ЗМІНИ ВУГЛЕВОДНОГО ОБМІНУ КОРОПА ЛУСКАТОГО ЗА МІКОТОКСИКОЗУ ЯК БІОХІМІЧНИЙ МАРКЕР ДЛЯ ОЦІНКИ РІВНЯ ТОКСИЧНОСТІ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

Сергій Миколайович Матюшко; Руслан Євгенійович Любчиков

doi:10.32782/agrobio.2024.4.11

Сергій Миколайович Матюшко Національний університет «Чернігівський колегіум» імені Т.Г. Шевченка https://orcid.org/0009-0000-8655-3201
Руслан Євгенійович Любчиков Національний університет «Чернігівський колегіум» імені Т.Г. Шевченка https://orcid.org/0009-0007-2267-9463

DOI: https://doi.org/10.32782/agrobio.2024.4.11

Ключові слова: короп лускатий, мікотоксикоз, ферменти вуглеводного обміну, глюкоза, глікоген, біоіндикація

Анотація

У статті досліджено вплив мікотоксикозу, зокрема дії мікотоксину Т2, на вуглеводний обмін у коропа лускатого (Cyprinus carpio L.) за умов різної концентрації токсину: 2 ГДК, 3 ГДК та 5 ГДК. Метою роботи було визначення специфічних змін у метаболічних процесах, спричинених дією токсикантів, із акцентом на активність ключових ферментів глюконеогенезу, гліколізу, циклу Кребса та пентозофосфатного шляху. Особливу увагу приділено функціонуванню адаптаційних механізмів, які забезпечують підтримку енергетичного гомеостазу риби у токсичних умовах. Результати експериментальних досліджень показали, що дія мікотоксину Т2 стимулює активність глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, яка є ключовим ферментом пентозофосфатного шляху. Це забезпечує збільшення пулу пентоз, необхідних для синтезу нуклеотидів, та відновлених форм коферментів NADH+Н+, що відіграють важливу роль у процесах антиоксидантного захисту. Одночасно спостерігається зростання активності глюкозо-6-фосфатази, яка є важливим ферментом глюконеогенезу. Ця реакція спрямована на підтримання нормального рівня глюкози у тканинах організму, що свідчить про активацію компенсаторних механізмів енергозабезпечення. За умов найбільшої концентрації токсину (5 ГДК) виявлено зниження активності глюкозо-6-фосфатази, що може бути пов’язано з інгібувальною дією токсиканту на ключові ферменти глюконеогенезу. Натомість спостерігається зростання активності лактатдегідрогенази, яка відіграє важливу роль у процесах анаеробного енергозабезпечення, та ферментів циклу Кребса, які відповідають за підтримку продукції АТФ у тканинах риби. Це свідчить про перерозподіл метаболічних шляхів для забезпечення енергетичних потреб організму в умовах стресу. Аналіз змін концентрації глюкози та глікогену під впливом різних концентрацій токсину дозволив встановити залежність метаболічної активності організму коропа від рівня токсикантів у водному середовищі. Виявлено, що адаптаційні механізми організму є чутливими до змін концентрації мікотоксинів, що має важливе значення для біоіндикації стану водних екосистем. Крім того, встановлено, що зміни метаболізму є специфічними біохімічними маркерами, які можна використовувати для оцінки рівня токсичності водного середовища. Отримані результати дослідження мають важливе значення для екологічного моніторингу, оскільки вони дозволяють оцінити стан водних екосистем на основі реакції гідробіонтів на токсиканти. Такі дані можуть бути використані для прогнозування наслідків забруднення водних об’єктів і розробки заходів для зменшення негативного впливу токсичних речовин на рибне господарство. Висновки роботи сприяють удосконаленню методик управління аквакультурою, зокрема у регіонах із підвищеним рівнем забруднення водойм.

Посилання

1. Biochemica Information. (1975). Western Germany: Boehringer Mannheim GmbH. Bd. 1, 99–100.
2. Biochemica Information. (1975). Western Germany: Boehringer Mannheim GmbH. Bd. 2, 167.
3. Casey, C. A., & Anderson, P. M. (1982). Subcelluar location of glutamine synthetase and urea cycle enzymes in liver of Spiny Dogfish (Squalus acanthias). Journal of Biological Chemistry, 257(14), 8449–8453.
4. Hrubinko, V. V. (2005). Intehralna otsinka toksychnoho urazhennia biolohichnykh system. [Integral assessment of toxic damage in biological systems]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 3, 111–114 (іn Ukrainian).
5. Hochachka, P.M. & Somero, G.N. (2002). Biochemical Adaptation. Oxford : Princeton University Press, 2002. 147
6. Davydov, O. N., Temnikhanov, Y. D., & Kurovskaya, L. Y. (2005). Patologiya krovi ryb [Pathology of fish blood]. Publisher, Kyiv (іn Ukrainian).
7. Koval, V. O., Mekhed, O. B., & Yakovenko, B. V. (2009). Diia toksykantiv riznoyi pryrody na vmist ketokyslot v orhanizmi koropa v period zymovoho holoduvannya [The effect of toxicants of various nature on the content of keto acids in carp during winter starvation]. Rybne Hospodarstvo, 67, 81–87 (in Ukrainian).
8. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., & Randall, R. J. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry, 193 (1), 265–275.
9. Martseniuk, V. M., Potrokhov, O. S. & Zinkovskiy, O. G. (2018). Energy metabolism in organs and tissues of perch Perca fluviatilis under changes of water temperature. Hydrobiological Journal, 54(4), 85–94.
10. Mekhed, O. B. (2005). Vplyv pestytsydnoho zabrudnennia vodnoho seredovyshcha na ikhtiolohichni pokaznyky ta metabolichni peretvorennia v orhanizmi koropa. [The effect of pesticide pollution of the aquatic environment on ichthyological indicators and metabolic transformations in the body of carp]. dys. kand. biol. nauk : 03.00.10. Instytut hidrobiolohii, Kyiv (in Ukrainian).
11. Mekhed, O. (2024). Сhanges in the biochemical indicators of hydrobionts in response to the toxic effect of mycotoxin T2. One World – One Health, Słupsk, 263–266.
12. Mekhed, O. B., & Yakovenko, B. V. (2003). Aktyvnist klyuchovykh fermentiv vuhlevodnoho obminu v orhanizmi koropa luskatoho v umovakh toksykozu [Activity of key carbohydrate metabolism enzymes in scaled carp under toxicosis]. Visnyk problem biolohii ta medytsyny. 6, 20–25 (in Ukrainian).
13. Mekhed, O. B., Yakovenko, B. V., & Zhidenko, A. A. (2004). Activity of some enzymes of carbohydrate metabolism in tissues of yearlings and two-years-old carps in the autumn time. Hydrobiological Journal, 40(5), 77–84.
14. Mekhed, O. B., Yakovenko, B. V., & Zhidenko, A. O. (2004). Vplyv zenkoru na vmist hlyukozy ta aktyvnist fermentiv hlyukoneohenezu v tkanynakh koropa luskatoho (Cyprinus carpio L.) pry riznykh temperaturakh [Effect of zencor on glucose content and gluconeogenesis enzyme activity in tissues of scaled carp (Cyprinus carpio L.) at different temperatures]. Ukrainskyi Biokhimichnyi Zhurnal, 76(3), 110–113 (in Ukrainian).
15. Mekhed, O. B., Zhidenko, A. O., & Yakovenko, B. V. (2005). Zminy vmistu adenilativ v tkanynakh tsoholitky i dvolitky koropa pry dii pestytsydiv [Changes in adenylate content in tissues of carp during pesticide exposure]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 3 (26), 299–302 (in Ukrainian).
16. Mekhed, O. B., & Yakovenko, B. V. (2005). Vplyv pestytsydnoho zabrudnennya vodnoho seredovyshcha na vmist malatu, oksaloatsetatu, laktatu, piruvatu i aktyvnist LDH ta MDH v tkanynakh koropa [The effect of pesticide contamination of the aquatic environment on the content of malate, oxaloacetate, lactate, pyruvate, and the activity of LDH and MDH in carp tissues]. Ternopil, Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 3 (26), 302–304 (in Ukrainian).
17. Mekhed, O. B., & Yakovenko, B. V. (2010). Vplyv herbitsydnoho zabrudnennya vodnoho seredovyshcha na metabolichni protsesy v tkanynakh biloho amura [The effect of herbicide contamination of the aquatic environment on metabolic processes in the tissues of grass carp]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 2 (43), 353–356 (in Ukrainian).
18. National Agrarian University of Ukraine. (2004). Metodychni vkazivky z vyznachennya mikrokilkostey pestytsydiv u produktakh kharchuvannya, kormakh ta navkolyshnomu seredovyshchi [Guidelines for determining trace amounts of pesticides in food, feed, and the environment]. Kyiv (in Ukrainian).
19. Nikolaienko, T., Ivashchenko, M., Ivashchenko, N., & Mekhed, O. (2023). Adaptyvni zminy pokaznykiv krovi koropa luskatoho (Cyprinus carpio Linnaeus, 1758) yak vidpovid na zabrudnennya vody [Adaptive changes in blood indicators of scaled carp (Cyprinus carpio Linnaeus, 1758) in response to water pollution]. Natural Resources of Border Territories under Climate Change Conditions, Chernihiv, Desna-Polygraph, 99–100 (in Ukrainian).
20. Nikolаenko, T. M., Ivashchenko, M. O., Ivashchenko, N. V., & Mekhed, O. B. (2023). Biokhimichni pokaznyky krovi laboratornykh tvaryn za dii mikotoksynu T2. [Biochemical indicators of blood in laboratory animals under the influence of T-2 mycotoxin]. “Vin Smart Eco”, Vinnytsia, 276–277. (In Ukrainian).
21. Polotnianko, L., & Mekhed, O. (2023). Nakopychennya mikotoksyniv u myazakh koropa luskatoho (Cyprinus carpio Linnaeus, 1758) pry zhodovuvanni kormu, kontaminovanoho T2-toksynom [Accumulation of mycotoxins in the muscles of scaled carp (Cyprinus carpio Linnaeus, 1758) when feeding T2-toxin-contaminated feed]. Natural Resources of Border Territories under Climate Change Conditions, Chernihiv, Desna-Polygraph, 105–106 (in Ukrainian).
22. Schachman, H. K. (1959). Ultracentrifugation in biochemistry. New York: Academic Press.
23. Symonova, N. A., Mekhed, O. B., Kupchyk, O. Y., & Tretyak, O. P. (2018). Toxicants in the degradation of lipids in the organism of scaly carp. Ukrainian Journal of Ecology, 8(4), 6–10.
24. Yachna, M. H., Mekhed, O. B., Tretyak, O. P., & Yakovenko, B. V. (2019). Vmist fosfolipidiv u tkanynakh koropa luskatoho (Cyprinus carpio L.) za dii natriy laurylsulfatvmisnoho ta bezfosfatnoho syntetychnykh myyuchykh zasobiv [Content of phospholipids in tissues of scaled carp (Cyprinus carpio L.) under the influence of sodium lauryl sulfate and phosphate-free synthetic detergents]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 2(76), 48–52 (in Ukrainian).
25. Yakovenko, B. V., Tretyak, O. P., Mekhed, O. B., & Ivashchenko, M. O. (2013). Zalezhnist pokaznykiv krovi koropa vid pryrody toksykanta [Dependence of carp blood indicators on the nature of the toxicant]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 2(55), 29–36 (in Ukrainian).
26. Yakovenko, B. V., Tretyak, O. P., Mekhed, O. B., & Ivashchenko, M. O. (2013). Zalezhnist pokaznykiv krovi koropa vid pryrody toksykanta [Dependence of carp blood indicators on the nature of the toxicant]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 2(55), 29–36 (in Ukrainian).
27. Yakovenko, B. V., Tretyak, O. P., Mekhed, O. B., Derkach, S. M., & Chkana, N. V. (2011). Aktyvnist deyakykh fermentiv u pechintsi koropa za dii herbitsydiv [Activity of some enzymes in carp liver under the influence of herbicides]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 2(47), 233–236 (in Ukrainian).
28. Yatsenko, I. V., Bohatko, N. M., Bulgakova, N. V., & others. (2017). Hygiene and expertise of food hydrobionts and their processing products. Part 1. Hygiene and expertise of fishery products: A textbook. Kharkiv: Disa Plus.168 р.
29. Zhelay, M. V., Polotnianko, L. V., Yachna, M. H., Mekhed, O. B., & Tretyak, O. P. (2023). Vplyv mikotoksynu T2 na ikhtiolohichni pokaznyky koropovykh ryb [Effect of T2 mycotoxin on ichthyological indicators of cyprinid fish]. Ternopil: Naukovi zapysky TNPU. Seriia Biolohiia, 84(1), 35–40 (in Ukrainian).
30. Zhelay, M., Yachna, M., Mekhed, O., & Tretyak, O. (2023). Adaptyvni zminy ikhtiolohichnykh pokaznykiv koropovykh ryb za dii mikotoksyntu T2 [Adaptive changes in ichthyological indicators of cyprinid fish under the influence of T2 mycotoxin]. Natural Resources of Border Territories under Climate Change Conditions, Chernihiv, Desna-Polygraph, 77–78 (in Ukrainian).
31. Zhidenko, A. A., Mekhed, O. B., & Bibchuk, E. V. (2007). Zalezhnist pokaznykiv vuhlevodnoho obminu v tkanynakh karpa vid dii herbitsydiv riznoyi khimichnoyi struktury [Dependence of carbohydrate metabolism indicators in carp tissues on the action of herbicides of various chemical structures]. Biology of the 21st Century: Theory, Practice, Teaching, Kyiv: Phytosociocenter, 51–52 (in Ukrainian).