РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЛИПИДНОГО СОСТАВА ЛИПОПРОТЕИДОВ РЫБ

Т.И. Регеранд¹, М.В. Лизенко², Е.И. Лизенко³

¹Учреждение Российской академии наук Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, г.

²Кафедра факультетской терапии медицинского факультета ПГУ, г. Петрозаводск ³Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петроза­водск, e-mail: regerand@nwpi.krc.karelia.ru

Введение

Представители ихтиофауны являются одним из основных компонентов биологических ресур­сов водной среды, как с точки зрения естественного биоразнообразия любого водоема, так и ис­пользования его в виде ценного пищевого продукта для человека. Воспроизводство запасов биоре­сурсов, в том числе и искусственное, становиться серьезной актуальной задачей в условиях изме­ненной окружающей среды практически всех водоемов, начиная от скромных по размерам озер и рек и заканчивая океаном. Для проведения экологически грамотной деятельности по использова­нию и охране водных биологических ресурсов необходимо понимать принципы существования объектов вплоть до клеточного уровня.

Целью данной работы является анализ влияния различных факторов на формирования липо­протеидов (ЛП) сыворотки крови (СК) рыб, осуществляющих транспорт липидов в организме. ЛП рыб аналогичны по строению с другими представителями позвоночных (Black, Skinner, 1986; Babin, Vere, 1989): поверхность их окружена однослойной мембраной, состоящей из белков, фосфолипи­дов (ФЛ) и холестерина (ХС), в центре частицы сосредоточены нерастворимые гидрофобные липи­ды - эфиры холестериан (ЭХС) и триацилглицериды (ТГ). В такой упаковке нерастворимые липиды легко передвигаются в сыворотке крови и переносятся во все органы и ткани и выводятся из орга­низма.

В соответствии с выполняемыми функциями ЛП подразделяются на частицы низкой плотно­сти (ЛПНП), ответственные за доставку липидов, главным образом холестерина, к клеткам, и высо­кой плотности (ЛПВП), осуществляющие вынос таковых из организма.

Материалы и методы

Были исследованы следующие представители ихтиофауны: осетр - Asipenser gildenstadti L., белуга - Huso huso L., форель - Salmo gairdnerii L., сиг - Coregonus lavaretus L., судак - Stizostedion lucioperca L., щука - Esox lutius L., лещ - Abramis brama L., налим - Lota lota L.. Осетровые, осетр и белуга, были выловлены в бассейне Каспийского моря, форель - в форелевом хозяйстве Кондопож­ской губы Онежского озера, а сиг, судак, щука, лещ и налим в центральной части Онежского озера, сохраняющей природный олиготрофный статус и высокое качество воды (Лозовик и др., 2003).

Кровь у рыб брали из хвостовой вены, получали сыворотку, из которой осаждали ЛП по раз­работанной ранее методике (Регеранд и др., 1990). Полученные методом осаждения ЛП далее обра­батывали смесью хлороформа - метанола (2:1, по объему) для извлечения липидов, которые разде­ляли методом тонкослойной хроматографии на отдельные компоненты и определяли их количест­венно спектрофотометрией. Для анализа сыворотки крови животных использовали сборные пробы крови, полученные от 20-30 рыб каждого вида в зависимости от их размера. Достоверными прини­мали различия при уровне значимости Р < 0,05.

Результаты и обсуждение

Полученные результаты проанализированы по следующим направлениям: филогенетическое, онтогенетическое, физиологическое и экологическое.

Установлено, что содержание общих липидов в ЛПНП хрящевых рыб, осетра и белуги, а так­же представителей более ранних видов, форели и судака, находится в пределах 200 мг/дл, тогда как у современных костистых рыб, щуки, леща и налима, этот показатель выше в 1,5 раза (табл.1). Ана­лиз данных показывает, что эволюционный процесс направлен на увеличение содержания фракции ЛПНП, а в них липидов, от хрящевых до современных костистых представителей.

Таблица 1

Содержание общих липидов в сыворотке крови рыб, (мг/дл)

Примечание: К_{1 -} содержание общих липидов в ЛПВП/ содержание общих липидов в ЛПНП

ЛПВП сформировались значительно раньше (Gilbert, Chino, 1974), чем ЛПНП, которые счита­ются более «молодыми» и преобладают в сыворотке современных организмов, в том числе у мно­гих млекопитающих и человека.

Аналогично содержанию общих липидов в ЛП сыворотки крови рыб, установлено возраста­ние уровня суммарного ХС в ЛПНП от осетровых до современных костистых рыб. Самое высокое его количество определено в ЛПНП щуки, леща и налима, а самое низкое у осетра. Концентрация ХС в ЛПВП высока у всех представителей, но особенно, у форели, судака и осетра, где она в сред­нем в 7 раз превосходила таковую в ЛПНП. Даже у современных костистых рыб уровень ХС в ЛПВП почти в 1,5 раза выше, чем в ЛПНП. Эволюционный процесс увеличения содержания ХС наиболее четко отмечается в ЛПНП, тогда как в ЛПВП такой закономерности не установлено (Ли- зенко и др., 2004).

Эволюционные изменения отмечены также и по содержанию ФЛ и, особенно входящего в их состав фосфатидалхолина (ФХ), который участвует в образовании биологических мембран клеток, тканей и органов, а также и самих частиц ЛП. Установлено, что наиболее высокое количество об­щих ФЛ и главного их компонента ФХ содержится в ЛПВП сыворотки крови форели, сига и осетра (табл. 2), по сравнению с судаком, щукой, лещом и налимом. Наоборот, в ЛПНП уровень общих ФЛ и ФХ выше у современных костистых рыб.

Таблица 2

Содержание фосфолипидов в ЛП сыворотки крови рыб, (мг/дл)

Примечание: К2 - ФЛ ЛПВП/ФЛ ЛПНП, К3 - ФХ ЛПВП/ФХ ЛПНП, К4 - ХС ЛПВП/ФХ

Для выяснению тенденции эволюционного изменения концентраций общих ФЛ и ФХ в ЛП у рыб от хрящевых до костистых проведены расчеты коэффициентов относительного содержания этих липидов в ЛПВП к таковым в ЛПНП.

В качестве примера изменения содержания липидов в ЛПНП и ЛПВП у рыб в зависи­мости от физиологических особенностей организма (Лизенко и др., 1995) приведены значе­ния уровня общих липидов и отдельных фракций в ЛПНП и ЛПВП самцов и самок осетра и судака (табл. 3). Определено, что у рыб обоих видов содержание общих липидов в ЛПНП и ЛПВП, а в них ФЛ и, главным образом, ФХ, и ТГ выше у самок. Напротив, у самцов преоб­ладал ХС.

Липидный состав ЛП сыворотки крови самок и самцов осетра и судака, (мг/дл)

Таблица 3

Установлено (Babin, Vere, 1989) что ЛП рыб кроме тех функций, которые присущи животным и человеку, осуществляют транспорт липидов в гонады, где формируются половые продукты. Особенно высокая нагрузка лежит на ЛП самок в период формирования икры.

Определены изменения липидного состава ЛП сыворотки крови рыб от возраста особей. В ка­честве примера приведены данные по липидному составу ЛП самок форели в возрасте 2 и 3 лет (табл. 4). Показано, что во фракции ЛПВП общее количество всех липидных компонентов, включая ФЛ, а в них ФХ, ТГ, ХС и ЭХС, в среднем в 1.5 раза выше у трехлеток, по сравнению с двухлетка­ми. Поднятие уровня липидов, особенно ФЛ, в ЛПВП трехлеток является необходимым условием для подготовки самок к нересту. Это связано с тем, что в формирующуюся икру должны поступать все липидные компоненты, но особенно ФЛ и, в частности ФХ, который участвует в формировании вителлогенина - липофосфогликопротеинового комплекса, играющего основную роль в формиро­вании и развитии яиц форели (Babin, Vere, 1989). Таким образом, только к трехлетнему возрасту у самок достигается такой уровень липидов в формирующейся икре, который позволяет иметь полно­ценную личинку и развивающуюся из них особь.

Таблица 4

Липидный состав ЛП СК 2- и 3-летних самок форели на II стадии зрелости гонад, (мг/дл)

Несмотря на возрастные различия в содержании липидов в ЛП форели, существует и законо­мерность - значительное преобладание фракции ЛПВП, по сравнению с ЛПНП. Аналогичные ре­зультаты по изменению содержания липидов в ЛП в зависимости от возраста особей и сезона года получены на форели, которые подтверждают преобладание липидов в ЛПВП (до 2500 мг/дл) в про­цессе оогенеза и овуляции, по сравнению с ЛПНП (Wallaert , Babin, 1994).

На липидный состав ЛП рыб оказывают значительное влияние и условия, в которых они обитают. В качестве примера приведены (табл. 5) результаты по содержанию общих липидов и ФХ в ЛП сыворотки крови форели и сига. Оба вида, лососевые и сиговые, очень близки в эво­люционном плане. Существует точка зрения, что сиговые и лососевые входят в одно семейство лососевых и являются двумя подсемействами: собственно лососевые и сиговые (Берг, 1948). Ра­дужная форель - объект промышленного рыбоводства, выращиваемый в заводских условиях при наличии установленного постоянного режима питания в виде стандартного гранулирован­ного корма, содержащего большое количество липидных питательных веществ, и ущемления естественной двигательной активности. Сиг - представитель природной ихтиофауны крупного водоема, неподверженного на данный момент антропогенному воздействию, имеет естествен­ный режим питания, небогатого липидными компонентами, и двигательной активности (Ва­сильева и др., 2004).

Таблица 5

Липидный состав липопротеидов сыворотки крови форели и сига, (мг/дл)

Научный интерес к данной теме связан с развитием рыбоводства, основным объектом которо­го на территории Карелии является радужная форель Salmo gairdneri, завезенная в Европу в конце XIX века из Калифорнии. В настоящее время форелеводство в Карелии стало самостоятельной от­раслью с объёмом производства товарной продукции свыше 7000 тонн в год, или 70-75% производ­ства товарной форели в России (Смирнов, 2008)

Несмотря на близкие эволюционные, возрастные и сезонные параметры, анализ ре­зультатов исследования липидов ЛП сыворотки крови форели и сига показал, что у форели как в ЛПНП, так и в ЛПВП содержание общих липидов, а в них ФЛ, ТГ и ХС, выше, чем у сига. У форели уровень ФХ в ЛПНП в 2 раза выше, чем у сига, в ЛПВП - в 1.3 раза. Таким образом, достоверное превышение концентраций всех липидных компонентов в ЛП сыво­ротки крови форели, по сравнению с сигом, в данном случае можно считать следствием из­менения естественных условий среды обитания результатом которого является нарушение липидного обмена, в первую очередь, в результате неправильного питания, что является фактором риска для возникновения патологий, связанных с изменением липидного статуса организма.

Выводы

Мониторинг биоресурсов водоемов, в том числе и рыбохозяйственный, должен предусматри­вать последствия антропогенного влияния на объекты ихтиофауны, накладывающиеся на естест­венные особенности их организма: филогенетические и физиологические. Охрана водных биоре­сурсов, в частности ихтиофауны, направленная на сохранение биоразнообразия и создание условий для их использования и воспроизводства, должна основываться на комплексном изучении организ­мов, включая клеточный уровень и биохимические основы их существования.

Литература

Берг Л.С., 1948. Рыбы пресноводных вод СССР и сопредельных стран. Москва - Ленинград: РАН. Ч. 1.

466 с.

Васильева О.Б., Лизенко Е.И., Регеранд Т.И., Юровицкий Ю.Г., Сидоров В.С., 2004. Биохимические

особенности липидного состава липопротеидов у рыб разной экологии: форели Salmo irideus L.u сига Coregonus lavaretus L. // Известия РАН. Серия биологическая. № 2. С. 146 -149.

Лизенко Е.И., Сидоров В.С., Лукьяненко В.И., Регеранд Т.И., Гурьянова С.Д., Васильева О.Б., Такшеев

С.А., 1995.Общая характеристика липидного состава липопротеидов сыворотки крови осетровых

(acipenserudae) // Вопросы ихтиологии. Т. 35. № 34. С. 553-557.

Лизенко Е.И., Сидоров В.С., Регеранд Т.И , Лукьяненко В.И., Гурьянова С.Д., Васильева О.Б., 1998. Сравнительная характеристика липидных компонентов липопротеидов сыворотки крови некоторых хряще­вых и костистых рыб // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. Т. 34. № 6. С. 641-647.

Лизенко Е.И., Регеранд Т.И., Лизенко М.В., Бахирев А.М., Петровский В.И., Васильева О.Б., 2004.

Сравнительное исследование уровня структурных липидов в сыворотке и липопротеидах крови человека и некоторых животных // Вопр. биол., мед. и фарм. химии. №1. С. 32-37.

Лозовик П.А., Куликова Т.П., Мартынова Н.Н., 2003. Мониторинг водных объектов Республики Каре­лия в 1992-2000 гг. // Гидроэколоогические проблемы Карелии и использование водных ресурсов. Петроза­водск: КарНЦ РАН. С. 135-144.

Регеранд Т.И., Лизенко Е.И., Петровский В.И., Сидоров В.С., 1990. Выделение липопротеидов сыво­ротки крови методом осаждения и определение их липидного состава // Лаб. Дело. № 4. С. 48-52.

Смирнов Ю.А., 2008. Экологические проблемы форелеводства и способы их решения // Водная среда: комплексный подход к изучению, охране и использованию. Петрозаводск 2008. С. 43-49.

Babin P.K. J., Vere J-M., 1989. Plasma lipoproteins in fish // J. Lipid res. V. 30. P. 467-491

Black D., Skinner E.K., 1986. Feature of the lipid transport system of fish as demonstrated by studies on starvation on rainbow trout // J. comp. Physiol. B. V. 150. P. 492-502.

Berg G., Berg J., 1992. Metabolism of high density lipoproteins in rainbow trout // Biochem. et Biophys. Acta. V. 1125. P. 8-12.

Gilbert L.I., Chino L.I., 1974. Transport of lipids in insects // J. of Lipid Res. V. 15. P. 439-455.

Nelson G.S., Shore V.G., 1974. Characterization of the serum high density lipoproteins and apolipoproteins of pink salmon // J. Biol. Chem. V. 249. P. 530-543.

Wallacrt Ch., Babin P.K.J., 1994. Age-related, sex-related and seasonal changes of plasma lipoprotein concentration in trout // J. of Lipid Res. V. 35. P. 1619-1633.

THE ROLE OF DIFFERENT FACTORS IN THE FORMATION OF LIPID CONTENT IN FISH LIPOPROTEINS

T.I. Regerand¹, M.V. Lizenko², E.I. Lizenko³

¹Northern Water Problems Institute of Karelian Research Center RAS, Petrozavodsk, Russia ² Sub-faculty of therapy at the medical department of the Petrozavodsk State University, Petrozavodsk ³Institute of Biology of Karelian Research Center RAS, Petrozavodsk e-mail: regerand@nwpi.krc.karelia.ru

The represents of ichthyofauna are one of the main components of the biological resources of water environment as of the natural biological diversity and the valuable food substance for the population points of view. The reproduction of the biological resources, in that number the artificial once, in the variable water environment is actual and the insight of the water inhabitants existence principles up to the cellular level is important.

The research was aimed to analyze the influence of the different factors on the formation of lipid content in fish lipoproteins (LP) The LP in fish blood serum, as in other vertebrates, are responsible for the lipid transport in the organism. According to the functions LP are divided to the low (LDL) and high (HDL) density LP. The balance of lipids in LP and the balance of LP in blood have the critical meaning as indicators of normal and pathological states in the organism.

The got results were analyzed in the phylogenetic, ontogenetic, physiologic and ecological directions. The conclusion was made that monitoring of the biological resources in water environment have to take into account the anthropogenic influence on the ichthyofauna objects which are imposed upon the natural characteristics of their organisms. The protection of the biological resources in water environment and ichthyofauna, in that number with the goals of their use and reproduction, have to be based on the complex investigations including cellular level and biochemical mechanisms.