Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
1.1. Структура, гетерогенность и функции митохондрий 8
1.2. Биологическая роль адениловых нуклеоти-дов в окислительно-восстановительных процессах 21
1.3. Активность и свойства цитохромоксидазы, каталазы и их участия в окислительно-восстановительных реакциях 29
ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ 42
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 51
3.1. Возрастные изменения живой массы и массы некоторых органов кроссбредных и чистопородных овец 51
3.2. Электронно-микроскопическая характеристика митохондрий различных тканей 60
3.3. Возрастные изменения содержания общего белка в митохондриальных фракциях некоторых тканей 68
3.4. Возрастные изменения активности цито -хромоксидазы во фракциях митохондрий некоторых тканей 85
3.5. Активность каталазы в митохондриях некоторых тканей 105
3.6. Возрастные изменения соотношения адено-зинфосфатов во фракциях митохондрий различных тканей 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
ВЫВОДЫ 154
ПРЕДЛОЖЕНИЯ 158
ЛИТЕРАТУРА 159
- Структура, гетерогенность и функции митохондрий
- МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ
- Возрастные изменения живой массы и массы некоторых органов кроссбредных и чистопородных овец
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из путей ин -тенсификации животноводства, определенных решениями ХКУІ съезда КПСС, является повышение племенных и продуктивных качеств существующих и создание новых высокопродуктивных пород сельскохозяйственных животных. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по развитию овцеводства в Казахской ССР"Х' ставит перед овцеводами республики задачу довести численность овец к 1990 году до 50 миллионов. Эта задача приобретает в настоящее время огромное государственное значение, особенно в связи с разработкой Продовольственной программы, принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС. Реализация данной программы возможна при интенсивном развитии всех отраслей сельского хозяйства, в том числе и овцеводства - ведущей отрасли животноводства в Казахстане. В связи с чем большое значение придается развитию в стране полутонкорунного кроссбредного овцеводства.
С 1962 года Институтом экспериментальной биологии АН Каз. ССР проводятся генетико-селекционные работы по выведению нового типа полутонкорунных мясо-шерстных кроссбредных овец,хорошо приспособленных к специфическим условиям резко-континентального климата юго-восточного и восточного Казахстана. На основе многопородного воспроизводительного скрещивания и соответст -вующего отбора и подбора ныне созданы стада полутонкорунных х; "Правда", 1979, 21 июня. кроссбредных овец, насчитывающих более НО тыс.голов. Племен -ное ядро этих стад представляет собой новую породную группу животных с соответствующими зональными типами (юго-восточным и восточно-казахстанским).
Дальнейшее совершенствование племенных и продуктивных качеств овец должно основываться не только на учете хозяйственно-полезных признаков и экстерьерных показателей их потомства, но и на глубоком изучении закономерностей обмена веществ, что требует всемерного развития разносторонних теоретических ис -следований, направленных, в частности, на познание сущности биохимических процессов, протекающих в организме сельскохозяйственных животных. Одним из важных признаков, характеризующих биологические особенности животных, является состояние в тканях энергетического обмена. Основной источник энергии для организма - это биологическое окисление белков, углеводов и жиров, которое совершается с участием ферментов, адениннуклеоти-дов и других метаболитов, локализованных в митохондриях. В связи с чем исследования в субклеточном уровне дают достаточно полное представление о состоянии метаболических процессов в тканях овец. Однако совершенно недостаточно изучена взаимосвязь между энергией роста и энергетическим обменом в субклеточном уровне у разных пород овец с учетом специфических производственных условий их выращивания. Весьма актуальна данная проблема в связи с выведением новых пород и породных групп овец, повышением их продуктивности на основе изучения закономерностей обмена веществ.
В процессе развития организма происходят изменения структуры клетки, содержания в тканях белков и других макромолекул, особенно ферментов и коферментов, участвующих в процессах биосинтеза и биоэнергетики. У растущих организмов, как правило, наблюдается высокая интенсивность метаболических процессов,сопряженных с образованием большого количества энергии. Митохондрии, как "силовые станции" клеток, всю тяжесть нагрузки при -нимают при этом на себя, и поэтому изменения в них могут служить надежным показателем состояния не только клетки, ткани, но и определенного возрастного этапа животного. Следовательно, проблема биогенеза митохондрий привлекает все возрастающее внимание исследователей,и здесь видное место занимает изучение природы гетерогенности митохондрий.
Между структурой и функциями митохондрий существует тесная взаимосвязь, однако ее точное количественное и качественное выражение до сих пор недостаточно изучено. Поэтому исследование взаимосвязи ультраструктуры митохондрий и их функционального состояния занимает одно из первых мест в общей проблеме митохоядриологии. В этом вопросе большой интерес представляет изучение локализации специфических ферментов дыхательной цепи, и концентрации адениловых нуклеотидов, обеспечивающих клетку энергетическим материалом. Для выяснения чего и была предпринята настоящая работа, являющаяся частью комплексных исследований, выполняемых лабораторией биохимии Института экспериментальной биологии АН Каз.ССР по теме 2.34.14.3 (номер гос.регистрации 80052958) "Биохимические и молекулярно-генети-ческие аспекты процессов развития животных при скрещивании".
Цель и задачи исследования. Основной целью исследования было сравнительное изучение энергии роста и состояния энергетического обмена в митохондриях кле - ток печени и мышц овец казахской тонкорунной породы и полутонкорунной с кроссбредным типом шерсти, выявление связи морфологических особенностей различных митохондрий, существующих в пределах одной их популяции, с функциональной гетерогенностью этих органоидов, установление активности и локализации дыха -тельных ферментов и концентрации адениловых нуклеотидов в митохондриях некоторых тканей овец разного возраста. На основе этих исследований ставилась задача дать характеристику энер -гетического обмена в тканях изучаемых групп овец. В соответ -ствии с чем требовалось: сравнить энергию роста овец казахской тонкорунной и полутонкорунной пород кроссбредного типа в постнатальном онтогенезе; изучить особенности биоэнергетического обмена в тка -нях и субклеточных структурах овец разного возраста и породности; выяснить взаимосвязь между показателями энергетичес -кого обмена- в тканях и энергией роста овец.
Научная новизна. Впервые более глубоко изучено состояние биоэнергетики в различных митохондриальных фракциях клеток печени и мышц овец казахской тонкорунной по -роды и нового типа мясо-шерстных овец с кроссбредным характером шерсти, созданных в условиях юго-востока Казахстана методом сложного воспроизводительного скрещивания. Получены новые данные, характеризующие возрастные и породные особенности локализации ряда митохондриальных ферментов дыхательной цепи и компонентов адениловой системы, играющих важную роль в обеспечений биосинтетических процессов энергетическим материалом.
На основании экспериментальных фактов дана биохимическая ха -рактеристика созданному типу полутонкорунных овец, подтверж -дена повышенная потенциальная возможность тканевых их систем к интенсивным процессам биосинтеза веществ и аккумулирования энергии, обеспечивающие скороспелость и высокую продуктивность этих животных.
Практическая значимость. Полученные результаты представляют интерес с точки зрения более полного познания особенностей обмена веществ и энергии у овец разного возраста и породной принадлежности. Они могут служить нормативными показателями для изученных генотипов и быть ис -пользованными в генетико-селекционной работе с этими животными, а также в учебно-исследовательской деятельности сельскохозяйственных и биологических вузов и научно-исследовательских институтах в качестве научного материала при создании учебных пособий и методических рекомендаций.
Указанные выше положения, характеризующие научную новизну и практическую значимость выполненных исследований, выно -сятся на защиту при обсуждении настоящей работы на специали -зированном совете.
Структура, гетерогенность и функции митохондрий
Митохондрии являются одним из основных органоидов клетки, в которых происходит превращение энергии распада биополимеров (углеводов, жиров, белков) в энергию макроэргических фосфатных связей, утилизируемых организмом в процессе жизнедеятельности. Они представляют собой универсальный энергетический аппарат клеток, осуществляющих аэробное дыхание. Ультраструктурная организация митохондрий в настоящее время до -статочно хорошо изучена и весьма подробно изложена в ряде обзоров (В.Ф.Машанский, 1965; Т.Б.Казакова, 1965; А.А.Нейфах, 1966; А.Ленинджер, 1966; В.П.Кретович, 1967; Н.Д.Озернюк, 1978). Выяснены важные вопросы о роли мембран в механизме фос-форилирования, о локализации ферментативных реакций внутри митохондрий, взаимосвязи процессов гликолиза и дыхания и о роли митохондрий в процессах транспорта ионов. Показано, что структура митохондрий находится в прямой зависимости от их функционального состояния (М.Н.Кондрашова, 1968,1971; Е.В. Козырева, В.М.Митюшин, 1969, 1971; Л.Е.Бакеева, А.А.Ясайтис, 1971). По данным А.Ленинджера (1966), наиболее характерной чертой строения митохондрий является их мембранная система, которая состоит из относительно гладкой наружной оболочки,межмембранного пространства и высокоструктированной мембраны, образующей многочисленные складки, называемые кристами. Приблизительно 60-65$ массы каждой мембраны митохондрий составляют белки, а 30-40% - липиды.
Размеры большинства митохондрий варьируют от 0,2-1,0 мк в диаметре и до 7 мк в длину. В клетках печени, почек и поджелудочной железы крысы диаметр их в среднем составляет 0,5 -1,0 мк, а длина - 3 мк (А.Ленинджер, 1966).
Форма митохондрий в клетках тканей весьма различна. Они могут иметь форму сферических, овальных, цилиндрических и нитевидных телец или цепочек из отдельных гранул. Причем, форма митохондрий может меняться при изменении состава среды и функционального состояния клетки, что указывает на их большую лабильность.
Количество митохондрий в различных тканях варьирует.Как правило, в клетках с высокой функциональной активностью число их значительно больше (например, в клетках сердца), чем в клетках с пониженной активностью.
Кристы, как правило, параллельны друг другу и перпендикулярны продольной оси митохондрий. Д.Е.Грин (1962) установил, что между числом крист в митохондриях и их функциями имеется строгая зависимость: число крист обратно пропорционально количеству побочных функций, свойственных митохондриям данной ткани. Так, митохондрии сердца, у которых набор таких функций ограничен, заполнены кристами, а в митохондриях печени, со мно -жеством ее побочных функций, число крист сравнительно невелико.
Материал и методика исследовании
Объектом исследований служилії овцы казахской тонкорунной породы и помеси желательного типа от скрещивания пород казахской тонкорунной с полутонкорунными (линкольн, ромни -марш, тянь-шаньская), разводимые в совхозе "Илийский" Алма-Атинской области. Стада созданных ныне кроссбредных овец разводятся в 9 совхозах Алма-Атинской и Восточно-Казахстанской областей. Их численность в начале 1984 года составила свыше НО тыс.голов, в том числе 88 тыс. воспроизводящего поголовья.
Кроссбредные овцы создавались путем воспроизводительного скрещивания местных тонкорунных овец с баранами английс ких и аргентинских длинношерстных пород. Опыты по скрещиванию овец в совхозе "Илийский" осуществлялись с 1969 г. под руководством директора Института экспериментальной биологии АН Каз.ССР, академика АН Каз.ССР и ВАСХНИЛ Ф.М.Мухамедгалиева при участии кандидата биологических наук М.М.Тойшибекова и других сотрудников лаборатории трансплантации зигот. Благодаря работам генетиков и селекционеров мы располагали опытным поголовьем, хорошо проверенным с точки зрения гене -тического его происхождения.
Ход опытов по межпородным скрещиваниям и результаты селекционных исследований подробно описаны в работах Ф.М.Мухамедгалиева (1970, 1981, 1982) и М.М.Тойшибекова (1983). Авторы указывают на то, что кроссбреды рождаются (по сравнению с казахскими тонкорунными ягнятами) более крупными, имеют большую энергию роста. Так, к периоду отбивки (в 4 месяца) по живой массе ягнята кроссбредного типа превосходят чистопородных на 20% и почти достигают массы тела годовалых животных.
Кроссбредные овцы отличаются высокими мясными качествами и шерстной продуктивностью. Они превосходят местные районированные породы по живой массе на 20-25%, а по убойной массе молодняка на 30-35%. Так, живая масса барана-производителя двух лет и старше составляет 97,5 кг, ремонтных ярок-годовиков - 51,5, матки взрослые - 55-60, годовалые ярки - 40-45 кг. Они дают также высокую полутонкорунную кроссбредную шерсть, в которой остро ощущает, недостаток наша текстильная промышленность. Они превосходят местные районированные породы по настригу шерсти на 20-30%. Выход чистой шерсти у них более высокий, чем у многих других овец шерстного и шерстно-мясного направления (до 60% и более). Длина шерсти 12-16 см. Тонина шерсти 56-58 качества. Средний настриг составляет: по группе баранов-производителей 7,85 кг, ремонтных годовалых баранов - 5,30, маток взрослых - 5,20, годовалых ярок - 3,70 кг.
Возрастные изменения живой массы и массы некоторых органов кроссбредных и чистопородных овец
Известно, что все экстерьерно-интерьерные особенности животных формируются в процессе роста и развития на опреде -ленной наследственной основе в конкретных условиях их суще -ствования. Живая масса и динамика ее изменений в зависимости от возраста и породы являются важным показателем в зоотехнической практике. Для успешного ведения племенной работы и выращивания животных желательного типа важно познать основные закономерности онтогенеза и уметь использовать их в производственных условиях.
По данным систематических взвешиваний можно определить скорость роста. Скорость роста выражается в абсолютных и относительных величинах. В первом случае прирост за определенный период делят на истекшее время и получают прирост за единицу времени, выраженный в линейных и весовых единицах. Часто возникает потребность в знании другой особенности роста -степени его напряженности, т.е. в установлении отношения между величиной растущей массы и скоростью роста. Для суждения о сравнительной скорости роста животных, принадлежащих к различным видам, породам или отличающихся по живой массе, возрасту и т.д., вычисляют их относительный рост или относительную скорость роста.
Исследованиями многих авторов (И.И.Шмальгаузен, 1964; К.Б.Свечин, 1965; К.Б.Свечин и И.А.Аршавский, 1967 и др.) показано, что относительная скорость роста достигает максимума на раннем этапе развития и уменьшается с возрастом, в со -ответствии с этим происходят изменения во многих физиологических и биохимических показателях. Исходя из этого нами учитывались живая масса и масса некоторых органов овец.
Из таблицы I видно, что кроссбредные ягнята рождались с большей массой, чем ягнята казахской тонкорунной породы. Так, в суточном возрасте они весили соответственно 4,40 и 3,85 кг; первые превосходили вторых на 14% (Р / 0,001). Месяч -ные кроссбреды весили 12,30 кг, а их чистопородные сверстники - 10,25 кг (превосходство первых на 20%, Р [_ 0,001). Аб -солютный прирост кроссбредов за этот период составил 263 г, а у чистопородных - 213 г. Двухмесячные кроссбреды имели живую массу 23,50 кг, в то время как чистопородные - всего 18,22 кг, т.е. превосходство первых составляло 29% (Р/0,001). От одномесячного до двухмесячного возраста относительный и абсолютный прирост у кроссбредов составил 91% и 313 г, а у чистопородных - соответственно 86 и 293. Четырехмесячные кроссбреды весили 30,6 кг, а их чистопородные сверстники - 26,5 кг, превосходство первых составляло 16% (Р 0,001). От двухмесячного до четырехмесячного возраста относительный и абсолютный прирост по живой массе у кроссбредов составил 38% и 121 г, у чистопородных - 31% и 122 г. В восемь месяцев кроссбреды весили 36,2 кг, превосходя чистопородных всего лишь на 2,0 кг. В полуторагодовалом возрасте живая масса кроссбредов возросла на 23% (Р \ 0,001), а у чистопородных на 35% (Р 0,001) по сравнению с восьмимесячным, и составила у первых 49,2 кг, а у вторых - 42,2 кг, т.е. живая масса кроссбредов была выше на 16% (Р _\ 0,001). При этом абсолютный и относи + тельный прирост у кроссбредов равен 43 г и 35%, в то время как у чистопородных - 26 г и 23%. Таким образом, живая масса и интенсивность роста кроссбредных овец во все исследованные нами возрасты были сравнительно выше, чем у их чистопородных сверстников, (рис. 1,2).
