Halak antioxidativ enzimrendszerének biokémiai vizsgálata fiziológiás valamint patológiás körülmények között

Abstract

Kísérleteink során vizsgáltuk a SOD, a kataláz, a GP-áz enzimeknek a halak antioxidativ enzimrendszerében betöltött szerepét fiziológiás valamint patológiás körülmények között.

Eredményeinket az alábbiakban összegezzük:

A ponty májból tisztított Cu,Zn-S0D enzim biokémiai tulajdonságaiban (molekula súly, aminosav tartalom, izoelekroms pont) jó egyezést mutat más fajokból eddig ismert hasonló enzimek tulajdonságaival. Izoelektromos fókuszálással 2 elkülöníthető izoenzimet tartalmaz melyek izoelektromos pontjai: Pi=4.3 , Pi=4.73.

Mind a Cu,Zn-, mind pedig a Mn-SOD enzimeknek több izoenzime ismeretes emlős fajokban, melyekről még nem tisztázott, hogy egy gén által termelt termékek vagy posztszintetikus módosulás révén keletkeznek. A SÓD enzimnek minden vizsgált halfajban több izoenzimét tudtuk kimutatni a különböző szervek (agy, szív, máj, kopoltyú) homogenizátumában izoelektromos fókuszálással. A különböző fajok szerv izoenzim képe eltér egymástól, de különbség van az egyes fajok különböző szerveinek izoenzim képében is.

A SÓD, kataláz, GP-áz enzimek szervenkénti aktivitás megoszlása valamint a LPO mértéke eltérésést mutat a különböző halfajokban, ami arra utal, hogy összefüggés áll fenn a szabadgyök reakciók mértéke valamint az életmódbeli különbségek között.

Ellentétben az idős korban tapasztalható enzim aktivitások csökkenésével és a LPO erőteljes fokozódásával, ami szoros összefüggésben áll az élő szervezetek öregedési folyamataival,a kezdeti fejlődési szakasztól az ivarérett kor eléréséig vizsgálva a halak antioxidativ enzimrendszerét minden esetben az enzimek aktivitásának növekedését tapasztaltuk. Ez testtömegük gyarapodását előidéző fokozottabb anyagcsere folyamataikkal függ össze. Az enzim aktivitások növekedése ellenére kismértékű LPO növekedés figyelhető meg, ami azt jelenti, hogy normál fiziológás körülmények között sem védett a szervezet 100%-os mértékben a LPQ-s folyamatokkal szemben. Kis mértékű membrán károsodások állandóan végbemehetnek. Ez alátámasztja a szabadgyököknek az öregedési folyamatokban betöltött szerepét, mivel idős korban nem csak a védekezésben szerepet játszó enzimek aktivitása csökken hanem a reparációs folyamatok is gyengülnek így a membránok és egyéb létfontosságú fehérjék ill. nuklainsavak károsodása már élettani funkciók zavarát okozhatja.

A halak poikiloterm állatok lévén anyagcsere folyamataikban nagyfokú eltérés mutatkozik a téli és nyári időszakot összehasonlítva. Az általunk vizsgált antioxidáns enzimek szezonális aktivitás változása szoros összefüggésben áll élettani folyamataik ezen évszaktól függő változásával.

A növényvédőszerekkel végzett in vivo és in vitro kísérleteink további bizonyítékát adják, hogy a mezőgazdaságban felhasznált vegyszerek veszélyeztetik a vizi ökoszisztémák egyensúlyát. A vízben jól oldódó hatóanyagok bekerülnek a halak szervezetébe, ott feldúsulhatnak és súlyos mérgezést okozhatnak. Mind a PQ-, mind pedig a MD-ról bebizonyosodott, hogy szabadgyök generáló hatásukkal jelentősen befolyásolják a halak oxigén függő anyagcsere útjait. A Cu egyrészt fokozza a szabadgyök reakciókat másrészt lehet esetleges SÓD aktivitást fokozó hatása is, viszont magas koncentrációban gátolja az enzim aktivitását.

A természetben gyakran előfordul, hogy kevesebb oxigén áll a halak rendelkezésére mint az élet folyamataik megkövetelnék. Ilyenkor szervezetük az oxigénhiány mértékétől függően kisebb vagy nagyobb mértékben károsodhat. Azt tapasztaltuk, hogy hipoxiás állapotban fokozódik szervezetükben a szabadgyök-reakciók mértéke, ami a vészhelyzetben az energiaraktárak fokozodó mobilizáiós folyamataival ill. az elektrontranszportlánc enzimeinek fokozódó autoxidációs folyamataival magyarázható.

Hipoxiás kürülmények között csökken a szövetek PQ felvétele.

A halak úszóhólyag gyulladásos megbetegedésének kortana eddig még nem tisztázott folyamat. Méréseink szerint a gyulladás helyén fokozodó szabadgyök és H₂O₂felszabadulásnak (amit az antioxidativ enzi'mek aktivitás növekedése valamint a LPO fokozódása jelez) is szerepe lehet a betegség kifejlődésében.

Abstract (AI English translation)

Information popover about translation disclaimer

During our experiments, we examined the role of SOD, catalase, and GP-ase enzymes in the antioxidant enzyme system of fish under physiological and pathological conditions.

Our results are summarized below:

The biochemical properties of the Cu,Zn-S0D enzyme purified from carp liver (molecular weight, amino acid content, isoelectric point) are in good agreement with the properties of similar enzymes known so far from other species. It contains 2 isoenzymes that can be separated by isoelectric focusing, whose isoelectric points are: Pi=4.3, Pi=4.73.

Several isoenzymes of both the Cu,Zn and Mn-SOD enzymes are known in mammalian species, but it is not yet clear whether they are produced by a single gene or through post-synthetic modification. We were able to detect several isoenzymes of the SÓD enzyme in the homogenate of the different organs (brain, heart, liver, gills) in all examined fish species by isoelectric focusing. The isoenzyme picture of different species differs from one another, but there is also a difference in the isoenzyme picture of different organs of each species.

The activity distribution of SÓD, catalase, GP-ase enzymes per organ and the level of LPO show differences in different fish species, which suggests that there is a correlation between the level of free radical reactions and differences in lifestyle.

In contrast to the decrease in enzyme activities experienced in old age and the strong increase in LPO, which is closely related to the aging processes of living organisms, when examining the antioxidant enzyme system of fish from the initial stage of development until reaching sexual maturity, we observed an increase in enzyme activity in all cases. This is related to their increased metabolic processes that cause their body weight to increase. Despite the increase in enzyme activities, a small increase in LPO is observed, which means that even under normal physiological conditions, the body is not 100% protected against LPQ processes. Small amounts of membrane damage can occur all the time. This supports the role of free radicals in the aging process, since in old age not only the activity of the enzymes involved in defense decreases, but also the repair processes weaken, thus the membranes and other vital proteins or damage to nucleic acids can already cause disturbances in physiological functions.

As fish are poikilothermic animals, there is a large difference in their metabolic processes when comparing the winter and summer periods. The change in the seasonal activity of the antioxidant enzymes we investigated is closely related to the change in their physiological processes depending on this season.

Our in vivo and in vitro experiments with plant protection products provide further evidence that the chemicals used in agriculture threaten the balance of aquatic ecosystems. Active substances that dissolve well in water enter the fish's body, where they can become enriched and cause serious poisoning. Both PQ and MD have been proven to significantly influence the oxygen-dependent metabolic pathways of fish with their free radical-generating effect. On the one hand, Cu enhances the free radical reactions, on the other hand, it may have the effect of possibly increasing the activity of SOD, but in high concentrations it inhibits the activity of the enzyme.

In nature, it often happens that less oxygen is available to fish than their life processes would require. In this case, their body may be damaged to a lesser or greater extent depending on the degree of oxygen deficiency. We found that in a hypoxic state, the rate of free radical reactions in their bodies increases, which in an emergency is associated with the increasing mobilization processes of energy stores or can be explained by the increasing autoxidation processes of the enzymes of the electron transport chain.

During hypoxic discharges, PQ uptake by tissues decreases.

The chronology of the inflammatory disease of the swim bladder in fish is still an unclear process. According to our measurements, increased free radicals and H2O2 release at the site of inflammation (indicated by an increase in the activity of antioxidant enzymes and an increase in LPO) may also play a role in the development of the disease.