Главная » 2014 » Июль » 22 » Скачать Особенности мембранного пищеварения у рыб различных таксономических и экологических групп. Коростелев, Сергей Георгиевич бесплатно
9:30 PM
Скачать Особенности мембранного пищеварения у рыб различных таксономических и экологических групп. Коростелев, Сергей Георгиевич бесплатно
Особенности мембранного пищеварения у рыб различных таксономических и экологических групп
Диссертация
Автор: Коростелев, Сергей Георгиевич
Название: Особенности мембранного пищеварения у рыб различных таксономических и экологических групп
Справка: Коростелев, Сергей Георгиевич. Особенности мембранного пищеварения у рыб различных таксономических и экологических групп : диссертация доктора биологических наук : 03.00.13 Петропавловск-Камчатский, 2005 276 c. : 71 07-3/128
Объем: 276 стр.
Информация: Петропавловск-Камчатский, 2005
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫИ
11 Современные концепции пищеварения
111 Полостное (внеклеточное или дистантное пищеварение)
112 Внутриклеточное пищеварение
113 Мембранное пищеварение
114 Аутолитическое пищеварение
115 Симбионтное пищеварение
116 Транспорт нутриентов
12 Структурно-функциональная характеристика пищеварительной системы рыб
121 Морфологические особенности пищеварительного тракта рыб
122 Структуры слизистой поверхности кишечника рыб
123 Пищеварительные процессы
124 Влияние характера питания на активность пищеварительных ферментов у рыб
13 Адаптация пищеварительной системы рыб к температуре среды обитания
131 Видовые адаптации
132 Индивидуальные адаптации
14 Взаимодействие пищевых веществ в процессе пищеварения
15 Эффективность функционирования транспортных систем кишечника у рыб
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
21 Объекты исследований
22 Техника приготовления ферментативно-активных препаратов, условия проведения опытов
23 Методы определения активности ферментов слизистой кишечника
231 Определение активности мальтазы
232 Определение сахаразной и суммарной карбогидразной активности
233 Определение активности а-амилазы
234 Определение суммарной протеиназной (рН 7,4) активности
235 Определение активности щелочной фосфатазы
236 Исследование полисубстратных эффектов
24 Расчет температурных характеристик ферментативных реакций
ГЛАВА 3 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИШЕЧНИКА РЫБ РАЗЛИЧНЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ГРУПП
31 Видовые температурные адаптации пищеварительных ферментов рыб
311 Осетровые
312 Лососевые
313 Камбаловые
32 Индивидуальные температурные адаптации кишечной мальтазы карпа
321 Уровень активности мальтазы кишечника при изменении температуры среды содержания карпа
322 Температурные характеристики мальтазы различных отделов кишечника голодающих карпов при изменении температуры среды содержания
323 Температурные характеристики мальтазы кишечника питающихся карпов при изменении температуры среды содержания
33 Влияние температуры среды содержания и функционального состояния карпов на структурные характеристики их кишечников
34 Физико-химические свойства мембранной, детергентной и протеазной форм кишечной мальтазы различных карповых рыб
341 Температурные характеристики различных форм мальтазы кишечника украинской и ропшинской пород карпа
342 Температурные характеристики различных форм мальтазы кишечника карпа и белого толстолобика
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ИОНОВ В ВОДЕ НА АКТИВНОСТЬ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ У РЫБ
41 Влияние изменения рН среды содержания карпов на уровень активности карбогидраз кишечника
42 рН-функции пищеварительных ферментов слизистой оболочки кишечника лососевых видов рыб
ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ПИЩИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
51 Взаимодействия пищевых веществ в условиях in vivo
52 Взаимодействия пищевых веществ в условиях in vitro
521 Осетровые
522 Лососевые
523 Карповые
524 Камбаловые
Введение:
Актуальность проблемы. Полученная в течение второй половины XX века информация значительно изменила многие наиболее фундаментальные представления о работе пищеварительной системы. Традиционные взгляды на механизм ассимиляции пищевых веществ гетеротрофными организмами основывались на общепринятом представлении о существовании двух типов пищеварения - внеклеточного и внутриклеточного (обзоры: Павлов, 1987; Лондон, 1916; Бабкин, 1927; Коштоянц, 1950 и мн. др.). Однако в конце 50-х годов было обнаружено (Уголев, 1960 а, б), что помимо упомянутых выше классических типов пищеварения существует третий фундаментальный тип -мембранное пищеварение, которое осуществляется при контакте пищевых субстратов с ферментами, локализованными на внешней поверхности структур кишечных клеток. В этот же период описаны наиболее существенные особенности мембранного пищеварения. Обнаружение последнего позволило приблизиться к пониманию ряда важных закономерностей работы пищеварительного аппарата млекопитающих, а затем и всех биотрофов.
Вместе с тем известно, что рыбы - это наиболее многочисленная группа позвоночных животных, насчитывающая более 20 тыс. видов с огромным разнообразием пищевых особенностей. В результате проведенных к настоящему времени исследований охарактеризованы закономерности полостного, мембранного и внутриклеточного гидролиза пищи и транспорта нутриентов в кишечнике рыб, достигнуты значительные успехи в изучении процессов индуцированного аутолиза и участия ферментов микрофлоры в реализации пищеварительной функции (Кузьмина, Цветкова, 2001; Кузьмина, Скворцова, 2001, 2002,2003; Неваленный и др., 2003; Извекова, Лаптева, 2004 и мн. др.).
В конце XX века появились представления о том, что биосферу можно рассматривать, как трофосферу, где пищевые сети образуют замкнутую систему, функции обратной связи в которой играют ферменты, осуществляющие гидролитическое расщепление биополимеров (Уголев, 1985, 1990). Известно, что важнейшим биотическим фактором для гетеротрофных организмов является обеспеченность необходимой пищей, а наиболее важными абиотическими, особенно для холоднокровных гидробионтов - температура и для гидробионтов - концентрация водородных ионов в воде.
В связи с этим, особый интерес представляет исследование влияния экологических факторов на пищеварительную функцию кишечника рыб и выявление механизмов взаимодействия нутриентов в естественных условиях пищеварительного процесса. Следует отметить, что до последнего времени влияние температуры акклимации и реакции среды (рН) на активность энтеральных ферментов рыб практически не изучено, крайне мало сведений о температурных адаптациях мембранных ферментов с учетом роли различных компонентов фермент-мембранных комплексов энтероцитов. Имеющиеся данные не позволяют сделать вывод о том, как влияют важнейшие абиотические факторы среды обитания на процессы пищеварения у рыб в течение жизненного цикла.
Несмотря на то, что регуляторные свойства ферментов, обеспечивающих процессы мембранного пищеварения у рыб, были установлены достаточно давно (Гредин, 1977; Кузьмина 1987), механизмы взаимодействия пищевых веществ в процессе гидролиза остаются до конца не выясненными (Неваленный и др., 2003). Сведения, полученные при исследовании этих вопросов, необходимы для решения не только ряда теоретических и прикладных проблем питания и пищеварения рыб, но также и для понимания процессов, происходящих в водных экосистемах.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы заключалась в изучении особенностей усвоения пищи у рыб различных таксономических и экологических групп. Центральное внимание было уделено влиянию температуры и концентрации ионов водорода на процессы мембранного пищеварения и процессам взаимодействия пищевых веществ в кишечнике рыб.
В связи с этим, были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать видовые температурные адаптации пищеварительных ферментов рыб, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы.
2. Выявить индивидуальные температурные адаптации на примере мембранносвязанной мальтазы карпа.
3. Оценить влияние температуры среды содержания и функционального состояния карпов на структурные характеристики их кишечников.
4. Сравнить физико-химические свойства мембранной, детергентной и протеазной форм кишечной мальтазы различных карповых рыб.
5. Проанализировать влияние концентрации водородных ионов в воде на активность гидролитических ферментов рыб в условиях in vivo и in vitro.
6. Изучить влияние состава потребляемой пищи на активность пищеварительных ферментов и установить эффекты взаимодействия пищевых веществ в процессе гидролиза у рыб различных таксономических групп.
Научная новизна и практическая значимость работы. Выявлены особенности ферментных систем, обеспечивающих процессы мембранного пищеварения у рыб разных таксономических групп (осетровые, лососевые, карповые, камбаловые), обитающих в холодных водах и у видов из южных водоемов, а также у пресноводных, морских и проходных экологических групп. При этом показано, что свойства пищеварительных ферментов у исследованных групп видов рыб свидетельствуют об их значительной адаптированности к условиям функционирования, что обеспечивает оптимальное осуществление пищеварительной функции в естественных условиях.
Впервые на основе исследования физико-химических свойств мембраной, детергентной и протеазной форм кишечной мальтазы карповых рыб установлены видовые различия фермент-мембранного комплекса, а также внутривидовые особенности у карпов украинской и ропшинской породных групп, которые исчезают при разрушении комплекса фермент-мембрана. Выявленные различия свидетельствуют о фенотипических температурных адаптациях ферментных систем кишечника рыб, которые осуществляются за счет изменения микросреды - свойств клеточной мембраны и гидрофобного домена, но не затрагивают структуру белковой глобулы фермента. Кроме того, показано, что амфипатические ферменты холоднокровных животных менее прочно связаны с мембранами несущих их клеток, по сравнению с ферментами теплокровных.
В экспериментах по влиянию различных концентраций водородных ионов в среде содержания карпов на активность мембранных ферментов показан S-образный характер зависимости активности карбогидраз при увеличении концентрации водородных ионов в воде с минимумом при рН 5-6 и максимумом при рН 4. В результате сопоставления рН-функций, полученных для пищеварительных ферментов лососевых рыб, обитающих в водоемах Камчатки, отмечена более широкая зона оптимальных значений рН, по сравнению с пресноводными костистыми рыбами умеренных широт.
При исследовании ферментативно активных препаратов слизистой кишечника осетровых, лососевых, карповых и камбаловых видов рыб выявлены процессы взаимодействия субстратов ферментативных реакций в условиях in vitro для всех исследованных групп пищевых веществ. Установлено, что во всех случаях трисубстратных взаимодействий при исследовании слизистой кишечника рыб, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы, обитающих как в пресной, так и в морской среде, а также у проходных видов рыб обнаружен только активирующий эффект.
В целом, анализ собственных и литературных данных позволил сделать заключение о том, что у рыб, стоящих на различных ступенях эволюционной лестницы, но близких по характеру питания, наблюдается сходное соотношение состава и активности мембранных гидролаз, а у рыб таксономически близких, различающихся по экологии, напротив, отмечаются значительные различия.
Результаты диссертации имеют и практический интерес. Установленные в работе закономерности позволяют рекомендовать при разработке кормов для выращиваемых видов рыб очень точную сбалансированность по содержанию основных групп пищевых веществ, характерному для пищи вида в естественных условиях, чтобы обеспечить максимальную эффективность гидролитического процесса. Полученные данные необходимо учитывать при исследованиях болезней рыб и нарушений пищеварения, как в естественных условиях, так и в аквакультуре.
Установленные факты могут быть использованы для оптимизации условий выращивания рыб и при проведении селекционной работы. В частности, данные по влиянию температуры и реакции среды на активность пищеварительных ферментов необходимо использовать для расчета норм кормления выращиваемых рыб в зависимости от температуры и рН воды или для искусственного поддержания этих факторов на оптимальном уровне. При селекции рыб и выборе объектов выращивания для различных климатических зон рыбоводства необходимо учитывать выявленные в диссертации температурные адаптации ферментов мембранного пищеварения.
Результаты работы могут быть включены в курсы лекций при подготовке специалистов: ихтиологов, гидробиологов и экологов. Некоторые данные уже включены в лекции по экологии и трофологии, читаемых для студентов в ряде университетов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и представлялись на Всесоюзной конференции «Механизмы регуляции физиологических функций» (Ленинград, 1988), 4-ой Всесоюзной конференции по раннему онтогенезу (Москва, 1988), 1-ой Всесоюзной конференции по рыбохозяйственной токсикологии (Рига, 1989), 7-ой и 8-ой Всесоюзных конференциях по экологической физиологии и биохимии рыб (Ярославль, 1989; Петрозаводск, 1992), 4-ом Всесоюзном симпозиуме «Мембрана щеточной каймы» (Рига, 1990), Всесоюзной конференции «Оценка состояния, охрана и рациональное использование биологических ресурсов водных экосистем в условиях антропогенного воздействия» (Ростов-на-Дону, 1990), 15-ой Всесоюзной конференции «Физиология пищеварения и всасывания» (Краснодар, 1990), 4-ой Всесоюзной конференции по рыбохозяйственному использованию теплых вод (Курчатов, 1990), заседании метод совета «Корма, кормление и кормопроизводство для рыб» НЦ «Аквакультура» НПО по рыбоводству (Рыбное, 1991), Международной конференции «Каспий -настоящее и будущее» (Астрахань, 1995), 1-ом Конгрессе ихтиологов России (Астрахань, 1997), 3 International symposium on sturgeon (Piacenza, 1997), Международной конференции «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов (Петрозаводск, 2004).
Я выражаю свою сердечную благодарность своему Учителю академику АН СССР Александру Михайловичу Уголеву, доктору биологических наук Егоровой Вере Васильевне, доктору биологических наук, профессору Неваленному Александру Николаевичу за консультации, постоянное внимание и помощь при выполнении работы.