-амилазы (при рН 7,4). Определение влияния рН проводили в диапазоне 3–12 при температуре инкубации 25 ºС. Уровень активности α-амилазы (КФ 3.1.1.1) определяли по убыли крахмала модифицированным методом Смита и Роя, уровень активности мальтазы (КФ 3.2.1.20) – модифицированным глюкозооксидазным методом, щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1) – по степени гидролиза n-нитро-фенилфосфата Na. Казеинлитическую активность протеиназ (КФ 3.4.21) определяли модифицированным методом Ансона [7]. В качестве субстратов были использованы: для α-амилазы – 0,1 %-й раствор крахмала; для мальтазы – 2 %-й раствор мальтозы; для щелочной фосфатазы – 0,6 мМ раствор n-нитро-фенилфосфата Na, приготовленный на растворе Рингера; для казеинлитических протеиназ – 1 %-й раствор казеина, приготовленный на фосфатном буфере (1/15 M Na2HPO4 · 2H2O и 1/15 M KH2PO4 в соотношении 4 : 1). Активность ферментов выражали в мг или мкмоль продукта гидролиза, образующегося за 1 минуту инкубации в расчёте на 1 г влажной массы слизистой. Статистическую обработку данных проводили по общепринятым методикам [8]. Данные обрабатывали с использованием приложения EXEL программы MS Office для WINDOWS XP. Результаты исследования Результаты влияния температуры инкубации на уровень активности ферментов слизистой оболочки кишечника русского осетра представлены в табл. 1. Таблица 1 Влияние температуры инкубации на уровень активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника русского осетра, мкмоль/(г·мин) Т, ºСα-Амилаза*МальтазаЩелочная фосфатазаКазеинлитические протеиназы 06,26 ± 0,353,93 ± 0,130,30 ± 0,011,28 ± 0,14 106,44 ± 0,185,51 ± 0,250,30 ± 0,011,46 ± 0,20 206,88 ± 0,358,32 ± 0,130,38 ± 0,012,03 ± 0,16 256,88 ± 0,44––– 308,29 ± 0,2712,95 ± 0,400,51 ± 0,013,88 ± 0,21 407,59 ± 0,2717,46 ± 0,150,82 ± 0,017,47 ± 0,33 505,64 ± 0.2118,10 ± 0,061,14 ± 0,0112,82 ± 0,34 55–18,82 ± 0,151,37 ± 0,01– 600,94 ± 0,1119,59 ± 0,131,46 ± 0,029,04 ± 0,48 65––1,47 ± 0,02– 70–7,49 ± 0,251,18 ± 0,031,91 ± 0,17 * Мг/(г·мин). Как видно из табл. 1, температурный оптимум щелочной фосфатазы русского осетра составляет 60–65 ºС, что соответствует полученным ранее данным для представителей других экологических групп. Так, температурный оптимум данного фермента слизистой оболочки кишечника скумбрии, ставриды и сардинеллы соответствует 50–60 ºС [9]. Высокие значения температурного оптимума щелочной фосфатазы отмечены и у представителей Волжского бассейна. Так, например, у судака, окуня, карпа, карася оптимум фермента равен 50 ºС [2]. Было отмечено также, что при температуре 0 ºС активность щелочной фосфатазы составляет 92 % у судака и 88 % у леща от максимальной активности, принятой за 100 % [2], в то время как у русского осетра активность данного фермента при температуре 0 ºС составляет лишь 20 % от максимальной. Аналогичная закономерность была обнаружена ранее для кеты [10] и ленского осетра [11]. Для α-амилазы слизистой оболочки кишечника русского осетра отмечены низкие значения температурного оптимума – 30 ºС. Температурный оптимум данного фермента у рыб, обитающих в Волго-Каспийском бассейне, обнаруживается, как правило, при температуре 40 ºС [12]. Такое же значение температурного оптимума отмечено у других исследованных представителей сем. Acipenseridae, обитающих в северных широтах [11]. Несмотря на низкие значения температурного оптимума, у русского осетра активность ферментов при температуре 0 ºС достаточно высока и составляет 76 % от максимального значения, в то время как у большинства пресноводных костистых рыб – лишь 15 % [2]. Температурный оптимум мальтазы у русского осетра соответствует таковому для рыб Волго-Каспийского бассейна и составляет 60 ºС. Относительная активность мальтазы при температуре инкубации 0 ºС составляет 20 %, что также соотносится с характеристикой рыб Волго-Каспийского бассейна [3] и сем. Acipenseridae [11]. Значения температурного оптимума для казеинлитических протеиназ слизистой оболочки кишечника русского осетра обнаружены при температуре 50 ºС. Относительная активность данного фермента при температуре 0 ºС у русского осетра намного ниже, чем у костистых видов рыб Волжского бассейна и составляет 10 и 35–70 % соответственно от максимума, что является характерным для представителей данного семейства [11]. В табл. 2 представлены данные по влиянию рН инкубационной среды на уровень активности ферментов слизистой оболочки кишечника русского осетра. Таблица 2 Влияние рН инкубации на уровень активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника русского осетра, мкмоль/(г·мин) рНα-Амилаза*МальтазаЩелочная фосфатазаКазеинлитические протеиназы 32,50 ± 0,233,12 ± 0,150,29 ± 0,01– 43,91 ± 0,405,12 ± 0,150,31 ± 0,01– 54,39 ± 0,336.70 ± 0,230,30 ± 0,01– 65,52 ± 0,1210,43 ± 0,230,31 ± 0,014,38 ± 0,04 78,10 ± 0,1112,84 ± 0.190,33 ± 0,017,05 ± 0,09 88,06 ± 0,2212,60 ± 0,230,35 ± 0,018,95 ± 0,02 97,33 ± 0,1710,95 ± 0,230,36 ± 0,019,75 ± 0,07 107,00 ± 0.115,16 ± 0,110,28 ± 0,0110,43 ± 0,09 116,54 ± 0,114,67 ± 0,040,18 ± 0,017,58 ± 0,15 125,25 ± 0,024,52 ± 0,080,15 ± 0,011,41 ± 0,09 * Мг/(г·мин). Из данных табл. 2 видно, что максимальная активность α-амилазы и мальтазы обнаружена при рН 7–8, для щелочной фосфатазы 8–9 и для казеинлитических протеиназ – при рН 10. Данные оптимумы соответствуют таковым для рыб Волжского бассейна [3, 4] и представителей сем. Acipenseridae [11]. Заключение Еще в XIX в. при исследовании некоторых ферментов рыб были получены данные, свидетельствующие об их способности функционировать при значениях температуры близких к 0 ºС, когда ферменты теплокровных животных практически утрачивают активность [2]. Ранее при исследовании температурных адаптаций осетровых видов рыб нами [3] было установлено, что пищеварительные гидролазы белуги, стерляди, севрюги и ленского осетра сохраняют от 13 до 27 % своей активности при температуре 0 ºС. Полученные нами данные свидетельствуют об идентичности ответной реакции ферментов слизистой оболочки кишечника русского осетра на изменение температуры инкубации ответной реакции таковых других представителей сем. Acipenseridae. Таким образом, в ходе исследований подтверждено, что адаптационные перестройки пищеварительной системы пойкилотермных организмов (проведенные на основе анализа уровня активности пищеварительных гидролаз) реализуются главным образом благодаря перестройкам ферментных систем. Можно предположить, что, по-видимому, имеет место эволюционная адаптация гидролитической функции кишечника рыб к условиям среды обитания.
1. Ugolev A. M. Membrannoe pischevarenie i processy usvoeniya pischi v mire zhivotnyh / A. M. Ugolev // Zhurnal evolyucionnoy biohimii i fiziologii. 1972. T. 8, № 3. S. 269-278.
2. Ugolev A. M. Pischevaritel'nye processy i adaptacii u ryb / A. M. Ugolev, V. V. Kuz'mina. SPb.: Gidrometeoizdat, 1993. 283 s.
3. Nevalennyy A. N. Funkcional'naya organizaciya i adaptivnaya regulyaciya processov pischevareniya u ryb / A. N. Nevalennyy, A. V. Tuktarov, D. A. Bednyakov. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2003. 152 s.
4. Nevalennyy A. N. Issledovanie nekotoryh harakteristik fermentov, obespechivayuschih process membrannogo pischevareniya u veslonosa Polyodon spathula / A. N. Nevalennyy, D. A. Bednyakov, V. Yu. Novinskiy // Voprosy ihtiologii. 2010. T. 50, № 3. S. 400-404.
5. Bednyakov D. A. Kompleksnoe issledovanie osobennostey membrannogo pischevareniya u sevryugi / D. A. Bednyakov, V. Yu. Novinskiy, L. A. Nevalennaya // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un ta Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2011. № 2. S. 74-77.
6. Bednyakov D. A. Temperaturnye adaptacii fermentov slizistoy obolochki kishechnika russkogo i lenskogo osetrov i ih gibrida / D. A. Bednyakov // Yug Rossii. Ekologiya, razvitie. 2010. № 4. S. 49-52.
7. Nevalennyy A. N. Enzimologiya / A. N. Nevalennyy, D. A. Bednyakov, I. S. Dzerzhinskaya. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2005. 102 s.
8. Glinskiy V. V. Statisticheskiy analiz: Rukovodstvo po obucheniyu / V. V. Glinskiy, V. G. Ionin. M.: INFRA-M; Novosibirsk: Sibirskoe soglashenie, 2002. 241 s.
9. Ugolev A. M. Adaptaciya pischevaritel'noy sistemy / A. M. Ugolev, N. M. Timofeeva, A. A. Gruzdkov // Fiziologiya adaptacionnyh processov. M.: Nauka, 1986. S. 371-481.
10. Nevalennyy A. N. Vliyanie temperatury inkubacii na uroven' aktivnosti pischevaritel'nyh fermentov kety (Oncorhynchus keta) / A. N. Nevalennyy, O. E. Levchenko, S. G. Korostelev // Vestn. Ros. un-ta druzhby narodov. Ser.: Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2005. № 2 (12). S. 89-91.
11. Bednyakov D. A. Vliyanie temperatury i rN na uroven' aktivnosti pischevaritel'nyh fermentov lenskogo osetra (Acipenser baerii) / D. A. Bednyakov, D. A. Bednyakov // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2013. № 1. S. 124-127.
12. Kuz'mina V. V. Vliyanie temperatury na aktivnosti α-amilazy u presnovodnyh kostistyh ryb / V. V. Kuz'mina, E. N. Morozova // Voprosy ihtiologii. 1977. T. 17, № 5. S. 922-929.
