EUR/RUB 67.56
USD/RUB 57.47
EUR/USD 1.18
Банк инноваций
2009, декабрь
2009, ноябрь
2009, октябрь
2009, сентябрь
2009, август
2009, июль
2009, июнь
2009, май
2009, апрель
2009, март
2009, февраль
2009, январь
2008, декабрь
2008, ноябрь
2008, октябрь
2008, сентябрь
2008, август
2008, Июль
2008, Июнь
2008, Май
2008, Апрель
2008, Март
2008, Февраль
 •  Статья 1
 •  Статья 2
 •  Статья 3
 •  Статья 4
Анонсы


Модульная установка для поточного производства декоративно-облицовочных плит из отходов стекла

БЮРО ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
 

 
100%
800
960
1024
1152
 О компании  Услуги  Журнал  Контакты 
Журнал  2008, Февраль  Статья 3

 

РЕАКТИВНОСТЬ ГТФ-СВЯЗЫВАЮЩИХ БЕЛКОВ К ГОРМОНАМ В МОЗГЕ И МИОКАРДЕ ГОЛОДАЮЩИХ КРЫС


Герасимова Л. С., Горбачев А. А.,
Школа № 371, 10 кл.
Руководитель: канд. биол. наук Шпаков А. О.
Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН
Санкт-Петербург


В результате длительного голодания человека и животных нарушается функционирование практически всех систем организма и, как следствие, меняются многие показатели его физиологического состояния. В основе этих изменений должны лежать изменения чувствительности органов и тканей организма к действию гормонов. Для проверки этого предположения и основываясь на полученных ранее результатах [1], мы предприняли исследование, в котором изучили изменение чувствительности миокарда, скелетных мышц и мозга крыс к биогенным аминам и пептидным гормонам в условиях голодания. Мы исследовали два срока голодания – 2 и 4 суток, а также двухэтапное голодание, когда крысы были лишены пищи в течение 4 суток, один раз накормлены и снова лишены пищи в течение 4 суток.



Введение

Голодание приводит в действие сложный комплекс адаптивных реакций, направленных на сохранение жизненно важных компонентов тканей организма и перераспределение его химических ресурсов. Реализация программы адаптации к меняющимся условиям питания осуществляется с помощью гормонов, которые влияют на функциональную активность эффекторных систем клетки и, в конечном итоге, регулируют метаболические процессы в тканях организма, лишенного необходимых для его нормальной жизнедеятельности пищевых ресурсов. Обычно в связи с голоданием обсуждается гормональная регуляция уровня глюкозы в крови, поскольку чувство голода – один из основных симптомов быстро развивающейся гипогликемии. Однако рассмотрение регуляторных механизмов одной только концентрации глюкозы – это чрезмерное упрощение ситуации, поскольку при голодании функционирует крайне сложная совокупность механизмов регуляции всех видов обмена веществ – углеводного, жирового и белкового, а также водного и электролитного [1]. Следует также отметить, что чувство голода непосредственно отражается на поведении человека и животных и их взаимодействии с внешней средой, в основе чего лежит изменение активности гормонов, ответственных за психоэмоциональную сферу. Комплекс адаптивных реакций в ответ на лишение организма пищевых ресурсов требует координированной работы широкого спектра гормональных сигнальных систем, через которые свое регуляторное влияние на клетку оказывают различные по химической природе гормоны и нейромедиаторы.

На основании вышесказанного можно предположить, что в основе физиологических изменений в организме лишенных пищи человека и животных лежат изменения функциональной активности гормональных сигнальных систем, в частности наиболее распространенной аденилатциклазной системы, включающей в качестве сопрягающего компонента гетеротримерные ГТФ-связывающие белки (G-белки). Подтверждением этого являются результаты, полученные рядом авторов при изучении функционирования гормоночувствительной аденилатциклазной системы в условиях голодания [6, 7, 11, 13, 14, 24]. Так обнаружено, что стимулирующее влияние гормонов на активность аденилатциклазы, которое реализуется через G-белки стимулирующего типа (Gs-белки), при голодании усиливается, в то время как ингибирующее влияние гормонов, которое реализуется через G-белки ингибирующего типа (Gi-белки), напротив, ослабляется.

Следует, однако, отметить, что данные литературы относительно общей картины изменений чувствительности аденилатциклазной системы человека и позвоночных животных к гормональным и негормональным агентам при голодании в настоящее время отсутствуют. В то же время, выявление изменений в функционировании аденилатциклазной системы в условиях недостатка или полного отсутствия пищи необходимо для понимания молекулярных механизмов гормональной регуляции энергетического гомеостаза на клеточном и органном уровне, а также для лечения ряда заболеваний, которые сопровождаются истощением энергетических ресурсов (например, анорексии).

Цель исследования состояла в изучении регуляции биогенными аминами и пептидными гормонами активности гетеротримерных G-белков в мышечных тканях и мозге крыс в условиях голодания продолжительностью 2 и 4 суток, а также голодания, которое складывается из двух последовательных этапов, каждый продолжительностью по 4 суток. Для выяснения того, каким образом при голодании меняется эффективность передачи стимулирующих и ингибирующих аденилатциклазу сигналов, были избраны как гормоны, стимулирующие активность АЦ через Gs-белки, так и гормоны, ингибирующие активность фермента через Gi-белки.

Методика

В работе были использованы четыре группы самцов белых крыс линии Wistar. Первую группу (контроль) составляли крысы, находящиеся на стандартном рационе (n = 11), вторую и третью группы – крысы, лишенные пищи соответственно в течение 2 (n = 9) и 4 суток (n = 8) при отсутствии ограничений в потреблении воды, четвертую группу – крысы, которые были лишены пищи в течение 4 суток, затем однократно накормлены и вновь лишены пищи в течение 4 суток при отсутствии ограничений в потреблении воды (n = 8). Уровень глюкозы в плазме крови крыс, который определяли орто-толуидиновым методом, составлял у контрольных животных 5.1±0.5 ммоль/л, во второй, третьей и четвертой группах – 2.7±0.6, 1.3±0.2 и 1.1±0.4 ммоль/л соответственно.

Результаты

В тканях голодающих крыс также наблюдалось снижение базального уровня ГТФ-связывания G-белков, которое было несколько более выражено в сравнении со снижением базальной активности аденилатциклазы.

Изучение динамики изменений чувствительности G-белков к действию гормонов, стимулирующих активность фермента и действующих через Gs-белки, показало, что в мышечных тканях через 2 суток голодания наблюдается отчетливое усиление стимулирующих ГТФ-связывание эффектов изопротеренола и релаксина, но в дальнейшем это усиление начинает ослабевать (4 суток голодание) вплоть до приближения эффектов гормонов к их значениям у контрольных животных (двухэтапное голодание, 4 + 4 суток).

В мозге через 2 сут голодания, напротив, не выявлялось заметного усиления стимулирующих эффектов серотонина и релаксина на ГТФ-связывание Gs-белков, в то время как через 4 сут голодания и после двухэтапного голодания эти эффекты отчетливо повышались (в наибольшей степени в случае действия серотонина).

В условиях голодания в значительной степени снижалась стимуляция гормонами, ингибирующими аденилатциклазу, уровня ГТФ-связывания Gi-белков, через которые соматостатин и бромкриптин осуществляют негативную регуляцию активности фермента. Так стимулирующий ГТФ-связывание эффект соматостатина в миокарде и мозге крыс после двухэтапного голодания снижался в пять и в два с половиной раза соответственно.

Обсуждение результатов

Полученные нами данные указывают на то, что в условиях продолжительного голодания чувствительность Gs-белков к регуляторному действию гормонов, стимуляторов аденилатциклазы, повышается. Эти результаты согласуются с данными других авторов, свидетельствующих о том, что в ряде тканей крыс, лишенных пищи даже на сравнительно короткий срок, повышается реактивность аденилатциклазы к действию гормонов, реализующих свое действие через Gs-белки.

Несмотря на то, что тенденция к изменению чувствительности G-белков к гормонам в условиях продолжительного голодания была выявлена как в мышцах, так и в мозге, динамика таких изменений в них различалась. В мозге чувствительность Gs-белков к гормонам, стимулирующим фермент, отчетливо повышалась в условиях голодания продолжительностью 4 суток и двухэтапного голодания (4 + 4 суток), но практически не отличалась от контроля через 2 суток после лишения животных пищи. В мышцах крыс стимулирующие G-белки эффекты гормонов, напротив, резко повышались при 2 суток голодании, но при более продолжительном голодании ослабевали и приближались к их значениям у контрольных животных.

Таким образом, чувствительность аденилатциклазной системы, включающей Gs-белки, к гормонам в мышечных тканях в условиях голодания повышается быстрее, чем в мозговой ткани. Это свидетельствует о том, что сопряженная с Gs-белками аденилатциклазная система в мозге более инертна в сравнении с таковой в мышцах, и потому ее функциональная активность при непродолжительном голодании не успевает заметно измениться. Однако это справедливо только в отношении гормонов, активирующих аденилатциклазу. Чувствительность G-белков к влиянию гормонов, ингибиторов аденилатциклазы, которые действуют через Gi-белки, отчетливо ослабляется как в мышцах, так и в мозге уже через 2 суток голодания, и тканеспецифичность в динамике изменений гормональной чувствительности аденилатциклазы в этом случае не выявляется.

Обнаруженные нами изменения чувствительности G-белков к гормональным воздействиям являются одним из эффективных адаптационных механизмов, с помощью которого достигается оптимизация энергетического обмена на клеточном и органном уровне в условиях лишения организма пищевых ресурсов. Функцию триггера, запускающего молекулярные механизмы, которые вызывают изменение функциональной активности гормональных сигнальных систем в условиях голодания, может играть гипогликемия – снижение уровня глюкозы в плазме крови. В нашем случае лишение крыс пищи в течение 2 и 4 сут приводило к снижению уровня глюкозы в плазме крови в сравнении с контрольными животными соответственно в 2 и 4 раза, что влияет на чувствительность аденилатциклазы к гормонам.

Нами также выявлено снижение уровня ГТФ-связывания G-белков в тканях голодающих крыс. Ослабление ингибирования активности аденилатциклазы гормонами, действующими через Gi-белки, и снижение стимуляции этими гормонами уровня ГТФ-связывания могут свидетельствовать в пользу того, что в условиях голодания снижаются функциональная активность Gi-белков и(или) их экспрессия.

Таким образом, основываясь на полученных нами данных можно предположить, что одной из первопричин биохимических и физиологических изменений в организме животных в условиях голодания являются изменения функциональной активности компонентов гормональных сигнальных систем, в частности аденилатциклазной системы, и их чувствительности к гормональным сигналам.

Литература:
[1] Герасимова Л. С., Горбачев А. А.Сб. XXX Всер. научно-практ. конф. школьников по химии. С. 6-7 (2006).
[2] Shpakov A. O., Kuznetsova L. A., Plesneva S. A.et al. Cent. Eur. J. Biol. 1, 530–544 (2006).

При перепечатке обязательна ссылка на сайт.

 

©2007-2017 Бюро инновационных технологийcms4site™