Динамика АТФазной активности в субклеточных структурах тканей куриных эмбрионов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат биологических наук Ревина, Анна Борисовна

• Ревина, Анна Борисовна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Ревина, Анна Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности эмбрионального развития кур.

1.2. Энергетический обмен в тканях куриных эмбрионов.

1.3. Структура и функции субклеточных структур.

1.4. Роль биологических мембран и встроенных в них транспортных ферментных систем в процессах обмена веществ и энергии.

1.5. Транспортные АТФазы, их биологическая функция и активность.

1.5.1. К+ - АТФаза её роль в активном транспорте веществ через клеточные мембраны и активность.

1.5.2. Структура и биологическая роль - АТФазы.

1.5.3. Структура и биологическая роль

Са - АТФазы.

1.5.4. Аниончувствительная АТФаза и её роль в процессах энергообеспечения клеток.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объект исследования.

2.2. Методика выделения субклеточных фракций.

2.3. Методы биохимических исследований.

3. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Содержание белка в субклеточных фракциях тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов.

3.2. АТФазная активность субклеточных фракций тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов.

3.3. Сравнительная оценка АТФазной активности митохондриальной и ядерной субклеточных фракций различных тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов.

3.4. Активность Mg2+,K+,Na+- АТФазы митохондриальной и ядерной субклеточных фракций различных тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов, после введения вируса болезни Ньюкасла, штамм Ла

Сота.

3.5. Корреляционная связь АТФазной активности с содержанием белка в тканях 10-17-ти суточных куриных эмбрионов.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НАУЧНЫХ ВЫВОДОВ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика АТФазной активности в субклеточных структурах тканей куриных эмбрионов»

1.1. Актуальность темы. Наиболее адекватной моделью, позволяющей в динамике изучить у позвоночных закономерности преобразований на протяжении эмбриогенеза без ущерба для материнского организма, являются эмбрионы птиц. Их особенностью является доступность и управляемость в процессе эксперимента, возможность получения и фиксирования результатов практически с помощью всех известных методов: эмбриологических, гистологических, цитологических, генетических, биохимических, гематологических, микрохирургических и многих других (Фисинин В.И., 1986). Работа с куриным эмбрионом (КЭ), как объектом промышленного инкубирования, сопровождается неизбежными потерями, но они не противоречат принципам биоэтики и, в отличие от работы с эмбрионами млекопитающих и человека, может быть реализована на любом этапе онтогенеза, являющемся предметом интереса исследователя (Свечкин Ю.К., 1985).

Интерес к куриному эмбриону, как объекту исследования, появился еще у Аристотеля, который стоит у истоков эмбриологии и биологии развития. С XVII века ученые сделали ряд открытий, используя в качестве объекта исследований куриный эмбрион. Поэтому невозможно переоценить значение куриного эмбриона не только на этапе становления, но и на дальнейших этапах развития учения об онтогенезе. Эмбрион является экологически чистым максимально изолированным от внешней среды объектом, что снижает вероятность спонтанного влияния внешних факторов в процессе эксперимента (ВеИштвЩ 1993).

Именно на глубоких знаниях биологических особенностей роста и развития птицы в эмбриональный и постэмбриональный периоды основаны разработки новых технологий, особенно в инкубации яйца, кормлении и выращивании поголовья (Лесли Д.Ф., 1982).

Инкубационные качества яиц зависят от множества факторов, как внешних, так и внутренних. Одним из важнейших является биологическая полноценность яиц, зависящая от адекватного транспорта всех необходимых для эмбриона питательных веществ: витаминов, аминокислот, моносахаридов, макро- и микроэлементов и других, содержание которых играет важную роль в эмбриональном развитии птицы. В связи с этим разработка биохимии транспорта питательных веществ - задача, связанная с практическими путями улучшения качества яиц (Фисинин В.И., 1976).

В эмбриогенезе при относительно стабильных условиях инкубации необходимо знать биохимические показатели для объективной оценки генетических качеств нарождающегося молодняка птицы, чтобы адекватно прогнозировать их продуктивность во взрослом состоянии (Станишевская О.И., 1988).

По мнению ряда исследователей, важными показателями оценки предрасположенности птицы к ускоренному росту можно считать выводимость яиц, массу суточных цыплят и продолжительность эмбриогенеза (Варакина Р.И., 1969; Позднякова Н.С., 1987; Marks H.L., 1975; Garwood V.A., Lowe P.C., 1982; Tullet S.G., Burton F.G., 1983; Shanawany M.M., 1985; Tullet S.G., 1990). Однако к этим параметрам прибавился ещё один - эффективность использования эмбрионами питательных веществ яиц. Он, очевидно, является наиболее важным, хотя до настоящего времени не получил должного распространения и находится на стадии изучения (Аристархова Э.А., 1992).

Куриное яйцо и развивающийся в нем цыпленок являются удобным объектом для биохимических исследований. Это объясняется тем, что искусственное инкубирование яиц делает возможным точное определение стадии развития эмбриона. Кроме того, в тканях развивающегося зародыша, изолированного от внешней среды скорлупой, происходит самобытный обмен веществ. Важно отметить и то, что изучение физиологических и биохимических свойств развивающегося цыплёнка позволит выявить особенности филогенетического развития животного мира (Бадалян Р.В., 1980).

Изучение динамики изменения биохимических показателей при инкубации яиц сельскохозяйственной птицы привлекает внимание многих исследователей. Однако использование полученных научных данных явно недостаточно для того, чтобы прогнозировать развитие у эмбрионов полезных зоотехнических признаков. В связи с этим требуется более глубокое изучение эмбриогенеза кур на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Следует также учесть, что для правильного ведения инкубации необходимо познание биохимических процессов развития птичьих эмбрионов.

Исследование механизмов, лежащих в основе превращений энергии в биологических системах, представляет особый интерес. Известно, что в центре всех превращений энергии в клетке находится АТФ. За счёт световой энергии или энергии, выделяющейся при гликолизе, брожении и тканевом дыхании, синтезируется АТФ из АДФ и Н3Р04. При гидролизе АТФ до АДФ и Н3РО4 выделяется энергия, необходимая для совершения всех видов работы в организме. В приведённых реакциях особое место отводится энзимам биологического окисления, ресинтеза и распада АТФ на различных стадиях эмбрионального и онтогенетического развития животных (Вишняков С.И., 1995).

Современные достижения молекулярной биологии связаны с изучением вопросов утилизации энергии в виде макроэргических связей АТФ в мембранных структурах клетки, осуществляемых встроенными в них АТФазами, являющимися обязательными компонентами различных ионных насосов, которые классифицируются по переносимым ими ионам (Болдырев A.A., 1985; Кометиани З.П., Векуа М.Г., 1988).

С работой ионных насосов связаны процессы транспорта электролитов, Сахаров, аминокислот, органических кислот в клетку, генерации биотоков и нервного импульса, сопряжения окислительного фосфорилирования. Поэтому показатель активности АТФазных ионных насосов является очень чутким критерием оценки метаболического состояния организма.

Хотя в последнее время накоплено много материала по проблемам ионного транспорта и функционированию: K+,Na+-, Ca2+-, Mg2+-, анионной (НС03>, Н+-АТФаз (Болдырев A.A., 1985; Кагава Я., 1985; Вишняков С.И.,

1989; Скулачев В.П., 1989; Рыжкова Г.Ф., 2005 и др.), в доступной нам научной литературе функционирование транспортных аденозинтрифосфатаз в мембранных структурах различных органов и тканей куриных эмбрионов, а также многие вопросы, связанные с особенностями образования и утилизации энергии на различных стадиях эмбрионального развития животных и, в частности птиц, почти не освещено.

Кроме того, одним из малоизученных и интересных аспектов развития куриного эмбриона является изучение особенностей его реакции на действие вирусов, вероятность контакта с которыми в процессе жизни у птицы велика.

В связи с вышеизложенным представляется актуальным изучение особенностей развития эмбриона, с точки зрения биохимии, как в онтогенезе, так и в процессе экспериментального воздействия вируса болезни Ньюкасла, штамм Ла-Сота.

1.2. Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение активностей транспортных АТФаз в субклеточных структурах тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов в онтогенезе и после введения вируса болезни Ньюкасла, штамм Ла-Сота.

В задачи исследований входило:

1. Определить активность транспортных АТФаз (М§2+, К+ -; М&2+ , Са2+ -; НС03") в митохондриальной и ядерной субклеточных фракциях тканей (скелетной мускулатуры, печени, желудка, головного мозга) 10-17-ти суточных куриных эмбрионов в онтогенезе и провести сравнительный анализ полученных результатов;

2. Установить взаимосвязь между АТФазной активностью и временем закладки внутренних органов;

3. Определить содержание белка в митохондриальной и ядерной субклеточных фракциях тканей (скелетной мускулатуры, печени, желудка, головного мозга) 10-17-ти суточных куриных эмбрионов в онтогенезе и провести сравнительный анализ полученных результатов;

4. Установить влияние вируса болезни Ньюкасла, штамм Ла-Сота, на активность транспортных АТФаз и содержание общего белка в митохондри-альной и ядерной фракциях тканей куриных эмбрионов;

5. Исследовать взаимосвязь между АТФазной активностью и содержанием общего белка в митохондриальной и ядерной субклеточных фракциях тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов.

1.3. Научная новизна. Впервые изучена динамика функционирования транспортных ионных насосов (М§ , Иа , К М^ , Са -; НСОэ" - АТФаз) в митохондриальных и ядерных субклеточных фракциях тканей (скелетной мускулатуры, печени, желудка, головного мозга) 10-17-ти суточных куриных эмбрионов в онтогенезе и при введении вируса болезни Ньюкасла, штамм Ла-Сота; установлена взаимосвязь между АТФазной активностью и временем закладки внутренних органов; определены наиболее критические сроки развития куриного эмбриона по отношению к вирусу; выявлена корреляционная зависимость между АТФазной активностью и содержанием общего белка в субклеточных фракциях тканей куриных эмбрионов.

Полученные новые данные дополняют биохимию сведениями об особенностях эмбрионального развития зародышей.

1.4. Практическая и теоретическая значимость работы. Проведённые исследования раскрывают особенности изменений АТФазной активности в субклеточных фракциях тканей 10-17-ти суточных куриных эмбрионов на различных стадиях эмбрионального развития и позволяют установить взаимосвязь между данными показателями и временем закладки внутренних органов.

Результаты исследования АТФазной активности можно использовать для дальнейшей разработки биохимических тестов, позволяющих судить о состоянии метаболических процессов куриного эмбриона в онтогенезе.

Полученные данные дополняют и расширяют общеизвестные представления об эмбриогенезе птиц и могут быть использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по биохимии и эмбриологии.

1.5. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Активность транспортных ферментных систем

MgZT, Na , 1С -; Mg ,

Са2+ -; НС03" - АТФазы) и содержание общего белка в митохондриальной и ядерной субклеточных фракций тканей (скелетной мускулатуры, печени, желудка, головного мозга) куриных эмбрионов в онтогенезе;

2. АТФазная активность и содержание общего белка в митохондриальной и ядерной субклеточных фракций тканей (скелетной мускулатуры, печени, желудка, головного мозга) куриных эмбрионов, заражённых вирусом болезни Ньюкасла;

3. Взаимосвязь между АТФазной активностью и временем закладки внутренних органов куриных эмбрионов;

4. Корреляционная связь между АТФазной активностью и содержанием общего белка в субклеточных фракциях тканей куриных эмбрионов.

1.6. Апробация работы. Основные материалы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Курской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И.Иванова в 2009-2011 годах, XII международной научно-практической конференции «Новейшие достижения Европейской науки» (София, 2011г.), международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Агропромышленный комплекс: контуры будущего» (Курск, КГСХА, 2011г.)

1.7. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, из которых 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1.8. Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 135 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 29 рисунками, 30 таблицами и включает следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, собственные исследования, обсуждение полученных результатов, выводы, практические предложения, список литературы. Список литературы включает 224 источника, в том числе 84 — иностранных.