Анотація до роботи:

Лущак В. І. Біохімічні механізми адаптації риб до умов водного середовища: аноксія, гіпоксія та фізичне навантаження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 – Біохімія. – Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці, 2002.

Дана робота містить теоретичний та експериментальний аналіз біохімічних механізмів адаптації риб до умов зовнішнього середовища. Толерантний до аноксії сріблястий карась має потужну систему детоксикації активованих форм кисню. В умовах експериментальної аноксії та реоксигенації активність деяких антиоксидантних та асоційованих ферментів у метаболічно найбільш активній тканині печінці може зростати. Тому пропонується гіпотеза, згідно з якою такі зміни направлені на попередження пошкоджуючої дії оксидативного стресу, що розвивається у процесі реоксигенації. Перерозподіл активності ферментів обміну вуглеводів між вільним та зв’язаним зі структурними компонентами клітини станами може бути одним із механізмів, які беруть участь не тільки у просторово-часовій реорганізації метаболічних шляхів, а і в модифікації їх функціональних властивостей, включаючи стабільність. В умовах недостатньої активності АТФ-синтезуючих систем енергетичний заряд може стабілізуватись АМФ-дезаміназою, причому у м’язах риб функціонують механізми, що адаптують властивості ферменту до потреб клітини. Запропонована узагальнююча схема адаптації риб до зміни факторів зовнішнього середовища, яка грунтується на аналізі зміни енергетичного статусу риб на різних стадіях дії екзогенних факторів і супутніх біохімічних процесів у тканинах риб.

1. Адаптація риб до екстремальних умов зовнішнього середовища здійснюється за рахунок стимуляції анаеробного енергозабезпечення, в першу чергу, гліколізу. За неспроможності системи анаеробного енергопостачання забезпечити стабільний рівень АТФ підтримання високого значення енергетичного заряду відбувається за рахунок гідролізу АМФ АМФ-дезаміназою. При переході між різними рівнями постачання киснем тканин риб за зміни зовнішніх факторів можливе виникнення оксидативного стресу. Його шкідлива дія попереджується наявністю антиоксидантів. Причому потужність антиоксидантних систем може змінюватись у відповідності до фізіологічного стану риб.

2. В тканинах сріблястого карася концентрація глутатіону вища, ніж у всіх відомих нам тканинах холоднокровних тварин за виключенням черепах. Вона становить 2,88, 0,87, 0,67 та 0,17 ммоль/г тканини у печінці, нирці, мозку та білих м’язах, відповідно. Проте активність антиоксидантних ферментів не дуже висока, що може свідчити про провідну роль низькомолекулярних антиоксидантів у захисті від активованих форм кисню.

3. Аноксія та наступна реоксигенація викликають оксидативний стрес у тканинах сріблястого карася, про що свідчить зміна рівня продуктів пероксидного окиснення ліпідів – кон’югованих дієнів (КД). Так, наприклад, в печінці реоксигенація протягом 1 та 14 год. викликала двократне збільшення вмісту КД (P < 0,05), а у мозку реоксигенація протягом 14 год. призводила до зростання вмісту КД на 75%. При цьому рівень глутатіону у печінці, мозку та білих м’язах риб був незмінним за дії аноксії та реоксигенації, лише у нирках концентрація цього пептиду падала при дії аноксії та реоксигенації протягом 1 год. (P < 0,05).

4. Аноксія та реоксигенація викликають збільшення в печінці сріблястого карася активності антиоксидантних та асоційованих з ними ферментів – супероксиддисмутази, каталази, глутатіонредуктази та глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (P < 0,05). Оскільки саме печінка з усього організму піддається найбільшому впливові оксидативного стресу при реоксигенації, то, ймовірно, організм риб таким чином готується до нього, захищаючи цей орган.

5. Гіпоксія та фізичне навантаження спричинюють перерозподіл активності гліколітичних та асоційованих ферментів обміну вуглеводів між вільним та зв’язаним зі структурними компонентами клітини станами у тканинах риб. Розподіл ферментів між цими станами in vitro чутливий до іонної сили, величини рН середовища та присутності специфічних метаболітів. Перерозподіл активності даних ферментів між вільним та зв’язаним зі структурними компонентами станами, який відбувається незалежно від типу стимуляції анаеробного енергопостачання, свідчить про його зв’язок зі станом загального адаптаційного синдрому.

6. Кінетичні властивості вільних та зв’язаних форм гліколітичних ферментів можуть відрізнятися. Так, спорідненість до субстратів чи кофакторів, стабільність при протеолізі та нагріванні, чутливість до концентрації протонів, інгібування надлишком субстрату можуть змінюватись в результаті взаємодії ферментів зі структурними компонентами. Тому зміна розподілу цих ферментів може призводити не тільки до зміни їх локалізації, а й до модифікації кінетичних параметрів, чутливості до ефекторів та стабільності. В результаті перерозподіл ферментів між різними компартментами клітини може викликати не тільки локальну зміну метаболітів тих чи інших шляхів, а й сумарний їх потік.

7. Розподіл активності АМФ-дезамінази (АМФД) у м’язах риб між вільною та зв’язаною зі структурними компонентами формами чутливий до фізіологічного стану тварин. Так, стимуляція плавання лососів викликала збільшення долі зв’язаної активності: вона зростала з 30 до 97 і 76% при інтенсифікації плавання протягом 1 та 8 хв., відповідно (P < 0,05). В результаті дії гіпоксії (15% насичення води киснем) протягом 90 хв. відсоток активності АМФД, зв’язаної з субструктурними частинками м’язів скорпени, зростав у 2–3 рази (P < 0,05), причому величина змін була пов’язана зі стадією зрілості статевих продуктів риби.

8. Активність АМФД у м’язах риб регулюється як стабільною модифікацією ферменту, так і шляхом взаємодії з міофібрилами. Кінетичні характеристики АМФД, очищеної з вільної та зв’язаної фракцій м’язів, можуть відрізнятись. На білих м’язах лосося на групі стимульованих 1 хв. риб показано, що величина S_0,5 для АМФ вища у зв’язаної форми, ніж у вільної, а n_H – навпаки. Вільна форма ферменту, очищена з цієї ж групи риб, також була чутливішою до інгібування фосфатом.

9. Взаємодія АМФД з міофібрилами не забезпечується виключно електростатичними чи гідрофобними силами. Вона, ймовірніше всього, носить специфічний характер, який забезпечується структурними властивостями одного чи обох названих компонентів.

10. Запропонована узагальнююча схема біохімічної адаптації риб до зміни факторів зовнішнього середовища. Вона грунтується на аналізі зміни енергетичного статусу риб на різних стадіях дії екзогенних факторів і супутніх біохімічних процесів у тканинах риб.

Публікації автора:

1. Лущак В.И. Выделение и характеристика лактатдегидрогеназы из белых плавниковых мышц ската Raja clavata // Укр. біохім. журн. – 1990. – Т. 62, №6. – С. 38–42.

2. Лущак В.И. Характеристика связанной с микросомами лактадегидро-геназы из белых мышц ската // Биохимия. – 1991. – Т. 56, №12. – С. 2173–2180.

3. Lushchak V.I. Free and membrane-bound lactate dehydrogenase from white driving muscles of skate // Biochem. Intern. – 1992. – V. 26, №5. – P. 905–912.

4. Лущак В.И. Взаимодействие лактатдегидрогеназы со структурными компонентами клетки: возможное физиологическое значение // Биохимия. – 1992. – Т. 57, №8. – С. 1142–1154.

5. Лущак В.И. Характеристика свободной и связанной пируваткиназы мозга костистой рыбы барабули // Укр. біохім. журн. – 1993. – Т. 65, №4. – С. 21–28.

6. Lushchak V.I. Free and bound pyruvate kinase from fish brain: properties and redistribution after hypoxia // Biochem. Mol. Biol. Intern. – 1993. – V. 29, №6. – P.1103–1109.

7. Лущак B.И. Роль фосфорилирования и перераспределения гликолитических ферментов в адаптации гидробионтов к условиям внешней среды // Гидробиол. журн. – 1994. – Т. 30, №6. – С. 50–58.

8. Лущак В.И. О проблеме образования комплекса гликолитических ферментов // Укр. біохім. журн. – 1994. – Т. 30, №6. – С. 113–115.

9. Lushchak V.I., Storey K.B. Effect of exercise on the properties of AMP-deaminase from trout white muscle // Int. J. Biochem. – 1994. – V. 26. – P. 1305–1312.

Дисертант запланував роботу та виконав усі експерименти, написав рукопис статті.

10. Lushchak V.I., Storey K.B. Influence of exercise on the distribution of enzymes in trout white muscle and kinetic properties of AMP-deaminase from free and bound fractions // Fish Physiol. Biochem. – 1994. – V. 13. – P. 407–418.

Дисертант запланував роботу, виконав усі експерименти та написав рукопис статті.

11. Лущак В.И., Стори К.Б. Очистка и характеристика АМР-дезаминазы из белых мышц лосося // Биохимия. – 1995. – Т. 60, №2. – С. 270–277.

Дисертант запланував роботу, виконав усі експерименти та написав рукопис статті.

12. Лущак В.И., Русинова О.С., Астахова Л.П., Кондратьева Т.П., Руденко Л.М. Изучение влияния аноксии и гипоксии на обмен углеводов в мозгу барабули // Гидробиол. журн. – 1995. – Т. 31, №2. – С. 42–48.

Дисертант запланував роботу, виконав основну частину експериментів та написав рукопис статті.

13. Лущак В.І., Лущак Л.П. Властивості вільних та зв’язаних гліколітичних ферментів мозку скорпени: I. Гексокіназа // Укр. біохім. журн. – 1996. – Т. 68, №3. – С. 42–47.

Дисертант запланував роботу та виконав основну частину експериментів, написав рукопис статті.

14. Спіченков О.В., Багнюкова Т.В., Лущак В.І. Властивості вільних та зв’язаних гліколітичних ферментів мозку скорпени: II. Лактатдегідрогеназа // Укр. біохім. журн. – 1996.– Т. 68, №3. – С. 47–52.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та написав рукопис статті.

15. Багнюкова Т.В., Лущак В.І. Властивості вільних та зв’язаних гліколітичних ферментів мозку скорпени: III. Піруваткіназа // Укр. біохім. журн.. – 1996. – Т. 68, №3. – С. 52–57.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та написав рукопис статті.

16. Смірнова Ю.Д., Лущак В.І. Солюбілізація АМР-дезамінази м’язів костистої риби скорпени // Укр. біохім. журн. – 1996. – Т. 68, №2. – С. 63–68.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та написав рукопис статті.

17. Лущак B.И. Функциональная роль и свойства АМР-дезаминазы // Биохимия. – 1996. – Т. 61, №2. – С. 195–211.

18. Лущак В.І. Утворення надмолекулярних комплексів як шлях регуляції активності гліколітичних ферментів // Укр. біохім. журн. – 1996. – Т. 68, №2. – С. 20–28.

19. Lushchak V.I., Smirnova Yu.D., Storey K.B. Unusual solubilization of AMP-deaminase from teleost fish muscle // Biochem. Mol. Biol. Intern. – 1997. – V. 43, №3. – P. 685–694.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та керував рештою, написав рукопис статті.

20. Лущак В.И., Русинова О.С., Астахова Л.П., Кондратьева Т.П., Руденко Л.М. Влияние гипоксии на обмен углеводов в мозгу и печени барабули // Журн. эвол. биох. физиол. – 1997. – Т. 33, №1. – С. 38–43.

Дисертант запланував роботу та виконав частину експериментів, написав рукопис статті.

21. Lushchak V.I., Bahnjukova T. V., Storey K.B. Effect of hypoxia on the activity and distribution of glycolytic and associated enzymes in sea scorpion tissues // Brazilian J. Med. Biol. Res. – 1998. – V. 31. – P. 1059–1067.

Дисертант запланував роботу та виконав основну частину експериментів, написав рукопис статті.

22. Lushchak V.I., Smirnova Y. D. Storey K.B. AMP-deaminase from sea scorpion white muscle: properties and redistribution under hypoxia // Comp. Biochem. Physiol. – 1998. – V. 119, №3. – P. 611–618.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та керував рештою, написав рукопис статті.

23. Lushchak V.I. Influence of polyethylene glycol on lactate dehydrogenase //

Biochem. Mol. Biol. Intern. – 1998. – V. 44, №2. – P. 425–431.

24. Lushchak V. I., Lushchak L.P. Bahnjukova T.V. Spichenkov A.V., Storey K.B. Comparative study of free and bound glycolytic enzymes from sea scorpion brain // Biochem. Cell Biol. – 1999. – V. 74. – P. 409–420.

Дисертант запланував роботу, виконав частину експериментів та керував рештою, написав рукопис статті.

25.Русинова О.С., Астахова Л.П., Лущак В.И. Влияние температуры

акклимации и актиномицина Д на обмен углеводов в печени и мышцах

черноморской султанки // Гідробіол. журн. – 1999. – Т. 35, №4. – С.

63–69.

Дисертант запланував роботу та виконав частину експериментів, написав рукопис

статті.

26. Багнюкова Т.В., Русинова О.С., Лущак В.И. Сезонные изменения

некоторых морфологических и физиолого-биохимических показателей

султанки Mullus barbatus ponticus Essipov // Гидробиол. журн. – 2000. –

Т. 36, №3. – С. 23–30.

Дисертант запланував роботу та виконав частину експериментів, написав рукопис

статті.

27. Lushchak V.I., Lushchak L. P., Mota A. A., Hermes-Lima M. Oxidative stress

and antioxidant defenses in goldfish Carassius auratus during anoxia and

reoxygenation // American J. Physiol. – 2001. – V. 280, № 1. – P. R100–

R107.

Дисертант запланував роботу та виконав більшість експериментів, написав рукопис

статті

28. Лущак В. І. АМР-дезаміназа: регуляція та фізіологічна роль ферменту//

Укр. біохім. журн. – 2000. – Т. 72, №1. – С. 9–20.

29. Лущак В. І. Анаеробний катаболізм білків у риб // Укр. біохім. журн. -

2001. – Т. 73, №6. – С. 12-23.

30. Лущак В. И. Окислительный стресс и механизмы защиты от него у

бактерий // Биохимия. – 2001. – Т. 66, №5. – С. 592–609.

31. Lushchak V.I., Hermes Lima M. Relationship between oxidative stress and

metabolic depression in a new model organism: the case of anoxia tolerance

in goldfish // Proc. XXYI Annual United Meeting of Biochemical and

Molecular Biology Societies of Brazil. - Caxambu (Brazil) – 1997. – P. S–45.

32. Lushchak V.I., Lushchak L.P., Monteiro M.S., Hermes Lima M. Are

antioxidant enzymes used in goldfish for prevention of post-anoxic oxidative

stress? // Proc. International Symposium: Biology of Tropical Fishes. –

Manaus (Brazil). – 1997. – P. 85.

33. Lushchak V.I., Lushchak L.P., Monteiro M.S., Hermes Lima M. Goldfish as

model subject for biomedical studies // Proc. VI International Symposium on

Orthomolecular Medicine: Antioxidants and Disease Prevention. - San Paulo

(Brazil). – 1997. – P. 199.

34. Lushchak V.I., Hermes Lima M. Relationaship between oxidative stress and

metabolic depression in a new model organism: the case of anoxia tolerance

in goldfish // Proc. XXYI Annual United Meeting of Biochemical and

Molecular Biology Societies of Brazil. – Caxambu (Brazil), 1997. – Р. S-45.

35. Lushchak V.I., Interaction with cellular structural elements as the regulatory

mechanism of glycolytic enzymes // Proc. XXY Annual United Meeting of

Biochemical and Molecular Biology Societies of Brazil. – Caxambu (Brazil).

– 1996. – P. 82.

36. Lushchak V.I., Lushchak L.P., Bahnjukova T. V., Spichenkov A.V. Possible

physiological role of glycolytic enzyme interaction with cellular structures in

fish adaptation to environment // Proc. XI Annual United Meeting of

Federation of Societies of Experimental Biology of Brazil. – Caxambu

(Brazil). – 1996. – P. 321–322.

37. Lushchak V.I., Storey K.B. The properties and redistribution after exercise

free and bound AMP-deaminase in white trout muscle // Proc. Ninth

International Conference on Biochemistry of Exercise. – Aberdeen (Great

Britain). – 1994. – P. 119.

38. Лущак В.И. Сравнение свойств очищенной и мембраносвязанной форм

лактатдегидрогеназы из белых мышц ската // Тезисы докл. Всес.

конф. ”Экологическая физиология и биохимия рыб”. – Петрозаводск. –

1992. – С. 199–200.

39. Астахова Л.П., Лущак В.И. Влияние температурной акклимации на

содержание гликогена в тканях черноморской султанки // Тез. докл.

Всес. конф. ”Экологическая физиология и биохимия рыб”. –

Петрозаводск. – 1992. – С. 13–14.

40. Лущак В.И. Связь лактатдегидрогеназы белых мышц ската с

микросомальными мембранами // Тезисы докл. Всес. симпоз.

“Экологическая биохимия рыб”. – 1990. – С. 172–173.

41. Лущак В.И. Некоторые биохимичиские свойства лактатдегидрогеназы

из белых плавниковых мышц ската Raja clavata // Тез. докл. Всес. конф.

“Физиология морских животных”. – Апатиты. – 1989. – С. 132.

42. Лущак В.И. Лактатдегидрогеназа из белых скелетных мышц морской

лисицы: получение и характеристика фермента // Тезисы докл. Всес.

конф. ”Экологическая физиология и биохимия рыб”. – Ярославль. – 1989. – С. 18–20.