Індукція ферментів 1982 Канунгу м

індукція ферментів

Як було показано вище, з віком змінюється не тільки активність ферментів - в певні періоди життя змінюється також набір ізоферментів. Звідси виникають такі питання:

1) Чи є ці зміни незворотними?

2) Чи можливо ці зміни направити назад і чи можемо ми регулювати їх рівні в різні періоди життя?

3) Які чинники відповідальні за ці зміни?

4) Яке значення ці зміни мають для різних функцій організму і для старіння?

Відомо, що індукція, або підвищення вмісту ферментів, викликається декількома індукторами, або ефекторами. Індукція є специфічною відповіддю на специфічний стимул, або індуктор, яким може бути субстрат, гормон, метаболіт або навіть екзогенний фактор - наприклад температура, т. Е. Індукція - це адаптивний процес. Як відомо, адаптивність організму до умов навколишнього середовища в старості знижується. Тому видається цікавим дослідити зміни адаптивності або індуцібельная ферментів з віком. Оскільки кожен фермент кодується специфічним геном, подібні дослідження можуть допомогти в з'ясуванні таких функцій специфічних генів, як транскрипція специфічних мРНК і регуляція цієї транскрипції. Проводячи їх, можна також вирішити питання про те, відбуваються або не відбуваються зміни в експресії генів в старості.

У роботах по індукції синтезу ферментів в тканинах щура шляхом введення різних гормонів було показано, що при однакових умовах експерименту індукція у старих щурів в загальному нижче, ніж у тварин в зрілому віці. Такі результати були отримані для глюкозо-6-фосфатази і фруктозобісфосфат-альдолази [101], фосфофруктокинази [102, 103] і гексозофосфат-ізомерази [103], піруваткінази [21], малатдегідрогенази [53] і ацетилхолінестерази [81]. Для кількох ферментів в зрілому віці і в старості отримані однакові значення індукції - це тріптофанпірролаза [42], аланінамінотрансфераза (ААТ) [87] і тірозінамінотрансфераза (ТАТ) [91], а індукція аргінази [90] у старих тварин виявилася вище (табл. 3.4), ніж у тварин в середньому віці.

Таблиця 3.4. індукція ферментів

Позначення в таблиці: ↓ зменшення; ↑ збільшення; "-" немає ефекту; Н - норма; К - кортизон; ГК - гідрокортизон; а - видалення надниркової залози; б - видалення сім'яників; в - видалення яєчників; Е50 -Е100 - введення естрадіолу в кількості 50 і 100 мг · г -1 ваги тіла; Т50 і Т100 - введення тестостерону в кількості 50 і 100 мг · г -1 ваги тіла; П - півкулі головного мозку; М - мозочок.

Деякі ферменти, наприклад глюкокіназа і тірозінамінотрансфераза з печінки миші, індукуються при голодуванні [2]. Було показано також, що тірозінамінотрансфераза печінки індукується при низькій температурі [33]. У цих дослідженнях було показано, що індукція у старих і молодих тварин однакова, але у перших час, необхідне для індукції, більше (табл. 3.4).

Загалом, індукція оксидоредуктаз в старості знижується, а трансфераз - підвищується або не змінюється. Індукція гидролаз і ЛіАЗ печінки ссавців в старечому віці знижується, так само як і індукція трансфераз і гідролаз мозку. Однак поки число досліджених ферментів невелика, можна з упевненістю зробити висновок про закономірності індукції певних ферментів.

У наведених дослідженнях було показано також, що індукція одного і того ж ферменту по-різному змінюється в різних органах. Наприклад, індукція піруваткінази в серце старої щури вище, ніж у тварини в середньому віці, в той час як в мозку старої щури вона нижче в порівнянні з твариною в середньому віці [21-23].

Індукція багатьох ферментів в старечому віці зменшується, і тому слабшає адаптивність організму або його здатність до відповіді на відповідний стимул. Ці відповіді на підставі часу, що витрачається на індукцію, і величини індукції (рис. 3.7) поділяють на чотири основні типи [5]. У типу 1 лаг-період індукції в старості більше, але її величина не змінюється, якщо індуктор застосовується протягом достатнього часу. Прикладами цього типу ферментів є глюкокіназа [1] (рис. 3.8), ДНК-полімераза [3] (рис. 3.9), тірозінамінотрансфераза [2] і серіндегідратаза [88] печінки щурів при відповіді на дію глюкози, АКТГ і кортизону відповідно [5 ]. Лаг-період індукції тірозінамінотрансферази після витримування при низькій температурі у старій миші також збільшений [33].

Мал. 3.7. Залежність ферментної адаптації від віку [15]. У загальному вигляді показані чотири основні типи впливу старіння на час протікання і величину гіпотетичних адаптивних змін активності ферментів. Суцільна лінія - молоді тварини, штрихова - середнього віку, пунктирна - старі

Мал. 3.8. Залежність лаг-періоду індукції глюкокинази від віку щури [4]

Мал. 3.9. Вікові відмінності початку і максимуму швидкості синтезу ДНК в підщелепної залозі щура після ін'єкції изопротеренола [3]. 1 - вік 2 міс; 2 - вік 12 міс

У ферментів типу 2 ступінь індукції при однаковій дозі індуктора в старечому віці або більше, або менше. Індукція орнітин-оксокислот - амінотрансферази кортизоном, глюкозо-6-фосфатази в печінці високобілковим раціоном [88], цитоплазматичної малатдегідрогенази адреналектомірованних щурів кортизоном [53] і орнітиндекарбоксилази дексаметазоном [30] в старості значно знижується. Екстремальні випадки такого зниження спостерігаються для мітохондріальної малатдегідрогенази [53] і аргінази [90] печінки після видалення надниркової залози і введення кортизону і для ацетилхолінестерази мозку щура [81] після оваріектомії і введення естрадіолу. У всіх цих випадках у старих тварин спостерігається повна відсутність індукції. Разом з тим індукція глутамінсінтетази кортизоном у старих щурів більше і в нормі, і після видалення надниркової залози [89]. Індукція в цих випадках досліджувалася тільки одномоментно, і лаг-період ні для старих щурів, ні для щурів в середньому віці невідомий.

У ферментів типу 3 в старості відбуваються зміни і величини індукції, і часу, необхідного для індукції. До цього типу належать уповільнене і більш слабке підвищення активності тимідинкінази і дезоксітіміділатсінтетази з слинних залоз у щура після введення ізопротерінола [96] або у дрозофіли після обробки амінотріазолом [82].

Для ферментів типу 4 відповідь на дію індуктора в середньому віці і в старості однаковий. До цього типу належить індукція глюкокинази, тірозінамінотрансферази [6] і мітохондріальної гліцерин-3-фосфат - дегідрогенази [17] інсуліном, кортизоном і тироксином відповідно.

Як і в разі вмісту ферментів у нормальних тварин, здатність різних ферментів до індукції різними індукторами залежить, по-видимому, від лінії і статі тварин, часу вимірювання активності ферменту, умов, в яких містилися тварини, і їх фізіологічного стану. Однак очевидно, що в одній і тій же популяції індукція деяких ферментів може змінюватися. При цьому може відбуватися зміна або величини, або лаг-періоду, або того й іншого разом. Послідовність подій, що починається з моменту проникнення стероїдного гормону в клітку-мішень і завершується синтезом специфічного білка, більш-менш встановлена. Гормон проникає в клітину-мішень і зв'язується зі специфічним білковим рецептором в цитоплазмі, утворюючи комплекс гормон - рецептор (Г-Р). Цей комплекс проникає в ядро, де зв'язується зі специфічними акцепторними центрами хроматину і стимулює транскрипцію, після чого відбувається синтез специфічного білка (рис. 5.2). Необхідно точно визначити те місце (місця) в цій послідовності подій, на якому в старечому віці відбувається порушення індукції стероїдними гормонами.

Іншим методом, який спробували застосувати для відновлення індукції ферментів у старих тварин, був метод стимулювання регенерації тканини. Було показано, що активність мітохондріальної малатдегідрогенази знижується в печінці молодих щурів після видалення надниркової залози, але не змінюється при цій же операції у старих тварин [53]. Введення кортизону викликає індукцію ферменту у молодих щурів і не викликає у старих. Однак якщо у старих щурів провести часткову гепатектомії, дати печінки можливість регенерувати протягом трьох днів і потім ввести кортизон, то кількість ферменту збільшиться. Таким чином, відносно індукції мітохондріальної малатдегідрогенази регенерує печінку старих щурів функціонує так само, як печінка молодих. Мабуть, це порушення індукції, пов'язане зі старінням, може бути ліквідовано. Найбільш значним результатом цієї роботи є висновок про те, що молекулярні зміни, які відбуваються в організмі в процесі старіння тварини, можуть бути звернені назад. Однак клітини печінки діляться на протязі всього життя, так як ці клітини є премітотіческімі. Тому печінку і здатна до регенерації. Багато інші органи, такі, як мозок, серце, скелетні м'язи, не можуть регенерувати, так як їх клітини втрачають здатність ділитися на дуже ранній стадії розвитку і стають постмітотіческіх. Оборотні зміни, що відбуваються в старечому віці в цих органах?

У зв'язку зі згаданими дослідженнями виникає ще одне питання - чи обумовлено порушення індукції малатдегідрогенази в печінці старих щурів зменшенням вмісту специфічних рецепторів кортизону або воно обумовлено репресією гена малатдегідрогенази? Оскільки активність малатдегідрогенази в печінці нормальних старих щурів висока, поява репрессора в старечому віці, мабуть, малоймовірно. Щоб відповісти на поставлені питання, очевидно, важливо виміряти кількість кортизон-специфічного рецептора в печінці старих щурів.