Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Дипломная работа: Изучение токсического влияния кадмия на активность аминотрансфераз у потомства белых крыс

Название: Изучение токсического влияния кадмия на активность аминотрансфераз у потомства белых крыс
Раздел: Рефераты по биологии
Тип: дипломная работа Добавлен 11:40:26 25 октября 2010 Похожие работы
Просмотров: 572 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Кадмий, как основной источник загрязнения, пути поступления в окружающую среду и действие на метаболические процессы в организме

1.2 Роль и структура аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы

1.2.1 Краткая история открытия реакции переаминирования

1.2.2 Структура аспартатаминотрансферазы

1.2.3 Механизм реакции переаминирования

1.2.4 Биологическая роль трансаминаз

2. Материалы и методы

2.1 Экспериментальная часть

2.1.1 Экспериментальные животные

2.1.2 Подготовка биологического материала

2.1.2.1 Подготовка сыворотки крови

2.1.2.2 Подготовка гомогенатов тканей и органов

2.2 Определение активности аминотрансфераз методом Райтмана –Френкеля

2.2.1 Ход определения активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы в сыворотке крови

2.2.2 Определение активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы в гомогенатах органов

3. Результаты и обсуждение

Выводы

Список использованных источников

Приложение


СПИСОК СОКРАЩЕННЫХ НАЗВАНИЙ

АСТ – аспартатаминотрансфераза

АЛТ – аланиаминотрансфераза

ПДК – предельно допустимая концентрация

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ПОЛ – перекисное окисление липидов

АМ – альвеолярные макрофаги

ПНЛ – полиморфонуклеарные лейкоциты

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

ПЛФ – пиридоксальфосфат

ПМФ – пиридоксаминфосфат

ПВК – пировиноградная кислота

2,4-ДНФГ – 2,4 динтрофенилнидразин

ЦТК – цикл трикарбоновых кислот

АДФ - аденозиндифосфат


Введение

Известно, что тяжелые металлы обладают выраженными кумулятивными свойствами, высокой биохимической активностью по отношению к сульфгидрильным, тиоловым, карбоксильным и другим активным группам белков и аминокислот. Принимая во внимание способность тяжелых металлов к трансплацентарному переходу и высокую чувствительность организма на ранних этапах онтогенеза, становиться очевидным, что новорожденные и дети грудного возраста составляют группу риска развития предпатологических и патологических состояний/1/.

Кадмий (Cd) является одним из опасных загрязнителей природной среды. Адсорбируясь через легкие и желудочно-кишечный тракт, уже через несколько минут он обнаруживается в крови. Кадмий обладает канцерогенным, гонадотропным, эмбриотропным, мутагенным и нефротоксическим действием. Реальная угроза неблагоприятного воздействия на население даже при низких уровнях загрязнения связана с высокой биологической кумуляцией этого металла. Последствия короткого контакта с высокими концентрациями кадмия в воздухе приводят к легочному фиброзу, стойкому нарушению легочных и печеночных функций. В легких оседает до 50% Cd, попавшего в организм ингаляционным путем. В желудочно-кишечном тракте адсорбция Cd в среднем состовляет 5%. Органами – мишенями Cd являются печень, почки, костный мозг, сперма, трубчатые кости и отчасти селезенка. Кадмий депонируется в печени и почках, где его содержится до 30% от общего количества в организме/2/.

Токсическое влияние Cd сказывается, прежде всего, на потомстве, поскольку, проникая через плаценту, кадмий способен изменять ее ферментативный статус/3/. систем. При введении Cdperos беременным и кормящим крысам, у потомства обнаруживают повреждения репродуктивной системы и задержке физического развития/4/. Результатом пренатального и постнатального воздействия Cd является скелетные нарушения, нарушения обмена белков, липидов, ингибирование ряда ферментативных

Одним из наиболее распространенных видов биологического действия химических веществ является их способность влиять на белковый и аминокислотный обмен в организме. Наиболее важными с практической точки зрения и хорошо изученными ферментами являются аспартатаминотрансфераза и аланинаминотрансфераза – ферменты, катализирующие межмолекулярный перенос аминогрупп между амино - и кетокислотами/5/.

Целью данной работы являлось изучение влияния азотнокислого кадмия на активность аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы в сыворотке крови и тканях органов у потомства белых крыс, подвергшихся токсическому действию в неонатальный период.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) определить активность АСТ и АЛТ в сыворотке крови, тканях печени, головного мозга, сердца, почках потомства крыс, подвергшихся хроническому действию ионами кадмия в период лактации;

2) изучить влияние различных доз токсиканта на активность АСТ и АЛТ в сыворотке крови и тканях.


1. Литературный обзор

1.1 Кадмий, как основной источник загрязнения, пути поступления в окружающую среду и действие на метаболические процессы в организме

Современный уровень развития промышленных технологий не позволяет перейти к экологически чистому производству/6/.Одним из наиболее распространенных загрязнителей окружающей среды являются ионы тяжелых металлов, в частности кадмий. Индустриальное загрязнение кадмием характерно для многих промышленных районов России. Кадмий способен адсорбироваться на твердых частицах и переноситься на большие расстояния.

Источниками большинства антропогенных загрязнений являются отходы от металлургических производств, со сточными водами гальванических производств (после кадмирования), других производств, в которых применяются кадмийсодержащие стабилизаторы, пигменты, краски и в результате использования фосфатных удобрений. Кадмий присутствует в воздухе крупных городов вследствие истирания шин, эрозии некоторых видов пластмассовых изделий, красок и клеящих материалов /1/. Однако больше всего в окружающую среду кадмий поступает в виде побочного продукта металлургического производства (например, при выплавке и электролитической очистке цинка), а также при хранении и переработке бытовых и промышленных отходов /7/. Даже в незагрязненных районах с содержанием кадмия в воздухе менее 1 мкг/м, его ежедневное поступление в организм человека при дыхании составляет около 1% от допустимой суточной дозы /2/.

Дополнительным источником поступления кадмия в организм является курение. Одна сигарета содержит 1-2 мкг кадмия, и около 10% его поступает в органы дыхания. У лиц выкуривающих до 30 сигарет в день, за 40 лет в организме накапливается 13-52 мкг кадмия, что превышает его количество, поступающее с пищей /7/.

В питьевую воду кадмий попадает вследствие загрязнения водоисточников производственными сбросами, с реагентами, используемыми на стадии водоподготовки, а также в результате миграции из водопроводных конструкций. Доля кадмия, поступающего в организм с водой, в общей суточной дозе составляет 5-10% /8/. Среднесуточное потребление кадмия человеком составляет примерно 50 мкг с отдельными отклонениями в зависимости от индивидуальных и региональных особенностей /2/.Предельно допустимая концентрация (ПДК) кадмия в атмосферном воздухе составляет 0,3 мкг/м, в воде водоисточников – 0,001мг/л, в почвах песчаных и супесчаных кислых и нейтральных 0,5, 1,0 и 2,0 мг/ кг соответственно /2/.

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) установлен допустимый уровень содержания кадмия в организме 6,7- 8 мкг/кг /2,8/. Обмен кадмия в организме характеризуется следующими основными особенностями/9/: отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля; длительным удержанием (кумуляцией) в организме. На задержку кадмия в организме оказывает влияние возраст человека. У детей и подростков степень его всасывания в 5 раз выше, чем у взрослых /2/. Выведение кадмия происходит медленно. Период его биологической полужизни в организме колеблется, по разным оценкам, в пределах 10-47 лет /10,11/. От 50 до 75% кадмия от попавшего количества удерживается в организме. Основное количество кадмия из организма выводится с мочой (1-2 мкг /сут) и калом(10-50 мкг/сут) /2/.

Хроническое воздействие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функций легочной недостаточной, остёомаляций, анемий и потери обоняния. Существует данные о возможном канцерогенном эффекте кадмия и о вероятном участии его в развитии сердечно-сосудистых заболеваний /12/. Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь “итай-итай” характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненным явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Кроме того, отмечаются частные переломы размягчённых костей, а также нарушение функций поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др./9/. Кадмий способен накапливаться в организме человека и животных, так как сравнительно легко усваивается из пищи и воды и проникает в различные органы и ткани. Токсическое действие металла проявляется уже при очень низких концентрациях /6/. В современной научной литературе изучению токсического действия кадмия посвящено немало работ. Наиболее типичным проявлением отравления кадмием является нарушение процессов поглощения аминокислот, фосфора и кальция в почках. После прекращения действия кадмия повреждения, вызванные его действием в почках, остаются необратимыми. Показано, что нарушение процессов обмена в почках может привести к изменению минерального состава костей /8/. Известно, что кадмий накапливается преимущественно в корковом слое почек, а его концентрация в мозговом слое и почечных лоханках значительно ниже /13/, что связано с его способностью депонироваться в паренхиматозных органах и медленным выведением из организма.

Предположительно проявление токсического действия ионов кадмия связано синтезом в организме белка металиотеонеина, который связывает и транспортирует его в почки. Там белок почти полностью реадсорбируется и быстро деградирует с освобождением ионов кадмия, стимулирующих металлиотионеина в клетках эпителия проксимальных канальцев. Деградация комплекса кадмий-металлиотионеин приводит к повышению уровня ионов кадмия вначале в лизосомальной фракций, а затем в цитозоле, где происходит связывание с почечным металлиотионеином. При этом в клетках появляются везикулы, и повышается число электронно-плотных лизосом, появлением низкомолекулярной протеинурии и кальцийурией /9,14/.

Роль белка металиотинеина в снижении токсичности кадмия весьма значительна. Экспериментальное внутривенное введение кадмия, связанного с данным белком, предотвращает развитие некроза в почечной ткани у мышей, тогда как аналогичные дозы неорганического кадмия вызывает развитие некроза в почках. Это доказывает участие металиотионеина в снижении токсичности металла. Однако этот механизм ограничен в количественном отношении, потому что при длительном поступлении кадмия также развивается повреждение тубулярного эпителия /14/.

Многочисленными исследованиями была показана возможная связь между кадмийиндуцированным повреждением клеток почек, межклеточным изменением содержания ионов кадмия и индукцией синтеза стрессовых белков. Первым кандидатом на роль стрессового белка является кальмодулин, так как invitro показано, что кадмий активирует секрецию этого гормона, который через усиление потока кальция в клетку может повреждать цитоскелет /9/.

Кадмий вызывает развитие протеинурии, глюкозурии, аминоацидурии и другие патологические процессы. При длительном поступлении кадмия в организм развивается почечный тубулярный ацидоз, гиперкальцийурия и формируются камни в мочевом пузыре. В тяжелых случаях хронической кадмиевой интоксикации может также наблюдаться нефрокальцидоз. Накопление кадмия в клетках культуры почек происходит параллельно повышению степени его токсичности. Однако характер распределения его в клетке не зависит от выраженности цитотоксического действия: более 90% металла связано с цитозолем, остальная часть – микросомной, митохондриальной, ядерной фракциями и клеточными фрагментами /8/.

Изучение субклеточного распределения кадмия в печени позволило расшифровать механизм возникновения толерантности к данному металлу. Установлено, что снижение чувствительности к кадмию обусловлено изменением его распределения не в тканях, а цитозольной субклеточной фракции печени, являющиеся органом – мишенью, где происходит связывание его с металиотионеином. В дозе 2,4 мг/кг кадмий снижает синтез белка в микросомальной фракции печени крыс, не нарушая его в ядрах и митохондриях. Накапливаясь на внутренних мембранах митохондрий, данный металл уменьшает энергоснабжение и стимулирует перекисное окисление липидов (ПОЛ) при концентрациях 10 – 100 мкмоль /15,16/.

В первые сутки после введения кадмия в дозе 4 мг/кг в мышце сердца крыс по сравнению с контролем увеличились содержание диеновых коньюгантов в 2,1 раз, активность глутатионпероксидазы – на 3,2%. В коре больших полушарий головного мозга содержание шиффовых оснований возрастало в 2,2 раза. На седьмые сутки наблюдения у животных, получавших кадмий, концентрация шиффовых оснований в неокортексе оставалась повышенной на 59,3%, в сердце – увеличилось в 2,4 раза по сравнению с контролем; содержание коньюгантов в миокарде в дозе 1 мкмоль происходит нарушение целостности мембран митохондрий, но стимуляция ПОЛ не наблюдается /16/.

При хроническом ингаляционном воздействии кадмий вызывает тяжелые поражения легких. Как показали проведенные Шоповой В. Л. с сотрудниками исследования /17/, процент альвеолярных макрофагов (АМ) при воздействии кадмия в первый день значительно понижался (до 11,5%). Этот эффект наблюдался и на пятнадцатый день – АМ составил 45,5% от исходных значений. Одновременно резко повышался процент полиморфонуклеарных лейкоцитов (ПНЛ), среди некоторых встречались и незрелые формы. Средняя площадь АМ после химического воздействия увеличивалась за счет повышения процента очень крупных клеток, а не за счет равномерного увеличения площади всех клеток. При этом крупные АМ имели вакуолизированную пенистую цитоплазму. Встречались и клетки с пикнотическими ядрами, кариолизисом и кариорексисом. Все это указывает на то, что соединения кадмия существенно понижают содержание внутриклеточного АТФ и ингибируют клеточное дыхание.

В основе механизма токсического действия ионов тяжелых металлов, в том числе кадмия, лежит их взаимодействие с компонентами клеток, молекулами клеточных органелл и мембран.

Ионы металлов могут влиять на процессы, протекающие в клетке, только проникая внутрь ее и фиксируясь в субклеточных мембранах. Кадмий проникает в клетку через потенциал зависимые кальциевые канальцы. Воздействие кадмия на внутриклеточные процессы весьма разнообразны. Так, металл оказывает заметное влияние на обмен нуклеиновых кислот и белка. Он ингибирует invivo включение тимидина в ДНК регенерирующей печени, угнетает синтез белка в печени крыс на стадии инициации трансляции, нарушая образования полирибосом, тогда как процесс элонгации, напротив, ускоряется в результате активирования факторов EF– 1 и EF – 2 /9/. Избыток ионов кадмия ингибирует синтез ДНК, белков и нуклеиновых кислот, влияет на активность ферментов, нарушает усвоение и обмен ряда микроэлементов (Zn, Cu, Se, Fe), что может вызывать их дефицит. Следует заметить, что при достаточном поступлении цинка в организм токсичность кадмия снижается/8/.

С помощью электронной микроскопии было установлено, что кадмий вызывает ультраструктурные изменения клеточных мембран, митохондрий, цистерн аппарата Гольджи, сети трубочек, хроматина, ядрышка, микрофиламентов и рибосом/18/.

Поражение клеточной оболочки является наиболее ранним признаком действия данного металла, особенно при длительном поступлении, хотя клетки могли переносить поражения клеточной оболочки, а также митохондрий и в некоторой степени – аппарата Гольджи/16/.

При исследовании воздействия кадмия invitro на митохондриальную мембрану выявили, что ионы кадмия повышают проницаемость мембраны к ионам H, K, Mg, а это приводит к активации дыхания энергизованных нефосфорилирующих митохондрий/15/.

Известно, что некоторые ферменты в своей структуре имеют ионы металлов. Существует группа ферментов, в состав простетической части которых входят ионы металлов IV периода таблицы химических элементов, которые способны замещаться на любой двухвалентный ион металла (близкий по положению в таблице Д. И. Менделеева) /12/, в частности, к таким ферментам относятся щелочная фосфатаза и ряд протеаз /19/. На основании проведенных экспериментов можно предположить, что в результате замещения ионов в простетической части фермента один на другой происходит изменение пространственной конфигурации активного центра фермента, что приводит к изменению уровня его активности.

Свое токсическое влияние кадмий оказывает и на репродуктивные функции организма /20/. Эффект зависит от дозы вещества и времени воздействия. Основываясь на экспериментальных данных, полагают, что тератогенное действие кадмийсодержащих веществ может быть связано с ингибированием активности карбоангидразы /16/. Так, воздействуя на ткани семенников, кадмий вызывает уменьшение синтеза тестостерона /20/. Данный металл может приводить к гормональным нарушениям у самок, предотвращает оплодотворение, может вызывать кровотечения и даже приводить к смерти эмбрионов/9,21/. Установлено также, что кадмий способен накапливаться в плаценте и вызывать ее повреждение /7/. В исследованиях /9,21/ было выяснено влияние различных доз кадмия на эмбриональную смертность. Так, при введении металла в дозе 5 мг/кг впервые обнаруживаются мертвые эмбрионы, при 10 мг/кг наблюдается снижение средней массы плода, увеличение эмбриональной смертности в 2,8 раза, а при дозе 20 мг/кг – максимальное число мертвых эмбрионов на одно животное/20,22/.

В литературе описано также отдаленное воздействие кадмия на развитие потомства. В частности, в результате введения самкам раствора кадмия во время беременности и в период лактации, у потомства, подвергавшегося действию металла в эмбриогенезе, наблюдались нейрохимические изменения в мозжечке и в полосатом теле, и изменения моторной активности во взрослом состоянии/23/.

Таким образом, основываясь на литературных данных, можно отметить, что токсичность соединений кадмия следует рассматривать двояко. С одной стороны – это непосредственное действие ионов на организм. С другой стороны – влияние на потомство особей, подвергшихся действию соединений этого тяжелого металла.

1.2 Роль и структура аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы

1.2.1 Краткая история открытия реакции переаминирования аминокислот

Реакция переаминирования аминокислот была открыта учёными А.Е.Браунштейном и М.Г. Крицман в 1937 году при изучении дезаминирования глутаминовой кислоты в мышечной ткани /24/. Было замечено, что при добавлении к гомогенату мышц глутаминовой и пировиноградной кислот образуется L-кетоглутаровая кислота и аланин без промежуточного образования аммиака; добавление аланина и - кетоглутаровой кислоты приводило к образованию пировиноградной и глутаминовой кислот. В последующих исследования было показано, что реакции переаминирования широко распространены в живой природе и играют важную роль в сопряжении азотистого и энергетического обмена /25/.

Реакции переаминирования протекают при участии специфических ферментов, названых А.Е. Браунштейном аминоферазами (или по современной классификации, трансаминазами). Теоретически эти реакции возможны между любой амино - и кетокислотой, но наиболее интенсивно они протекают в том случае, когда один из партнеров представлен дикарбоновой амино - или кетокислотой. В тканях животных и у микроорганизмов доказано существование реакции переаминирования также между монокарбоновыми амино - и кетокислотами/26/.

В первых же работах, посвященных к открытию ферментативного переаминирования, А.Е. Браунштейн и М.Г. Крицман высказали предложение об образовании в ходе этой реакции основания Шиффа, подвергающегося таутомерному превращению и гидролизу; при этом указывалось на возможность участия в реакции промежуточного акцептора аминогруппы. Это предположение получило повреждение после открытия в 1944 году американским биохимиком Э. Снеллом новых биологически активных форм витамина - пиридоксаля и пиридоксамина, которым была приписана роль переносчика аминогруппы. В 1945-47г.г. были получены доказательства того, что фосфорилированное производное пиридоксаля- пиродоксаль --фосфат является коферментом аспартат-трансаминаз бактериальной и животного происхождения/27/. В 1954 году А. Майстер и соавторы установили, что частично очищенная апотрансаминаза активируется при помощи пиродоксаль – – фосфата в равной мере. Эти данные согласовались с ранее высказанными предложениями, согласно которым пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат подвергаются взаимопревращению в ходе катализируемой ферментом реакции, которая может быть представлена в виде суммы двух полуреакций /28/:

L-аппарат + ПЛФ оксалацетат+ПМФ

ПМФ + 2 – оксоглутарат L – глутамат + ПЛФ

ПЛФ – пиридоксальфосфат, ПМФ- пиридоксаминфосфат.

Окончательные доказательства этого механизма были получены в конце 50-х годов получения высокоочищенных препаратов аспартат-трансаминазы из сердца свиньи. Исследуя эти препараты, удалось подтвердить наличие прочно связанного пиридоксальфосфата в трансаминазе и доказать при помощи химических и спектрофотометрических методов, что L- глутамат или L- аспартат вызывает превращение обращается при добавлении 2 – оксоглутарата или оксалацетата/25/. В реакции переаминирования участвует - аминокислота как донор аминогруппы и -кетокислота как акцептор аминогруппы. Донорами могут служить также -,-, - и - аминогруппы ряда аминокислот (например, у орнитина - группа находится в - положении, у -аланина - в -положении/13/.

1.2.2 Структура аспартат-трансаминазы

Трансаминазы имеются во всех животных и растительных клетках, а также в микроорганизмах. В настоящее время известно около 60 трансаминаз, различающихся по субстратной специфичности. Из них лучше всего исследована аспартат-трансаминаза, при изучении которой удалось наиболее близко подойти к раскрытию молекулярного механизма переаминирования. Важным этапом в изучении аспартат-трансаминазы явилось определение её пространственной структуры при помощи метода рентгеноструктурного анализа/29/.

В начале 60-х годов было обнаружено, что в тканях животных содержатся два изофермента аспартат-трансаминазы: цитозольный и митохондриальный; их изоэлектрические точки равны соответственно ~6 и 9/30/. Несмотря на идентичность основного каталитического механизма, цитозольный и митохондриальный изоферменты различаются по многим каталитическим параметрам: удельной активности и сродству к пиродоксальфосфату, сродству к субстратам и PH-оптимуму активности. Оба изофермента имеют большее сродство к субстратам с четырёхуглеродной цепочкой, чем к пятиуглеродным субстратам. Но митохондриальный изофермент связывает L-аспартат в несколько раз лучше, а 2-оксоглутарат существенно хуже по сравнению с цитозольным изоферментом. Изоферменты различаются по способности катализировать переаминирование ароматических аминокислот, сродству к анионам, доступности инактивации трипсином и некоторыми реагентами, термостабильности и ионизации фосфатной группы кофермента.

В 1972 году под руководством Ю.А. Овчинникова и А.Е. Брауцштейна была завершена работа по определению первичной структуры цитозольной аспартат-трансаминазы из сердца свиньи/31/. К настоящему времени определены полные аминокислотные последовательности двух цитозольных изоферментов (из сердца свиньи, курицы, из печени крысы и индюка). Молекулы обоих изоферментов построены из двух идентичных полипептидных цепей (субъединиц), каждая из которых содержит одну молекулу прочно связанного с белком пиридоксальфосфата. Полипептидная цепь цитозольных аспартат-трансаминаз свиньи и курицы состоит соответственно из 412 и 411 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу около 46,5 кДа. Полипептидная цепь митохондриальных изоферментов свиньи и курицы состоит из 401 аминокислотного остатка и имеет молекулярную массу около 45 кДа. Оба изофермента синтезируются на рибосомах в цитоплазме клетки, причём митохондриальный фермент-в виде профермента, который содержит на NH2 –конце дополнительный пептид (“сигнальный”), состоящий из 29 аминокислотных остатков. Образование активной формы фермента связано с отщеплением этого пептида/28/.

В 1977 году была определена трёхмерная структура трансаминазы. Позже за рубежом были начаты рентгеноструктурные исследования других изоферментных форм аспартат-трансаминазы/29/. Определение трёхмерной структуры позволяет выявить связи между особенностями структуры и функции изоферментов. Рассмотрим результаты изучения трёхмерной структуры цитозольной куриной аспартат-трансаминазы.

Молекула состоит из двух идентичных субъединиц. Максимальные размеры молекулы составляют 110×70×60А. Белок характеризуется высоким содержанием вторичной структуры; на долю α-спиралей, β-слоя и реверсивных поворотов приходится соответственно 47,13 и 9% аминокислотных остатков. Субъединицу аспартат-трансаминазы можно условно разделить на 3 части: большой домен, малый домен и переходные участки между ними. Большой домен образован остатками с 75 по 300; его основу составляет сильно изогнутый слой (β-слой), состоящий из 7 β-цепочек, окружённых α- спиралями. Большой домен является наиболее стабильной частью субъединицы, к нему присоединён пиридоксальфосфат. Малый домен состоит из тесно сближенных NH2 –и СООН – концевых участков полипептидной цепи, а именно из остатков с 15 по 50 и с 360 по 412. Из малого домена выходит NH2 – концевой фрагмент цепи, который пересекает вход в активный центр и затем вплотную прилегает к поверхности большого домена смежной субъединицы. Большой и малый домены связаны двумя переходными участками: с NH2 – конца – участком цепи, состоящим из остатков 300-360. Оба переходных участка образованы преимущественно - спиралями, лежащими на поверхности молекулы/29/.

Оба активных центра аспартат-трансаминазы расположены в глубоких впадинах на противоположных сторонах молекулы на границе между субъединицами. Стенки каждого из активных центров образованы большим и малым доменом одной субъединицы и краем большого домена другой смежной субъединицы. В состав активного центра входят аминокислотные остатки, принадлежащие обеим субъединицам; этим объясняется отсутствие каталитической активности у мономера, кофермент связан в глубине щели активного центра на расстоянии ~8-10 А° от поверхности молекулы. Сторона А пиридированого кольца обращена к β - слою и метильной группе остатка Тrp-140 (стороны пиридинового кольца обозначены в соответствии номенклатурой JUPAC). Угол между плоскостями пиридинового и индольного колец составляет ≈40-45°, между кольцами возможно стэкинг-взаимодействие. Остаток пиридоксальфосфата связан альдиминной связью с ε-NH2-группой лизина-258. Коферментами трансаминаз являются производные пиридоксина-пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат. Оба кофермента обратимо переходят друг в друга в ходе реакции переаминирования. Трансаминазы для катализа требуют оба кофермента, в отличие от других ферментов/13/.

1.2.3 Механизм реакции переаминирования

Общая теория пиридоксалевого капитализма была разработана в 1952 году А.Е. Браунштейном и М.М. Шемякиным, а несколько позднее – Д.Е.Мецлером и Э.Снеллом. Согласно этой теории действие пиридоксалевых ферментов обусловлено способностью альдегидной группы пиридоксальфосфата образовывать с аминокислотами альдимины (основания Шиффа) (рисунок1)/27/. В образующемся альдимине имеется система сопряженных двойных связей, по которой происходит смещение электронов от α – углеродного атома аминокислоты к электрофильному атому азота пиридинового кольца кофермента. Понижение электронной плотности у α – углеродного атома приводит к поляризации и ослаблению связей у этого атома.

Рисунок 1 - Смещение электронов к атому N кофермента.

Проведенные А.Е. Браунштейном и Э.Снеллом модельные эксперименты показали, что избирательный разрыв только одной из этих связей с образованием карбаниона, определяется особенностями строения активного центра фермента. Эти представления получили подтверждения при исследовании очищенных фосфопиридоксалевых ферментов. В 1966 году Донатан выдвинул и теоретически обосновал важное положение о том, что в альдимине, фиксированном в активном центре фермента, должна разрываться та из связей у α – углеродного атома, которая ориентирована перпендикулярно к плоскости пиридинового кольца пиридоксальфосфата. При такой ориентации энергия, необходимая для разрыва связи, минимальная вследствие перекрывания электронной орбитали связи с сопряженной π – системой кофермента ( σ – π - перекрывание). Донатан предположил, что конформация может контролироваться апоферментом, возможно с помощью связывания карбоксилат – иона, а также, что имин может принимать одну из трех возможных конформаций/29/.

Здесь прямоугольником обозначена плоскость пиридинового кольца, вертикальной линией изображена σ – связь. Конформамация (1) благоприятствует переаминированию.

Методами спектрального анализа было установлено, что альдегидная группа связанного в активном центре пиридоксальфосфата образует так называемое “внутреннее” основание Шиффа с ε- NH2 – группой остатка лизина в белке. Из этого следует, что на начальном этапе каталитической реакции α – аминогруппа субстрата вытесняет ε- NH2 – группу лизина из связи с коферментом (стадия трансальдиминирования). На основании изучения спектральных, химических и кинетических свойств аспартат – трансаминазы был сделан вывод о том, что как прямая, так и обратная реакция переаминирования состоят из восьми стадий; интермедиаты, возникающие на этих стадиях, представлены на рисунке 2/27,28/.

На первом стадии происходит присоединение к ферменту субстратной аминокислоты с образованием нековалентного комплекса Михаэлиса. Далее один из протоков аминогруппы субстрата переходит на атом азота внутренней иминной связи (стадия 2); в результате аминогруппа приобретает нуклеофильные свойства, необходимые для атаки на атом С-4' кофермента. Эта атака приводит к образованию промежуточного тетраэдрического соединения (геминального диамина, стадия 3); за этим следует освобождение ε- NH2 – группы остатка лизина из связи с пиридоксальфосфатом и возникновение "внешнего" или субстратного альдимина (стадия 5), одной из форм которого является хинолоид показанный на рис.2. Последующее протонирование атома С-4' дает кетимин (стадия 6), при гидролизе которого образуется ПМФ – форма фермента и оксокислота (стадии 7 и 8). Далее реакция идет в обратном направлении между ПМФ – формой трансаминазы и другой ококислотой и приводит к регенерации ПЛФ – формы ("внутреннего" альдимина) и образованию новой аминокислоты.

Таким образом, реакции переаминирования являются обратимыми и универсальными для всех живых организмов. Пиридоксальфосфат в этих реакциях выполняет роль переносчика аминогруппы и в конечной стадии освобождается и может вновь вступить в ферментативный процесс.

Рисунок 2 - Основные интермедиаты, образующиеся в ходе реакции переаминирования.

а – внутренний альдимин;

б – нековалентный комплекс Михаэлиса;

в – то же, что σ, но атом иминного азота протонирован;

г– геминальный диамин;

д– внешний альдимии;

е - хинолоид;

ж – кетимин;

з – карбиноламин;

и- пиридоксаминфосфат.



1.2.4 Биологическая роль трансаминаз

Аминокислоты, не использованные для синтеза белков и других производных, не накапливаются в организме в больших количествах. Они подвергаются различным ферментативным превращениям и, в конечном счете, распаду /32/. Важную роль в азотистом обмене играют процессы перехода одних аминокислот на другие, в результате ферментативных реакций переаминирования. При этом происходит обратимый перенос NH2 – группы от L – аминокислоты на L – кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Таким образом, в реакции переаминирования участвуют L – аминокислота как донор и L – кетокислота как акцептор аминогруппы. Эти реакции катализируются особыми ферментами трансаминазами. Коферментом трансаминаз является пиридоксаль – 5׳ – фосфат, который и является промежуточным переносчиком аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту/27/.

Широкое распространение трансаминаз в животных тканях, у микроорганизмов и растений, их высокая резистентность к физическим, химическим и биологическим факторам, абсолютная стереохимическая специфичность по отношению к L - и Д – аминокислотам, высокая каталитическая активность в процессах переаминирования послужили предметом детального исследования роли этих ферментов в обмене аминокислот/33/. Тип катализируемой химической реакции в сочетании с названием субстрата служит основой для систематического наименования ферментов. Согласно Международной классификации трансаминазы относят к 2 классу трансфераз, 4 подклассу – аминотрансферазы; наименование их составляется по форме «донор – транспортируемая группа – трансфераза» /34/. А. Е. Браунштейн выдвинул гипотезу о возможности существования в живых тканях не прямого пути дезаминирования аминокислот через реакции переаминирования, названного им трансдезаминированием. Основой для этой гипотезы послужили данные о том, что из всех природных аминокислот в животных тканях с высокой скоростью дезаминируются только L – глутаминовая кислота. Согласно этой теории большинство природных аминокислот сначала реагируют с L – кетоглутаровой кислотой в реакции переаминирования с образованием глутаминовой кислоты к соответствующей кетокислоте/30/. Образовавшаяся глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы. Механизм трансдезаминирования можно представить в виде следующей схемы /13/:

R1- CH (NH2)-COOHL-кетоглутарат НАДН2 + NH3

R1- CO- COOHL-глутамат НАД + Н2О

трансаминаза глутаматдегидрогеназа

Обе реакции (переаминирование и дезаминирование глутаминовой кислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза любой аминокислоты, если в организме имеются соответствующие L – кетокислоты. Организм животных и человека не обладает способностью синтеза углеводородного скелета (L - кетокислот) так называемых незаменимых аминокислот, этой способностью обладают только растения и многие микроорганизмы.

В живых организмах осуществляется синтез природных аминокислот из L – кетокислот и аммиака, этот процесс был назван А. Е. Браунштейном трансреаминированием. Сущность его сводится к восстановительному аминированию L – кетоглутаровой кислоты, с образованием глутаминовой кислоты, и к последующему переаминированию глутамата с любой L – кетокислотой. В результате образуется L – аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте, и вновь освобождается L – кетоглутаровая кислота, которая может акцептировать новую молекулу аммиака/35/.Схематически роль трансаминаз в дезаминировании в биосинтезе аминокислот можно представить в следующем виде/28/:


L-Аминокислота Пиридоксальфосфат L-Глутамат НАД

R1 -CH(NH2 )-COOH O=CH-ПФ HOOC-(CH2 )2 -CH(NH2 )-COOH НАДФ

Трансаминаза НАДФН 2

R1 -C-COOH H2 N-CH2 -ПФ HOOC-(CH2 )2 -C(NH)-COOH НАДН 2

L-кетокислота Иминоглутарат

Пиридоксаминфосфат Н2 О

HOOC-( CH2 )- C- COOH

L-кетоглутарат NH3

Схема показывает, что трансаминаза катализирует опосредованно через глутаматдегидрогеназу как дезаминирование природных аминокислот (стрелки вниз), так и биосинтез аминокислот (стрелки вверх).

Путем переаминирования большинство аминокислот может превращаться одна в другую или заменяться соответствующей кетокислотой. Поэтому реакции переаминирования - один из важнейших процессов при биосинтезе заменимых аминокислот. Особенно легко переаминируются глутаминовая и аспарагиновая кислоты, так как соответствующие им трансаминазы имеют очень высокую активность. Кетокислоты, получаемые из этих аминокислот (L – кетоглутаровая и щавелевоуксусная кислоты), осуществляют связь углеродного и белкового обмена /36/.

Таким образом, трансаминазы играют важную роль в азотистом обмене, участвуют в биосинтезе аминокислот. Биологический смысл реакций переаминирования аминокислот состоит в том, чтобы объединить аминогруппы распадающихся аминокислот в составе молекул одного типа аминокислоты, а именно глутаминовой /31/.

Трансаминазы относятся к универсально-распространенным ферментам. В тканях различных органов содержится значительное количество трансаминаз, в сотни и тысячи раз превышающее уровень активности их в сыворотке крови. При электрофорезе они мигрируют с L - и γ - глобулинами. Особенно высокой активностью АСТ (КФ.2.6.1.1.) отличаются сердце, печень, мышечная ткань, почки, поджелудочная железа (перечень представлен в порядке убывания активности АСТ). АЛТ (КФ.2.6.1.2.) в наибольших количествах обнаруживается в печени, в связи с этим ее называют печеночной трансаминазой, затем в поджелудочной железе, сердце, скелетных мышцах.

Значительные различия в активности трансаминаз в отдельных органах и в сыворотке крови определяют его важное клиническое диагностическое значение, так как при поражении ткани возникает резкий скачок уровня активности трансаминаз в крови. Наибольшее значение представляет повышение активности АСТ при инфаркте миокарда. Степень повышения отражает массовость поражения сердечной мышцы и тяжесть инфаркта. Характерна динамика активности АСТ при инфаркте миокарда: начало подъема - через несколько часов после возникновения заболевания, максимальный подъем – к концу первых суток, нормализация возможна в течение первой недели болезни. При других заболеваниях сердца повышение активности АСТ либо не происходит, либо носит умеренный характер. Однако активность АСТ повышается и при поражении других органов и тканей. Многие авторы склонны рассматривать определение АСТ как ценный тест при проведении дифференциальной диагностики между инфарктами сердца и легких. Основанием к этому служит значительно более высокая (в 50 раз) активность фермента в мышце сердца, в сравнении с тканью легкого. Активность трансаминаз в сыворотке крови является одной из наиболее ценных и самым распространенным в клинической практике показателем поражения печени, характеризующие протекающие в ней цитолитические процессы /37/.

Повышение активности аминотрансфераз, и, прежде всего АЛТ, выявляется уже в ранний, инкубационный, преджелтушный период вирусного гепатита, что имеет принципиальное эпидемиологическое значение для выявления больного еще до появления желтухи. В результате значительного повышения активности АЛТ у больных вирусным гепатитом снижается коэффициент Де Ритиса (АСТ: АЛТ) ниже 1 при норме 1 – 3, а при остром инфаркте миокарда, напротив, резкое возрастание этого коэффициента /38/.

При хронических гепатитах и циррозах печени соотношение трансаминаз меняется, и коэффициент повышается выше нормы. Важно иметь в виду, что механические желтухи (непроходимость желчных протоков в связи с желчекаменой болезнью или опухолью) не сопровождаются выраженным повышением трансаминазной активности. Возможно повышение активности трансаминаз при воспалительных заболеваниях различных органов и тканей, при мышечных дистрофиях и т. д. /37,38/.

Таким образом, в настоящее время установлено, что переаминирование является весьма важным и распространенным процессом биологического распада и синтеза аминокислот; он протекает в различных тканях животных, растений и в микроорганизмах. Поэтому исследование этого процесса имеет большое фундаментальное и прикладное значение.


2. Материалы и методы

2.1 Экспериментальная часть

2.1.1 Экспериментальные животные

Эксперимент проводился на самках белых беспородных крыс средней массы 250-300 г. Животные подвергались токсическому действию азотнокислого кадмия (Cd(NO3)2) во время лактации. Введение нитрата кадмия производилось самкам peros в течение 10 дней (с 1 по 10 день после рождения потомства) в дозах 0,5 мг/кг и 2 мг/кг /39/. По достижении потомством экспериментальных животных четырехмесячного возраста их декапитировали и производили отбор органов и тканей для определения активности АСТ и АЛТ.

В качестве контроля использовали животных, которым в период лактации вводили в соответствующем объеме физиологический раствор.

2.1.2 Подготовка биологического материала

2.1.2.1 Подготовка сыворотки крови

После декапитации животных кровь собирали в гепаринизированные пробирки и для получения сыворотки подвергают центрифугированию, при 3000 об/мин, в течение 15 минут. После центрифугирования получали сыворотку, не содержащую форменных элементов крови. Затем отбирали сыворотку в пробирки, и производили определение активности АСТ и АЛТ методом Райтмана – Френкеля/40/ с помощью стандартных наборов реактивов.

2.1.2.2 Подготовка гомогенатов тканей и органов

Извлеченные органы (печень, головной мозг, сердце, почки) отмывали от крови физиологическим раствором, взвешивали 1-2 грамма ткани, измельчали ножницами и растирали в ступке. Все операции производили на холоду. Затем добавляли среду выделения (0,005 NTris, 0,1 NKСl, pH7,4) в отношении 1: 50 для головного мозга, сердца и почек, и 1:100 – для печени. Полученные гомогенаты переносили в центрифужные пробирки и центрифугировали при 4500 об/мин 10 минут. После центрифугирования супернатант переносили в другие пробирки, а осадок выбрасывали. Далее в супернатанте производили определение активности АСТ и АЛТ методом Райтмана – Френкеля /40/ при помощи стандартных наборов реактивов.

2.2. Определение активности аминотрансфераз методом Райтмана – Френкеля

АСТ в присутствии L - кетоглутарата катализирует реакцию переаминирования L - -аспартата с образованием оксалоацетата, который декарбоксилируется до пирувата /41/:

L – кетоглутарат + L - аспартат → L – глутамат + оксалоацетат → ПВК

АЛТ в присутствии L – кетоглутарата катализирует реакцию переаминирования L – аланина с образованием пирувата /41/:

L – кетоглутарат + L- аланин → L – глутамат + ПВК

Пируват с 2,4 – динитрофенилгидразином (2,4 - ДНФГ) в щелочной среде образует окрашенный гидразон, интенсивность окраски которого прямо пропорциональна активности АСТ и АЛТ.

2.2.1 Определение активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы в сыворотке крови

В обычные пробирки наливали 0,5 мл субстрата (L – аспартат (L - аланин) 0,1 моль/л, L – кетоглутарат 2 ммоль/л, фосфатный буфер 0,1 моль/л) и 0,1 мл сыворотки крови. Параллельно ставили контрольные пробы, в которые не добавляли сыворотку. Пробы тщательно перемешивали и инкубировали в течение 1 часа – АСТ и 30 минут – АЛТ при 37С на водяной бане. После этого к опытным и контрольным пробам приливали по 0,5 мл раствора 2,4 – ДНФГ. В пробирки с контролем только после добавления 2,4 – ДНФГ приливали 0,1 мл сыворотки крови. Через 20 минут (20-25 о С) в пробирки приливали по 5 мл 0,4 моль/л раствора NaOH, хорошо перемешивали и через 5-10 минут фотометрировали против холостой пробы в интервале длин волн 500-560 нм (opt 537нм) в кюветах толщиной 1см.

Расчет активности ферментов в сыворотке крови производили по калибровочному графику. Каталитическую активность АСТ(АЛТ) рассчитывали в мкмоль/(с·л) по формуле: каталитическая концентрация АСТ(АЛТ)= (Епр – Ек)К, где К – коэффициент рассчитанный по калибровочному графику: К=С/Е, Епр – экстинция пробы, Ек – экстинция контроля.

Калибровочный график для определения активности аминотрансфераз строили таким образом, чтобы в пробах находилось от 0,05 до 0,30 мл стандартного раствора пирувата. К пробам, содержащим от 0,5 до 0,25 мл субстрата (0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 025; 0,30 мл пирувата), добавляли 0,5мл раствора 2,4 – ДНФГ, инкубировали при комнатной температуре в течение 20 минут. Затем во все пробирки приливали по 5 мл 0,4 Н NaOH, хорошо перемешивали и через 30 минут в пробирках № 2-6 измеряли оптическую плотность при 537 нм против раствора в пробирке № 1. Калибровочный график строили, откладывая на оси ординат значения оптической плотности для каждой пробы, а на оси абсцисс – соответствующие им значения активности АСТ и АЛТ.

2.2.2 Определение активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы в гомогенатах органов

В пробирки наливали 0,1 мл разбавленного гомогената тканей печени, головного мозга, сердца, почек и 0,5 мл субстрата (субстрат предварительно нагревали на водяной бане до 37 о С). Параллельно ставили контрольные пробы, в которые не добавляли субстрата. Пробы хорошо перемешивали и инкубировали в течение 1 часа при 37 о С на водяной бане. После этого к опытным и контрольным пробам прибавляли по 0,5 мл раствора 2,4 – ДНФГ. В пробирки с контролем только после добавления 2,4 – ДНФГ приливали 0,5 субстрата. Пробы оставляли на 20 минут при комнатной температуре, затем во все пробирки приливали по 5 мл 0,4 Н NaOH, тщательно перемешивали и через 30 минут измеряли оптическую плотность при 505 нм, в кюветах с толщиной поглощающего слоя 1 см.

Расчет активности ферментов в гомогенатах органов производили по калибровочному графику. Каталитическую активность АСТ(АЛТ) рассчитывали в мкмоль/(с·л) по формуле: АСТ(АЛТ) = (Епр- Ек)К, где К – коэффициент рассчитанный по калибровочному графику: К=С/Е, Епр - экстинция пробы, Ек – экстинция контроля.

Калибровочный график для определения аминотрансфераз в гомогенатах тканей строили так же, как для сыворотки крови. Для расчета активности ферментов учитывали все разведения гомогената и выражали в пересчете на 1 грамм ткани (мг белка).

Все экспериментальные группы содержали от 7 до 9 животных, полученные данные были подвергнуты статистической обработке. Достоверность различий между группами оценивали с учетом критерия Стюдента, в соответствии с общепринятой методикой /42/.

Результаты и обсуждение

Трансаминазы являются важнейшими ферментами обмена веществ. Аспартатаминотрансфераза (АСТ) и аланинаминотрансфераза (АЛТ) - близкие по действию ферменты, при участии которых в организме человека осуществляется межмолекулярный перенос аминогрупп с аминокислот на кетокислоты. Этот процесс - трансаминирование - ответственен за синтез и разрушение отдельных аминокислот в организме. В процессе переаминирования, осуществляют связь углеродного и белкового обмена /36/. В связи с этим, изучение влияния ионов кадмия как распространенного экотоксиканта, принадлежащего к группе тяжелых металлов, представляет несомненный интерес.

В ходе исследования активности аланинаминотрансферазы (КФ.2.6.1.2.) и аспартатаминотрансферазы (КФ.2.6.1.1.) были получены следующие результаты.

Таблица 1- Активность аланинтрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период

Группа

Сыворотка

(М±m)

Печень

(М±m)

Мозг

(М±m)

Сердце

(М±m)

Почки

(М±m)

контроль

0,003±

0,0015

3,0 ±0.2 0.65±0.05

0,094±

0,022

1,05±0.25
Кадмий 0,5 мг/кг

0,008±

0,0005

1,5±0.6 0.55±0.1

0,094±

0,004

0.4±0.1
Кадмий 2 мг/кг

0,001±

0,0003

1,6±0.3 0.55±0.15

0,17±

0,0037

0.3±0.15

В результате эксперимента было установлено снижение активности АЛТ в гомогенате печени в выбранных дозах в 2 раза (р<0,003) по отношению к контролю, как показано в таблице1ина рисунке Б.1.

У самок опытной группы в сыворотке крови происходило увеличение достоверное увеличение активности АЛТ в группе 0,5 мг/кг в 2,7р (р<0.02) и в группе 2 мг/кг в 3 раза (р<0,001) таблица 1, рисунок А.1.

В гомогенате мозга нами не было выявлено достоверных различий в изменении активности АЛТ, хотя наблюдалась тенденция к её снижению, что отражено в таблице 1 и на рисунке В. 1.

В гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АЛТ уменьшилась в 2,5 раза (р<0,004) по отношению к контролю, а при дозе 2 мг/кг по отношению контролю уменьшилась более, чем в 3 раза (р<0,005) (таблица1,рисунок Д.1) . Статистически достоверных различий в активности фермента между дозой 0,5 мг/кг и 2 мг/кг выявлено не было.

В гомогенате сердца достоверных изменений активности АЛТ в дозах как 0,5 мг/кг, так и 2 мг/кг не наблюдалось (таблица 1 Приложение Г.1).

В работе также было изучено изменение активности аспартатаминотрансферазы у потомства белых крыс, подвергшихся токсическому действию солей кадмия в период лактации.

Активность АСТ в гомогенате печени при дозе 0,5 мг/кг по сравнению с контролем достоверно не изменилась, тогда как при дозе 2 мг/кг - повысилась более чем в 2,5 раза (р<0,03) таблица 2, приложение Б.2.

При введении экспериментальным животным нитрата кадмия в дозе 0,5 мг/кг, у их потомства не наблюдалось статистически достоверного изменения активности АСТ в сыворотке крови по сравнению с контролем. При дозе 2 мг/кг отмечено уменьшение активности АСТ сыворотке примерно 6 раз (р<0,05) по сравнению с контролем. Полученные данные представлены в таблице 2, рисунке А.2.

Таблица 2-Активность аспартаттрансаминазы в сыворотке крови и гомогенатах органов 4-х месячных самок крыс подвергшихся хроническому действию кадмия в неонатальный период

Группа

Сыворотка

(М±m)

Печень

(М±m)

Мозг

(М±m)

Сердце

(М±m)

Почки

(М±m)

контроль

0,02±

0,0075

1,9±0,5 1,7±0,3 0,14±0,03 0,7±0,15
Кадмий 0,5 мг/кг 0,009±0,004 2,2±0,7 1,85±0,7 0,2±0,02 0.8±0,2
Кадмий 2 мг/кг 0,003±0,001 4,8±1,2 3,25±0,65 0,15±0,05 1,6 ±0,25

В таблице2, рисунке В.2 показано, что гомогенате мозга при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ достоверно не изменилась (р<0,84) по сравнению с контролем. Введение лактирующим крысам нитрата кадмия в дозе 2 мг/кг привело к увеличению активности АСТ в гомогенате мозга потомства почти в 2 раза (р <0,05) по отношению к контролю.

При изучении токсического действия ионов кадмия на потомство белых крыс было обнаружено, что в гомогенате почек при дозе 0,5 мг/кг активность АСТ по сравнению с контролем достоверно не изменялась (р<0,68) ( таблица 2,рисунок Д. 2). При дозе 2 мг/кг активность АСТ увеличилась 2,3 раз (р<0,02 по сравнению с контролем) ( таблица2, рисунок Д.2) .

Определение активности аспартатаминотрансферазы в гомогенате сердца показало увеличение активности 1,4 раза (р<0,02) по сравнению с контрольными значениями при дозе 0,5 мг/кг. Увеличение дозы токсиканта до 2 мг/кг не приводило к статистически достоверным изменениям активности фермента по отношению к контролю таблица 2, рисунок Г.2.

Полученные в результате эксперимента данные можно объяснить следующим образом: Печень и почки являются органами мишенями при кадмиевой интоксикации выявленное уменьшение активности АЛТ в гомогенате печени можно объяснить тем что, кадмий повреждает клетки печени (гепатоциты), что сопровождается выходом фермента в кровоток /44/. Поскольку максимальное количество АЛТ содержится в печени /54/, то при поражении клеток печени активность АЛТ в крови возрастает, хотя АЛТ является внутриклеточным ферментом, и его содержание в сыворотке крови здоровых людей невелико /41,44/. Поэтому определение активности фермента в сыворотке крови широко используется для диагностики болезней печени.

В мозге и сердце нами не было выявлено достоверных изменений в активности АЛТ, поскольку АЛТ является маркером периферической зоны катаболизма /55/, и его содержание в этих тканях мало, по сравнению например с печенью, изменение активности данного фермента не может быть индикатором тяжёлых нарушений происходящих в них, что мы не можем сказать об активности АСТ, которая повышалась в этих органах.

Наблюдаемое нами уменьшение активности АЛТ в почках может быть следствием того, что происходит ингибирование данного фермента ионами кадмия, можно предположить, что реакция переаминирования аланина при этом протекает медленнее, что приводит к снижению образования глутамата, который является одним из основных участников системы обезвреживания аммиака в организме. В результате в организме может происходить увеличение содержания аммиака в клетках, который является токсичным для организма и должен обезвреживаться, в этом принимает участие фермент АСТ (см. ниже).

Второй фермент, активность которого мы исследовали –АСТ - ключевой фермент обмена веществ, именно он обеспечивает поступление субстратов в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) /55/, занимая «центральную» роль в метаболизме. Субстраты этого фермента: аспартат, глутамат, пируват и α -кетоглутарат являются самыми древними и присутствуют у всех биологических объектов, занимая ключевую роль в обмене веществ. Значительная активность АСТ обеспечивает интенсификацию как поступления метаболитов в ЦТК, так и ускоряет работу последнего, что и ведёт к усилению окислительного фосфорилирования /47/.

В ходе нашего исследования было обнаружено увеличение активности АСТ в печени. Это увеличение можно объяснить тем, что в печени происходит усиленный синтез этого фермента, это может быть связано с тем, что происходит распад белков под действием ионов кадмия, что увеличивает содержание свободных аминокислот в организме, это «субстрат» для трансаминирования /46/. Снижение этого фермента в сыворотке крови говорит о связывании фермента по двум его активным центрам с его SH - группами, что наблюдается в значительном снижении активности /49/.

Увеличение активности АСТ в мозге, возможно, является компенсаторным на уменьшение синтеза глутамата в результате снижения скорости реакции катализируемой АЛТ /43/. Уменьшение синтеза глутамата приводит к повышению уровня аммиака в крови, который способен проникать через гематоэнцефалический барьер в головной мозг, где оказывает нейротоксический эффект /43/. Аммиак может усиливать нейротоксический эффект меркаптанов и короткоцепочечных жирных кислот концентрация которых может быть повышена в клетках печени при их поражении /49/. В астроцитах мозга аммиак обезвреживается в результате глутаматсинтазной реакции с образованием глутамина. Образование глутамина в астроцитах приводит к оттоку глутамата, который в результате усиления активности АСТ частично восстанавливает расход глутамата /55/. Когда происходит отток глутамата из малат-аспартатного челнока митохондрий происходит снижение синтеза АТФ, которую астроцит использует не только для внутренних потребностей, но и для снабжения ею нейронов, что приводит к гипоэнергетическому состоянию ЦНС. Увеличение активности АСТ приводит к увеличению образования глутамата, ответственного за связывания аммиака. Частичное обезвреживание аммиака происходит за счёт синтеза аспарагина из аспартата, являющимся одним из субстратов реакции трансаминирования /48/. Как было отмечено, отток глутамата сопровождается снижением синтеза АТФ что приводит к гипоэнергетическому состоянию, и это не может не изменить активности другого фермента ответственного за связывание аммиака в организме – глутаматдегидрогеназы, являющимся регуляторным механизмом обмена аминокислот. Понижение концентрации аденозиндифосфата (АДФ) активирует этот фермент, т. е. низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот с образованием a - кетоглутарата, часть которого связывается с аммиаком, а часть поступает в ЦТК как энергетический субстрат. Клетки мозга нуждаются в притоке энергии, они чувствительны к токсическому воздействию аммиака, в мозге помимо повышения активности АСТ существует множество механизмов обеспечивающих нормальное функционирование этой ткани.

Повышение активности АСТ в почках, возможно, связано с удалением ионов аммония образовавшегося при распаде белков, дезаминировании аминокислот /47,55/

Увеличение активности АСТ при заболеваниях сердца является диагностическим признаком в клинической практике /41/. Повышение активности АСТ в результате интоксикации, связано с адаптивным синтезом фермента /55/; возможно связано с необходимостью удаления избытков ионов аммония при поражении сердечной мышцы /50/.

В результате нашей работы наблюдалось увеличение активности АСТ и уменьшение активности АЛТ это может происходить и на оборот; возможно, это тонкий механизм, который организм исполняет при усилении или угнетении тех или иных процессов метаболизма, тем самым, адаптируя организм к неблагоприятным условиям. Как видно из результатов обсуждения эти ферменты играют не последнюю роль и в обезвреживании аммиака в организме, помимо своего основного участия в процессах обмена аминокислот.


Выводы

1. Показано, что введение лактирующим самкам крыс азотнокислого кадмия в дозе 0,5 мг/кг вызывает повышение активности аланинаминотрансферазы в сыворотке крови, понижение активности - в гомогенатах печени и почек.

2. Установлено, что в дозе 2 мг/кг увеличения активности аланинаминотрансферазы не наблюдалось, тогда как в гомогенатах печени и почек она уменьшалась.

3. Выявлено повышение активности аспартатаминотрансферазы при введении экспериментальным животным азотнокислого кадмия в дозе 0,5 мг/кг в гомогенате сердца.

4. Установлено повышение активности аспартатаминотрансферазы при дозе 2 мг/кг в гомогенатах печени, головного мозга, почек и уменьшение в сыворотке крови.

Список использованных источников

1. Ярушкин В.Ю. Тяжелые металлы в биологической системе мать-новорожденный в условиях техногенной биогеохимическойпровинции // Гигиена и санитария – 1992. - №6. – с. 13-15.

2. Ревич Б.А. Экологическая эпидемиология, М.:Академия.,2004.– 206 с.

3. Wloch S. Dunamics of morphological and cytochtmical changel in the placenta following cadmium chloride intoxication // Ginecol. Pol. – 1992. – Vol. 63 - №6 – P. 264 – 275.

4. Corpas I., Antonio M T. Study of alteration produced by cadmium and cadmium/leand administration during gestational and early lactation periods in the reproductive organs of the rat // Ecotoxicol. Environ. Saf. – 1998. – Vol. 41 – №2 – P. 180-188.

5. Рапопорт С.М. Медицинская биохимия., М.:Медицина., 1966. – 143 с.

6. Алабастер Дж. Критерии качества воды для пресноводных рыб. М.: Легкая и пищевая промышленность., 1984. – 344 с.

7. Куценко С.А. Основы токсикологии., Санкт – Петербург., 2002. – 390 с.

8. Ликулова И.В., Белова Е.А. Специфическое действие кадмия при перроральном поступлении в организм с водой. // Гигиена и санитария. – 1987. - №6. – с. 70-74.

9. Авцын А.П. и др. Микроэлементозы человека (этиология, классификация, органопатология)., М.:Медицина, 1991. – 564 с.

10. Ambrosi L., Lomonte C., Еtal Nephropathy induset in Nephrology, bari, Itali, apr. 1990. – 100 p.

11. Franchini I., Mutti A. Tubulointerstiliar nephropaties by industrial chemicals // Proceedings of the 4th Bari seminar in Nephrology, Bari., 1990. – p. 119-127.

12. Войнар А.И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека., М., 1960. – 245 с.

13. Дюга Г., Пенни К. Биологическая химия. Химические подходы к механизму действия ферментов., М., 1983. – 460 с.

14. Османов И.М. Роль тяжелых металлов в формировании заболеваний органов мочевой системы // Российский вестник перинетологии и педиатрии. – 1996. - №1. – с. 36-40.

15. Коротков С.А., Глазунов В.В., Действие гидрофобного органического комплекса кадмия на ионную проницаемость митохондриальной мембраны и дыхание митохондрий печени крыс. // Биохимические мембраны. – 1996. - №2. – с. 178-183.

16. Трахтенберг И.М., Иванова Л.А. Тяжелые металлы и клеточные метаболизмы. // Медицина труда и промышленная экология. – 1999. - №11. – с. 28-32.

17. Нурмухамбетов А.Н., Кащеева Е.П. Индукция кадмием перекисного окисления липидов в тканях белых крыс и ее профилактика аскорбиновой кислотой. // Гигиена и санитария. – 1989. - №3. – с. 77-78.

18. Скальный А.В. Микроэлементы человека (диагностика и лечение), М.: КМК., 1999. – 49 с.

19. Калоус В., Павличек З. Биофизическая химия., М.: Мир, 1985. – 446 с.

20. Gunarson D., Nordberg G., Cadmium – induced decrement of the receptor expression and c AMP levels in the testis of rats // Toxicology. – 2003. – Feb. 1:183(1-3) – p. 57-63.

21. Литвинов Н.Н. К вопросу о дозоэффективной зависимости эмбриотоксического действия хлористого кадмия. // Гигиена и санитария. – 1989. - №4. – с.86.

22. Мищенко В.П. Токсичные металлы и беременность. // Российский вестник перинатологии и педиатрии. – 1997. - №6. – с. 59.

23. Antonio M. T., Lores N. Pb and Cd poisoning during development alters cerellar and striatal function in rats // Toxicjlogy. – 2002. – Iul. 1:176 (1-2) – p. 59-66.

24. Кретович В.Л. Введение в энзимологию., М., 1986. – 250 с.

25. Майстер А. Биохимия аминокислот. / Под. ред. А. Е. Браунштейна., М.: Издательство иностранной литературы., 1961. – 240 с.

26. Филиппович Ю.Б. основы биохимии., М., 1985. – 130 с.

27. Катунума Н. Химия и биология пиридоксалевого катализа., М., 1968. – 170 с.

28. Торчинский Ю.М. Молекулярный механизм энзиматического трансаминирования: 40-е Баховское чтение., М., 1987. – 70 с.

29. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты.,(том 2), М., 1982. – 450 с.

30. Берхард С. Структура и функции ферментов., М., 1971. – 380 с.

31. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. / Пер. с анг. Ю.Б. Гребеньщикова., М., 1980. – 430 с.

32. Аминокислоты, их производные и регуляция метаболизма. / Под. ред. З.Г. Броновицкой., Ростов-на-Дону., 1983. – 124 с.

33. Мецлер Т. Биохимия. Химические реакции в живой клетке.(том 2), М., 1980. – 270 с.

34. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия., М.:Наука. – 2004. – 540 с.

35. Якубке Х.Ф., Аминокислоты, пептиды, белки. М., 1985. – 340 с.

36. Функциональная активность ферментов и пути ее регуляции. / Под. ред. С.Е. Северина, Г.А. Кочетова, М.: Издательство МГУ, 1981. – 180 с.

37. Анисимов А.А. Медицинская энзимология., Горький., 1978. – 150 с.

38. Коровкин Б.Ф. Ферменты в жизни человека., М., 1972. – 270 с.

39. Халимов С.З. Сравнительная оценка эмбриотоксического действия различных соединений кадмия. // Гигиена и санитария. – 1985. - №4. – с. 11-14.

40. Reitman S., Frankel A. Colorimetric methol for the deter mination of serum glutamic oxaloacetic and glutamic pyruvic transaminases. – Amer. I Clin. Pathol. – 1957. – №28. – p. 56-63.

41. Комаров Ф.И., Коровкин Б.Ф. Биохимические исследования в клинике., М., 2001. – 215 с.

42. Рокицкий П.Р. Биологическая статистика., Минск., 1973. – 319 с.

43. Немова Н.С. Влияние аммиака и ацетилхолина на аспартат- и аланинаминотрансферазную активность ткани головного мозга. // Вопросы медицинской химии. – 1966. - №5. – с. 514-516.

44. Покровский А.А. Изменение активности сорбитдегидрогеназы, аланиаминотрансферазы и фосфогексоизомеразы в плазме крови крыс при остром токсическом поражении печени. // Вопросы едицинской химии. – 1967. - №5. – с. 511-515.

45. Корчак В.И. Активность аланинаинотрансферазы в сыворотке крови и печени в условиях воздействия на крыс химических веществ. // Гигиена и санитария. – 1985ю - №8. – с. 11-14.

46. Мосс Д.В., Баттерворт П.Д. Энзимология и медицина. М., 1978. – 365 с.

47. Талакин Ю.Н. О некоторых биохимических изменениях в организме при воздействии низких концентраций тяжелых металлов. // Гигиена и санитария. – 1973. - №9. – с. 17-19.

48. Люблина Е.И, Минкина Н.А. Адаптация к промышленным ядам как фаза интоксикации., Ленинград., - 1971. – 567 с.

49. Магарламов А.Г. Аспартат- и аланинаминотрансферазная активность в печени и сыворотке крови крыс при парентеральном азотистом питании на фоне белкового голодания. // Украинский биохимический журнал. – 1980. - №6. – с. 720-725.

50. Мушина Е.В. Изучение совместного биологического действия свинца и кадмия в эксперименте на животных. // Гигиена и санитария. – 1989. - №9 – с.89-90.

51. Охрименко С.М., Гурьева Н.Г. Адаптации ферментов липидного и азотистого обмена у крыс при оксидативном стрессе, вызванном стрессе, вызванном солями кобальта и ртути // Вестник Харьковского национального университета. – 2005. - №2. – с.56-60.

52. Филимонов К.Р. Лабораторная и инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. – М.: Наука, - 1995. – 342 с.

53. Kowalczyc E., Koff A. Effect of anthocyanins on selected biochemical parameters in rats exposed to cadmium // Acta Biochemica Polonica. – 2003. – Vol. 50. №2 – P. 543-548.

54. Надинская М.Ю. Печеночная энцефалопатия: патогенный подход к лечению. // Гостроэнтерология. – 2006. - №1. – с. 12-16.

55. Силиванов М.П. Клиническая биохимия.М.: Мир, 1984. – 543 с.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений07:19:41 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
19:34:53 28 ноября 2015

Работы, похожие на Дипломная работа: Изучение токсического влияния кадмия на активность аминотрансфераз у потомства белых крыс

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150007)
Комментарии (1830)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru