НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ШЕПЕЛЬОВА ІРИНА АНАТОЛІЇВНА
УДК 577.1: 615.9: 546.48: 599.323.4
ВПЛИВ КАДМІЮ НА ПОКАЗНИКИ
АЗОТНОГО І ВУГЛЕВОДНОГО ОБМІНУ
В ОРГАНІЗМІ ЩУРІВ РІЗНОГО ВІКУ
03.00.04 – біохімія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ - 2008
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України
Науковий керівник - кандидат біологічних наук, доцент
Мельникова Неля Миколаївна,
Національний аграрний університет,
професор кафедри біохімії тварин, якості і
безпеки сільськогосподарської продукції
імені акад. М.Ф. Гулого
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор, академік УААН
Герасименко Віктор Григорович,
Білоцерківський державний аграрний університет,
завідувач кафедри екології і біотехнології
доктор біологічних наук, старший науковий співробітник
Хижняк Світлана Володимирівна,
Київський національний університет
імені Тараса Шевченка,
провідний науковий співробітник
лабораторії фізико-хімічної біології
біологічного факультету
Захист відбудеться “29” лютого 2008 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.08 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд.65
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кімн.28
Автореферат розісланий “26” січня 2008 р.
Вчений секретар
cпеціалізованої вченої ради І.В. Калінін
Актуальність теми. Вільним амінокислотам належить важлива біологічна роль у регуляторних і адаптаційних процесах організму, а зміни в їх вмісті відображають глибину деструктивних і катаболітичних процесів, які відбуваються в організмі за патологічних станів (Мак-Мюррей У., 1980; Передерий В.Г. и др., 1993; Бенсон Дж. и др., 1994; Ганиев Х.Г., 1996).
Утворення вільних радикалів, яке відбувається, зокрема, за умов надходження до організму важких металів і кадмію, прискорює процес пероксидного окиснення, що супроводжується пошкодженням макромолекул та надмолекулярних компонентів клітини, виснаженням системи антиоксидантного захисту організму, змінами азотного, вуглеводного обміну й інтенсивності біоенергетичних процесів (Меньшикова Н.Б. и др., 1994; Мельничук Д.О. та ін., 2004). Ініціація окисної модифікації білків є однією з ланок токсичного пошкодження клітин унаслідок порушення функціонування цитоплазматичних ферментів і мембранних іонних насосів із наступним запуском різноманітних механізмів руйнування клітин (Dean R. T. et al., 1997).
Отруєння тварин важкими металами призводить до порушення процесу гліколізу, функціонування циклу трикарбонових кислот – важливих шляхів біологічного окиснення і генерації енергії, а також до змін амінокислотного складу організму, внаслідок чого порушується перебіг метаболічних процесів, що призводить до виникнення низки патологічних змін в організмі (Clarkson T. W., 1987). Одним із механізмів токсичного впливу кадмію є його здатність зв’язуватися з HS-групами білків, що призводить до інгібування активності ферментів та утворення комплексних сполук з органічними й неорганічними лігандами (Коротков С.А., 1996).
Іони кадмію є одним із факторів, які зумовлюють розвиток окисного стресу, внаслідок чого відбувається модифікація амінокислот (Levine R. L. et al., 1990; Мещишен І.Ф. та ін., 1999; Дубиніна О.Ю., 2001). Модифікація амінокислотних залишків призводить до змін структурної організації білкової молекули. Це супроводжується фрагментацією їх з утворенням низькомолекулярних компонентів або агрегацією білкових молекул, які підлягають дії активних форм кисню (Davies K. J. et al., 1987; Starke-Reed P. E. et al., 1989; Levine R. L. et al., 1990). Крім того, виникають зміни кислотно-лужного стану організму, змінюються біохімічні показники крові. Порушення кислотно-лужного стану пов’язані з накопиченням кислих продуктів обміну, внаслідок чого виникає метаболічний ацидоз (Мельничук Д.А., 1989; Засєкін Д.А. та ін., 2003; Мельникова Н.М. та ін., 2004; Кравців Р.Й., Буцяк В.І., 2005).
Дослідження останніх років дозволили з’ясувати молекулярні механізми участі спеціалізованих тіолових металотіонеїнів і глутатіону в процесах детоксикації кадмію. Разом з цим важливу роль у детоксикації кадмію можуть відігравати вільні амінокислоти крові та різних органів (Кулинский В.И., 1990).
Вікові відмінності реакцій організму на вплив важких металів за багатьма біохімічними показниками мають важливе значення в оцінці його чутливості до утворення токсичних продуктів метаболізму. При цьому чутливість організму до дії важких металів є більш вираженою у тварин в молодому віці (Трахтенберг І.М., 2005). Гомеостатичний механізм цих змін базується на тому, що молоді тварини мають високий рівень обмінного нітрогену, що обумовлюється інтенсифікацією метаболізму (Agrawal H. C. et al., 1968). З віком змінюється значною мірою не тільки концентрація вільних амінокислот, але і їх співвідношення (Ларский Э.Г., 1990).
Нині недостатньо з'ясовані адаптаційні метаболічні зміни, що виникають у відповідь на дію важких металів, та можливість їх корекції. У сучасній науковій літературі відсутні дані щодо проведення системних досліджень вмісту вільних амінокислот у крові та органах тварин різного віку, отруєних кадмію сульфатом. Питання впливу кадмієвої інтоксикації на стан метаболічного пулу вільних амінокислот в організмі, показники азотного обміну, а також вміст метаболітів гліколізу і циклу трикарбонових кислот у віковому аспекті вивчені недостатньо. Не з’ясовано вплив кадмію на вміст вільних амінокислот, які беруть участь у процесах азотного та вуглеводного обміну.
Тому дослідження показників азотного і вуглеводного обміну в крові та органах тварин при введенні кадмію сульфату у віковому аспекті є важливою ланкою у встановленні природи факторів, які викликають зміни інтенсивності реакцій метаболізму, а визначення цих показників в організмі отруєних тварин дає можливість впливати на регуляцію токсичної дії важких металів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною науково-дослідних робіт кафедри біохімії тварин, якості і безпеки сільськогосподарської продукції імені акад. М.Ф. Гулого Навчально-наукового інституту ветеринарної медицини та якості і безпеки продукції тваринництва Національного аграрного університету: “Вплив кислотно-лужного стану на характер біологічної міграції важких металів в організмі тварин” (№ держреєстрації 0101U001700) (2001 – 2005 рр); “Вивчити біохімічну характеристику тканин організму тварин, токсикованих важкими металами, та розробити способи їх елімінації” (№ держреєстрації 0106U003874) (2006 – 2010 рр).
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи було дослідити вплив кадмію сульфату на показники азотного і вуглеводного обміну в організмі щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку.
Відповідно до поставленої мети визначено такі основні завдання досліджень:
встановити якісний склад вільних амінокислот у крові, печінці, нирках, легенях, серці та селезінці щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку, а також за умов уведення кадмію сульфату;
дослідити кількісний склад вільних амінокислот у крові, печінці, нирках, легенях, серці та селезінці щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і при введенні кадмію сульфату;
дослідити концентрації показників азотного обміну – аміаку, креатиніну, сечовини та загального білка в крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;
визначити вміст метаболітів гліколізу – пірувату, лактату в печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;
визначити вміст метаболітів циклу трикарбонових кислот – малату, оксалоацетату та б-кетоглутарату в печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку і за умов уведення кадмію сульфату;
виявити взаємозв’язок між змінами показників азотного і вуглеводного обміну в крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку та при введенні кадмію сульфату.
Об’єкт дослідження - вплив кадмію сульфату на вміст вільних амінокислот у крові та органах, на концентрацію показників азотного обміну в крові, а також на вміст метаболітів гліколізу і циклу трикарбонових кислот у печінці та крові щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку.
Предмет дослідження – показники азотного обміну – амінокислоти, аміак, сечовина, креатинін, загальний білок; показники вуглеводного обміну – лактат, піруват, малат, оксалоацетат, б-кетоглутарат; кров, печінка, нирки, легені, селезінка, серце щурів 3-, 6 - та 18-місячного віку при введенні кадмію сульфату.
Методи дослідження – біохімічні, спектрофотометричні, спектральні, хроматографічні, статистичні.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведено дослідження амінокислотного спектра крові та внутрішніх органів щурів різного віку за умов уведення кадмію сульфату. Встановлено вікові особливості якісних і кількісних характеристик вільних амінокислот у крові та внутрішніх органах інтактних щурів 3-, 6 - і 18-місячного віку, а також показано, що в крові та внутрішніх органах щурів 3-місячного віку метаболічний пул вільних амінокислот є найвищим. Виявлено, що введення кадмію сульфату призводить до зміни метаболічного пулу вільних амінокислот у крові та внутрішніх органах щурів різного віку, а зміни вмісту вільних амінокислот мають виражену вікову залежність, яка найбільшою мірою проявляється у щурів 3-місячного віку. Встановлено, що у крові щурів різного віку за умов уведення кадмію сульфату відбуваються зміни в концентрації показників, які характеризують стан азотного обміну: підвищується концентрація сечовини, аміаку та креатиніну, знижується концентрація загального білка. Вперше досліджено віковий аспект змін вмісту метаболітів гліколізу (пірувату і лактату) та циклу трикарбонових кислот (малату, оксалоацетату і б-кетоглутарату) у крові та печінці інтактних щурів і за умов уведення кадмію сульфату. Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи підтверджена патентом на винахід.