Анотація до роботи:

Столяр О.Б. Роль металотіонеїнів в детоксикації йонів міді, цинку, марганцю та свинцю в організмі прісноводних риб і молюсків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.04 – біохімія, Інститут біології тварин УААН, Львів, 2004.

Дисертацію присвячено дослідженню властивостей металотіонеїнів (МТ) у тканинах коропа (Cyprinus carpio L.) та двостулкового молюска беззубки лебединої (Anodonta cygnea L.) за дії на організм Cu²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Pb²⁺ та їх суміші. Механізми детоксикаційної функції МТ пов’язані з акумуляцією надлишку металу-токсиканту ними та їх олігомерними формами. Встановлено, що МТ проявляють видову специфічність за здатністю до детоксикації міді і марганцю відповідно до належності до Zn- (МТ коропа), або Zn,Cu- (МТ беззубки) типу. Для дії цинку характерна відносно висока стабільність функції МТ. Свинець не акумулюється МТ. Виснаження функції МТ призводить до специфічних проявів токсичності металів. Виведено критерії для оцінки ступеню та специфіки ураження організму металами: визначення типу МТ, інтегрального показника антиоксидантного захисту, співвідношення вмісту білкових і небілкових тіолів, кореляційний аналіз УФ-спектрів МТ.

Здійснено системне дослідження участі металотіонеїнів коропа і беззубки в детоксикації йонів міді, цинку, марганцю і свинцю, в результаті якого з’ясовано зміни фізико-хімічних властивостей металотіонеїнів за підвищення вмісту металу-токсиканту в середовищі, а також показано наявність зв’язку між здатністю металотіонеїнів акумулювати токсикант та станом антиоксидантно-прооксидантної системи організму залежно від виду тварин, природи йонів металів, їх концентрації та часу дії.

1. З тканин коропа і беззубки виділені металотіонеїни як термостабільні білки з молекулярною масою близько 6 кДа й ідентифіковані за спектральними ознаками, амінокислотним складом та утворенням ізоформ МТ-1 і МТ-2 при йонообмінній хроматографії. За спектральними ознаками та поведінкою при електрофорезі виявлені олігомерні форми металотіонеїнів. За складом металів металотіонеїни коропа належать до Zn-МТ, а металотіонеїни беззубки - до Zn,Cu-МТ.

2. Металотіонеїни коропа і беззубки відіграють важливу роль у зв’язуванні міді в тканинах, але проявляють видову специфічність щодо участі в її детоксикації. Металотіонеїни коропа не зв’язують надлишок міді і зазнають олігомеризації за зростання її вмісту у складі термостабільних компонентів тканин (p<0,05). Металотіонеїни беззубки за дії 0,01 мг/л міді зв’язують на 100 – 300% більше міді порівняно з контролем.

3. Вплив йонів цинку на коропа не приводить до істотних змін вмісту цинку в металотіонеїнах за зростання його вмісту в термостабільних компонентах печінки в 1,9 разів (p<0,05). У беззубки вплив йонів цинку на організм викликає істотне зростання вмісту цинку в металотіонеїнах. Проте його загальний вміст в тканинах беззубки на порядок вищий від акумулюючої здатності металотіонеїнів та в умовах досліду зростає в 1,5 – 2,0 разів проти контролю (p<0,05).

4. Металотіонеїни коропа зв’язують порівняно велику частку марганцю від його загального вмісту в тканинах коропа (близько 40% загального вмісту в печінці в контролі). За дії на організм йонів марганцю його вміст у металотіонеїнах та їх олігомерних формах зростає. У беззубки металотіонеїни не беруть істотної участі у зв’язуванні надлишку марганцю в тканинах.

5. Показано, що металотіонеїни коропа та беззубки не беруть істотної участі у зв’язуванні свинцю в контролі і, особливо, за його підвищеного вмісту в середовищі.

6. За впливу суміші йонів міді, цинку, марганцю і свинцю на коропа та беззубку видова специфічність детоксикаційної функції металотіонеїнів зберігається. В складі металотіонеїнів коропа особливо зростає вміст марганцю і зменшується - міді. У металотіонеїнах беззубки міститься підвищена кількість цинку, підтримується стабільний вміст міді, але зменшується вміст марганцю, що відповідає напряму вірогідних змін вмісту цих металів у тканинах (p<0,05).

7. За змінами властивостей металотіонеїнів коропа визначено три концентраційно-залежні стадії дії металів: активації металзв’язуючої функції; посилення утворення олігомерів та зв’язування ними надлишку метал-токсиканту; виснаження металзв’язуючої функції.

8. Встановлено зворотню залежність між здатністю металотіонеїнів акумулювати метал-токсикант та проявами його прооксидантної дії. Найбільший рівень антиоксидантного захисту, який вірогідно корелює зі зростанням активності супероксиддисмутази та пригніченням пероксидації ліпідів, виявлено у коропа за дії марганцю і у беззубки - за дії міді. Найвищий рівень активації пероксидації ліпідів та розбалансування ферментної системи антиоксидантного захисту спостерігається у коропа за дії свинцю. Найістотніші видові відмінності показників антиоксидантно-прооксидантного стану спостерігаються за дії міді та її суміші.

9. Зменшення здатності металотіонеїнів печінки коропа зв’язувати метал-токсикант супроводжується проявами специфічних ознак токсичності його йонів, такими як зміни вмісту небілкових і білкових тіолів, активності супероксиддисмутази та каталази в тканинах, складу середньомолекулярних пептидів плазмі крові.

10. У беззубок, які знаходились в умовах комплексного забруднення природної водойми, спостерігали пригнічення металзв’язуючої функції металотіонеїнів, але активацію інших ендогенних захисних систем організму – ферментів антиоксидантного захисту та зростання вмісту небілкових тіолів.

11. Спостерігались зміни вмісту в складі металотіонеїнів та інших компонентів тканин міді, цинку, марганцю та заліза, навіть за умов постійного вмісту в них металу-токсиканту. Здебільшого цинк і марганець – синергісти, а мідь і марганець – антагоністи за акумуляцією в термостабільних білках.

Практичні рекомендації

На підставі узагальнення одержаних результатів можна рекомендувати низку критеріїв для оцінки ступеня ураження організму прісноводних тварин важкими металами:

визначення типу металотіонеїнів (Zn-MT або Zn,Cu-МТ) за співвідношенням вмісту в них цинку і міді для прогнозу толерантності організму щодо дії міді, цинку і марганцю;

кореляційний аналіз диференційних УФ-спектрів термостабільних білків для кількісної оцінки метало- та концентраційно-специфічних змін властивостей металотіонеїнів, зокрема олігомеризації;

обчислення інтегрального показника антиоксидантно-прооксидантного стану – КАС для порівняльної оцінки токсичної дії металів залежно від природи, концентрації, а також тканинної і видової специфіки відповіді;

визначення вмісту білкових і небілкових тіолів у тканинах та їх співвідношення для встановлення моделі дії токсичної концентрації металу.

Основні публікації за темою дисертації

1. Столяр О.Б. Збірник вправ і задач з біохімії. Навчальний посібник. Вид. друге, доп. і переробл. – Тернопіль: Редакц.-видавничий відділ ТДПУ, 2003. – 87 с. (Рекоменд. Міністерством освіти України).

2. Столяр О.Б. Спектральна характеристика металотіонеїнів гепатопанкреасу коропа при інкубації з йонами важких металів in vitro // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2000.- №1(8). - С. 53-56.

3. Столяр О.Б. Окиснювальна модифікація білків гепатопанкреасу і плазми крові коропа за інтоксикації важкими металами // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2001. - №2(13).-С. 44-49.

4. Столяр О.Б. Стан тіолів і низькомолекулярних білків гепатопанкреасу коропа при дії сублетальної концентрації міді // Біологія тварин. – 2000. – Т. 2, № 2. – С. 157 – 163.

5. Столяр О.Б. Низькомолекулярні термостабільні білки гепатопанкреасу коропа як індикатори забруднення організму важкими металами // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2001. - №3(14). - С. 231 - 232.

6. Столяр О.Б. Роль глутатіону в гомеостазі та детоксикації йонів важких металів в організмі // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2002. - №3(18). - С. 166-175.

7. Столяр О.Б. Вплив іонів цинку, марганцю та свинцю на термостабільні білки печінки коропа // Укр. біохім. журн. – 2003. – Т. 75, № 1. – С. 85 – 89.

8. Столяр О.Б. Металотіонеїни у зябрах коропа за дії йонів міді // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2003. - №1(20).-С. 89 - 94.

9. Столяр О.Б. Термостабільні білки тканин коропа за дії йонів марганцю (ІІ) // Біологія тварин. – 2003. – Т. 5, № 1 - 2. – С. 207 - 211.

10. Столяр О.Б. Склад середньомолекулярних пептидів плазми крові коропа за дії на організм йонів цинку, міді, марганцю та свинцю // Експеримент. та клінічна фізіологія і біохімія. – 2003. - № 4. – С. 82 – 87.

11. Столяр О.Б. Роль металотіонеїнів у зв’язуванні цинку і міді в тканинах коропа за дії на організм цинку // Медична хімія. – 2003. – Т. 5, № 4. – С. 71 – 74.

12. Столяр О.Б. Металотіонеїни в організмі водних тварин // Біологія тварин. – 2003. – Т. 5, № 1 - 2. – С. 9 - 22.

13. Столяр О.Б., Курант В.З., Балабан Р.Б. Влияние ионов меди на тиоловые соединения в печени карпа // Гидробиол. журн. – 1998. – Т. 34, № 3. - С. 87 – 91. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту тіолів в печінці коропа, виділення металотіонеїнів та їх спектральний аналіз, написання статті).

14. Столяр О.Б., Зіньковська Н.Г. Вплив йонів свинцю і марганцю на активність антиоксидантних ферментів та перекисне окиснення ліпідів у коропа // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Хімія. - 1999. - №3. - С. 51-55. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, написання статті).

15. Вплив іонів міді на вміст тіолових сполук і білків в організмі коропа / О.Б. Столяр, Н.Г. Зіньковська, В.В. Грубінко, В.М. Зінчук, О.В. Рудик, О.В. Хоміцька // Науково-технічний бюллетень інституту землеробства і біології тварин. Серія: Фізіологія і біохімія. – Львів, 1999. – Вип. 1(3). – С. 276 – 279. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, написання статті).

16. Вплив йонів міді і цинку на перекисне окиснення ліпідів і антиоксидантний статус в організмі коропа / О.Б. Столяр, Н.Г. Зіньковська, В.В. Грубінко, В.М. Зінчук, О.В. Рудик // Біологія тварин. – 1999. – Т. 1, № 2. – С. 84 – 89. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту тіолів та білків в печінці коропа, участь в аналізі результатів, написання статті).

17. Влияние сублетальных концентраций свинца на содержание тиоловых соединений и белков в организме карпа / О.Б. Столяр, В.З. Курант, В.А. Хоменчук, Р.Б. Балабан // Гидробиол. журн. – 1999. – Т. 35, № 6. - С. 63 – 68. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, участь у плануванні експерименту, визначення вмісту тіолів та білків в печінці коропа, виділення та аналіз металотіонеїнів, участь в аналізі результатів, написання статті).

18. Антиоксидантно-прооксидантний статус організму коропа при дії сублетальної концентрації міді (ІІ) / О.Б. Столяр, Н.Г. Зіньковська, А.Є. Мудра, О.В. Водвуд, О.М. Марчук, С.М. Шепетюк // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2000.-№3(10).-С. 72-78. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, участь у його виконанні, аналіз результатів і написання статті).

19. Роль низькомолекулярних сірковмісних сполук гепатопанкреасу коропа у зв’язуванні іонів міді / О.Б. Столяр, В.О. Хоменчук, В.О. Арсан, В.В. Грубінко // Доп. НАН України. – 2001. - № 3. – С. 198 – 203. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту тіолів та білків в печінці коропа, виділення та аналіз металотіонеїнів, участь в аналізі результатів і написанні статті).

20. Вплив сублетальних концентрацій йонів цинку на метаболічну функцію та антиоксидантно-прооксидантний статус гепатопанкреасу коропа / О.Б. Столяр, А.Є. Мудра, О.Л. Клебан, С.А. Костюк // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2001. - №1(12) .- С. 97 - 100. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, визначення продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, аналіз результатів і написання статті).

21. Столяр О.Б., Балабан Р.Б. Вміст марганцю в низькомолекулярних сполуках гепатопанкреасу коропа та їх властивості при дії марганцю (ІІ) на організм // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2001. - №1(12). - С. 90 – 93. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту тіолів та білків в печінці коропа, виділення та аналіз металотіонеїнів, написання статті).

22. Мудра А.Є., Столяр О.Б. Вплив сублетальної концентрації йонів міді на метаболічну активність та прооксидантно-антиоксидантний стан гепатопанкреасу коропа // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2001. №3(14). - С. 218 - 219. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, визначення вмісту продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, участь в аналізі результатів і написання статті).

23. Свойства низкомолекулярных термостабильных белков и содержание тиолов в гепатопанкреасе карпа при воздействии сублетальных концентраций ионов свинца и марганца / О.Б. Столяр, В.З. Курант, В.А. Хоменчук, В.В. Грубинко // Гидробиол. журн. – 2001. – Т. 37, № 5. - С. 73 – 80. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, участь у плануванні та постановці експерименту, визначення вмісту тіолів, термостабільних білків, вмісту в них металів та їх радіоактивності, виділення металотіонеїнів, участь в аналізі результатів, написання статті).

24. Столяр О.Б., Зіньковська Н.Г., Мудра А.Є. Антиоксидантно-прооксидантний статус тканин коропа при дії на організм сублетальної концентрації марганцю (ІІ) // Науково-технічний бюллетень інституту біології тварин – Львів, 2001. – Вип. 1 - 2. – С. 263 – 267. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, визначення вмісту продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, участь в аналізі результатів і написання статті).

25. УФ-спектроскопія та високоефективна рідинна хроматографія в аналізі металотіонеїнів гепатопанкреасу коропа при дії йонів важких металів / О. Столяр, В. Курант, В. Грубінко, П. Горбовий // Фізичний збірник НТШ. – 2001. – 4. – С. 423 – 429. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, виділення металотіонеїнів та їх УФ-спектроскопія, участь в аналізі результатів, написання статті).

26. . Прооксидантна та антиоксидантна дія марганцю (ІІ) на організм коропа (Cyprinus carpio L.) / О.Б. Столяр, А.Є. Мудра, Н.Г. Зіньковська, В.В. Грубінко // Біологія тварин. – 2002. – Т. 4, № 1 - 2. – С. 193 – 199. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування експерименту, визначення вмісту продуктів перекисного окиснення ліпідів та активності ферментів в печінці коропа, аналіз результатів і участь у написанні статті).

27. Столяр О.Б., Арсан В.О., Хоменчук В.О. Акумуляція свинцю низькомолекулярними термостабільними білками гепатопанкреасу коропа та їх властивості за інтоксикації свинцем (ІІ) // Доп. НАН України. – 2002. - № 4. – С. 192 – 196. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту термостабільних білків та металів в них, участь в аналізі результатів, написання статті).

28. Stolyar O., Mudra A. The effects of lead on the antioxidant status and lipid peroxidation in carp hepatopancreas // Annales Universitatis Marie Curie-Sklodowska. – Lublin (Polonia). – 2002. – Vol. XV, N 31. – P. 391 – 394. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, участь в експерименті та аналізі результатів, написання статті).

29. Столяр О.Б., Михайлів Р.Л., Міщук О.В. Акумуляція металів та антиоксидантний захист в тканинах двостулкового молюска Anodonta cygnea з Тернопільського ставу // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: Біологія. - 2003. - №2(21). - С. 94 - 97. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, хроматографічний аналіз металотіонеїнів, визначення вмісту в них металів та утворення продуктів окисних модифікацій білків і ліпідів, написання статті).

30. Столяр О.Б., Курант В.З., Хоменчук В.А., Грубинко В.В. Состояние низкомолекулярных серосодержащих соединений гепатопанкреаса карпа при загрязнении среды солями меди и цинка / О.Б. Столяр, В.З. Курант, В.А. Хоменчук, В.В. Грубінко // Гидробиол. журн. – 2003. – Т. 39, № 4. - С. 91 – 98. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, визначення вмісту тіолів, термостабільних білків, вмісту в них металів та радіоактивності, виділення металотіонеїнів, участь в аналізі результатів, участь у написанні статті).

31. Влияние условий существования на связывание тяжелых металлов и окислительную деструкцию биомолекул в тканях пресноводного двустворчатого моллюска Anodonta cygnea / О.Б. Столяр, В.В. Грубинко, Р.Л. Мыхайлив, Е.В. Мищук // Гидробиол. журн. – 2003. – Т. 39, № 6. – С. 73 – 82. (Дисертанту належить ідея, покладена в основу статті, планування та постановка експерименту, участь в експерименті і аналізі результатів, участь у написанні статті).

32. Stolyar O.B. The metal-binding capacity of carp metallothionein under the influence of a mixture of heavy metal ions on the organism // 4^th Parnas conference: Molecular mechanisms of cell activation: Biological signals and their target enzymes (Wroclaw, September 15 - 17 2002): Programme & Abstracts. Wroclaw, 2002, p. 125.

33. Столяр О.Б. Роль термостабільних білків гепатопанкреасу коропа у зв’язуванні йонів марганцю // Матеріали VШ Українського біохімічного з’їзду 1-3 жовтня 2002 р., м. Чернівці:Укр. біохім. журн. – 2002. – Т. 74, № 4б (додаток 2). – С. 105.

34. Effect of copper and lead on the nucleoproteins and thiol in tissues of carp (Cyprinus carpio) / V.Z. Kurant, O.B. Stolyar, R.B. Balaban, V.O. Homenchuk // Metals and Genes Symposium Canterbury: Materiale, University of Kent, Canterbury 7- 11 April 1997. - Abstracts animal and cell biology, 1997. – P. 86 – 87.

35. Роль тіолових сполук в захисті організму прісноводних риб від іонів свинцю і міді / О.Б. Столяр, В.З. Курант, Р.Б. Балабан, В.О. Хоменчук // VП Укр. біохім. з’їзд: Тези доп., Київ, жовт. 1997 р. – К.: Видавництво НАУ, 1997. – Ч. П. – С. 42 –43.

36. The role of low weight proteins and thiols of hepatopancreas in the protection of carp organs from copper uptake / O.B. Stolyar, N.Z. Zin’kovs’ka., A.Y. Mudra, V.O. Khomenchuk, V.V. Grubinko // Metals and Cell Symposium Canterbury: Materiale, Universitty of Kent at Canterbury, 2-6 April. 2001. – P. 45.

37. Столяр О.Б., Грубінко В.В. Акумуляція цинку низькомолекулярними сполуками гепатопанкреасу коропа та їх властивості в умовах забруднення води цинком (ІІ) // Проблеми іхтіопатології. – Матер. І Всеукр. конф. Київ, 23 – 27 жовтня 2001. – С. 110 – 113.