INFLUENCE OF THE TEMPERATURE AND PH ON THE LEVEL OF THE ACTIVITY OF THE DIGESTIVE ENZYMES OF SIBERIAN STURGEON
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrahanskiy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet
Type:
Article
Pages:
from 124
to 128
Status:
Published
Received:
25.03.2013
Accepted:
25.03.2013
Published:
25.03.2013
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:
Siberian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Abstract (English):
The adaptations of the enzymes of intestinal mucous tunic of Siberian sturgeon to the environmental factors (temperature and pH) are studied. It is shown that the temperature optimum for the alkaline phosphatase is located in the range 60–65 °С, for the amylase – 30 °С, for the maltase – 55 °С, for caseinlytic proteinases – 40 °С. It is stated that the studied enzymes of Siberian sturgeon save sufficiently high relative activity at low (0 °С) incubation temperature. Maximum activity of alpha-amylase, maltase, alcaline phosphatase is registered at pH 8–9, 7, 8–9, and 9–10 accordingly, for caseinlytic proteinases optimal value of pH is located in the range 8–10. These pH optimums are in concordance with similar optimums of fishes of the Volga river basin. Siberian sturgeon inhabits in conditions of lower temperature in comparison with species of the Volga river basin, probably it caused the shift of temperature optimums of alpha-amylase and caseinlytic proteinases in the direction of lower temperature values. Besides it should be noted that response of digestive enzymes of Siberian sturgeon on the change of incubation temperature is similar to analogous phenomenon of arctic fishes. It is confirmed that temperature adaptations of the digestive system of poikilotherm animals are carried out mainly due to changes of enzyme systems.
The adaptations of the enzymes of intestinal mucous tunic of Siberian sturgeon to the environmental factors (temperature and pH) are studied. It is shown that the temperature optimum for the alkaline phosphatase is located in the range 60–65 °С, for the amylase – 30 °С, for the maltase – 55 °С, for caseinlytic proteinases – 40 °С. It is stated that the studied enzymes of Siberian sturgeon save sufficiently high relative activity at low (0 °С) incubation temperature. Maximum activity of alpha-amylase, maltase, alcaline phosphatase is registered at pH 8–9, 7, 8–9, and 9–10 accordingly, for caseinlytic proteinases optimal value of pH is located in the range 8–10. These pH optimums are in concordance with similar optimums of fishes of the Volga river basin. Siberian sturgeon inhabits in conditions of lower temperature in comparison with species of the Volga river basin, probably it caused the shift of temperature optimums of alpha-amylase and caseinlytic proteinases in the direction of lower temperature values. Besides it should be noted that response of digestive enzymes of Siberian sturgeon on the change of incubation temperature is similar to analogous phenomenon of arctic fishes. It is confirmed that temperature adaptations of the digestive system of poikilotherm animals are carried out mainly due to changes of enzyme systems.
Keywords:
Siberian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Siberian sturgeon, digestive enzymes, intestinal epithelium, adaptation, temperature, pH
Введение Механизмы действия различных факторов 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, мало [4–6]. Следует отметить, что наибольший интерес представляет изучение влияния температуры и рН – одних из основных абиотических факторов среды, которые определяют целый ряд параметров жизнедеятельности рыб, такие как 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 – ленского осетра. Материал и методика исследований Нами были исследованы годовики ленского осетра (Acipenser baerii), выращенные в искусственных условиях. Было исследовано 36 экз. Пойманных рыб в специальных ёмкостях в 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 2–4 °С 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 в диапазоне 0–70 °С для щелочной фосфатазы, мальтазы и казеинлитических протеиназ и 0–60 °С – для α-амилазы (при рН 7,4). Определение влияния рН проводили в диапазоне 3–12, при температуре инкубации 25 °С. 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 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 ленского осетра представлены в табл. 1. Таблица 1 Влияние температуры инкубации на уровень активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника ленского осетра, мкмоль/(г·мин) Т, ºСα-Амилаза*МальтазаЩелочная фосфатазаКазеинлитические протеиназы 011,95 ± 0,183,76 ± 0,180,72 ± 0,022,31 ± 0,19 1013,08 ± 0,176,43 ± 0,230,82 ± 0,024,79 ± 0,19 2013,43 ± 0,1811,37 ± 0,081,17 ± 0,019,45 ± 0,13 2514,65 ± 0,26 –– 3014,91 ± 0,0914,53 ± 0,191,82 ± 0,0115,94 ± 0,21 4013,17 ± 0,1715,13 ± 0,083,27 ± 0,0117,07 ± 0,19 5012,30 ± 0,2615,28 ± 0,084,14 ± 0,0115,80 ± 0,17 55–16,44 ± 0,234,27 ± 0,06– 605,93 ± 0,2615,52 ± 0,154,53 ± 0,0715,19 ± 0,30 65––4,52 ± 0,15– 70–7,92 ± 0,262,74 ± 0,134,32 ± 0,17 * мг/(г·мин). Как видно из табл. 1, температурный оптимум щелочной фосфатазы ленского осетра составляет 60–65 °С, что соответствует полученным ранее данным для представителей других экологических групп. Так, температурный оптимум данного фермента слизистой оболочки кишечника скумбрии, ставриды и сардинеллы соответствует 50–50 °С [9]. Высокие значения температурного оптимума щелочной фосфатазы отмечены и у представителей Волжского бассейна. Так, например, у судака, окуня, карпа, карася оптимум фермента равен 50 °С [2]. Отмечено также, что при 0 °С активность щелочной фосфатазы составляет 92 % у судака и 88 % у леща от максимальной активности, принятой за 100 % [2], в то время как у ленского осетра активность данного фермента при температуре 0 °С составляет лишь 16 % от максимальной. Аналогичная закономерность была обнаружена ранее для кеты [10]. Низкие значения температурного оптимума отмечены для α-амилазы слизистой оболочки кишечника ленского осетра – 30 °С. Температурный оптимум данного фермента у рыб, обитающих в Волго-Каспийском бассейне, обнаруживается, как правило, при 40 °С [11]. Следует отметить, что данное значение температурного оптимума соответствует таковому для рыб, обитающих в северных широтах [10]. Несмотря на низкие значения температурного оптимума, у ленского осетра активность при температуре 0 °С достаточно высока и составляет 80 % от максимального значения, в то время как у большинства пресноводных костистых рыб – лишь 15 % [2]. Температурный оптимум мальтазы у ленского осетра соответствует таковому для рыб Волго-Каспийского бассейна и составляет 55 °С. Относительная активность мальтазы при температуре инкубации 0 °С составляет 23 %, что соотносится с температурной характеристикой рыб Волго-Каспийского бассейна [3]. Достаточно низкие значения температурного оптимума (40 °С) отмечены при исследовании уровня активности казеинлитических протеиназ. Относительная активность данного фермента при температуре 0 °С у ленского осетра намного ниже, чем у костистых видов рыб Волжского бассейна и составляет соответственно 13 и 35–70 % от максимума. В табл. 2 представлены данные по влиянию рН инкубационной среды на уровень активности ферментов слизистой оболочки кишечника ленского осетра. Таблица 2 Влияние рН инкубации на уровень активности пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника ленского осетра, мкмоль/(г·мин) рНα-Амилаза*МальтазаЩелочная фосфатазаКазеинлитические протеиназы 38,02 ± 0,291,01 ± 0,080,36 ± 0,01– 49,10 ± 0,282,37 ± 0,080,38 ± 0,01– 510,43 ± 0,373,92 ± 0,080,38 ± 0,01– 612,34 ± 0,1110,01 ± 0,110,42 ± 0,014,46 ± 0,10 717,77 ± 0,2912,88 ± 0,880,48 ± 0,019,78 ± 0,29 814,71 ± 0,2912,16 ± 0,150,50 ± 0,0113,24 ± 0,23 914,55 ± 0,0910,24 ± 0,110,52 ± 0,0113,56 ± 0,23 1013,72 ± 0,294,14 ± 0,110,37 ± 0,0113,49 ± 0,16 1113,37 ± 0,181,66 ± 0,080,28 ± 0,0112,11 ± 0,22 129,52 ± 0,381,66 ± 0,110,27 ± 0,014,97 ± 0,23 * мг/(г·мин). Из табл. 2 видно, что максимальная активность α-амилазы, мальтазы, щелочной фосфатазы обнаружена при рН 8–9, 7, 8–9 и 9–10 соответственно. Оптимальные значения рН для казеинлитических протеиназ находятся в диапазоне 8–10. Данные оптимумы соответствуют таковым для рыб Волжского бассейна [3, 4]. Заключение Известно, что температурные характеристики ферментов отражают условия существования вида в историческом прошлом [3]. Ленский осетр, характерный представитель бассейна р. Лены, обитает в других температурных условиях, нежели представители Волжского бассейна. Возможно, именно с этим связано смещение у него температурных оптимумов α-амилазы и казеинлитических протеиназ в сторону более низких значений температуры. Кроме того, отмечается сходство ответных реакций пищеварительных ферментов на изменение температуры инкубации у ленского осетра и рыб, обитающих в арктических широтах. Таким образом, подтверждено, что адаптационные перестройки пищеварительной системы пойкилотермных организмов 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 // Zhurn. evolyuc. biohim. i fiziol. - 1972. - T. 8, № 3. - S. 269-278.
2. Ugolev A. M., Kuz'mina V. V. Pischevaritel'nye processy i adaptacii u ryb. - SPb.: Gidrometeoizdat, 1993. - 283 s.
3. Nevalennyy A. N., Tuktarov A. V., Bednyakov D. A. Funkcional'naya organizaciya i adaptivnaya regulyaciya processov pischevareniya u ryb. - Astrahan': Izd-vo AGTU, 2003. - 152 c.
4. Nevalennyy A. N., Bednyakov D. A., Novinskiy V. Yu. Issledovanie nekotoryh harakteristik fermentov, obespechivayuschih process membrannogo pischevareniya u veslonosa Polyodon spathula // Vopr. ihtiologii. - 2010. - T. 50, № 3. - S. 400-404.
5. Bednyakov D. A., Novinskiy V. Yu., Nevalennaya L. A. Kompleksnoe issledovanie osobennostey membrannogo pischevareniya u sevryugi // 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 // Yug Rossii. Ekologiya, razvitie. - 2010. - № 4. - S. 49-52.
7. Nevalennyy A. N., Bednyakov D. A., Dzerzhinskaya I. S. Enzimologiya. - Astrahan': Izd-vo AGTU, 2005. - 102 s.
8. Glinskiy V. V., Ionin V. G. Statisticheskiy analiz: Rukovodstvo po obucheniyu. - M.: INFRA-M; Novosibirsk: Sibir. soglashenie, 2002. - 241 s.
9. Ugolev A. M., Timofeeva N. M., Gruzdkov A. A. Adaptaciya pischevaritel'noy sistemy // Fiziologiya adaptacionnyh processov. - M.: Nauka, 1986. - S. 371-481.
10. Nevalennyy A. N., Levchenko O. E., Korostelev S. G. Vliyanie temperatury inkubacii na uroven' aktivnosti pischevaritel'nyh fermentov kety (Oncorhynchus keta) // Vestn. Ros. un-ta druzhby narodov. Ser.: Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. - 2005. - № 2 (12). - S. 89-91.
11. Kuz'mina V. V., Morozova E. N. Vliyanie temperatury na aktivnosti α-amilazy u presnovodnyh kostistyh ryb // Vopr. ihtiologii. - 1977. - T. 17, № 5. - S. 922-929.
