1.2 Активність алкогольдегідрогенази у Drosophila melanogaster
Механізми адаптації генотипів та популяцій до дії екологічних факторів є досить цікавими і тому інтенсивно вивчаються в багатьох лабораторіях. В даному контексті вважається доцільним вияснити роль ферменту алкгольдегідрогенази (АДГ) в життєдіяльності та адаптації у Drosophila melanogaster. Ген-ензимна система АДГ на протязі тривалого часу притягує увагу численних дослідників в різних областях генетики – від молекулярної до популяційної, завдяки відносно простій ідентифікації ферменту, значному поліморфізму і тій ключовій ролі, що АДГ відіграє в життєдіяльності дрозофіли (цей фермент допомагає здійснювати детоксикацію та утилізацію спирту, який являється важливим компонентом середовища існування плодової мушки).
Фермент АДГ (по класифікації ферментів – КФ 1. 1. 1. 1.) відноситься до класу оксидоредуктаз, об`єктом дії яких є група СН-ОН.
Ацетальдегід + НАДН + Н+ → етанол + НАД
Алкогольдегідрогеназа широко розповсюджена в природі. Алкогольдегідрогеназна активність притаманна різним клітинам всіх живих організмів.
Піридиновий нуклеотид в якості коферменту відіграє головну роль в реакції з усіма вивченими АДГ, при цьому фермент може окислювати не лише етанол, але й інші первинні та вторинні спирти [Діксон, 1982]. При перетворенні етилового спирту в ацетальдегід спостерігається впорядкована багатоточкова взаємодія в АДГ між ферментним білком, субстратом і коферментом.
АДГ дрозофіли складається із двох субодиниць з молекулярною масою 60 кДа та відрізняється від інших алкогольдегідрогеназ відсутністю Zn2+. Крім цього АДГ дрозофіли проявляє неабияку спорідненість до вторинних спиртів. Швидкість реакції, що каталізується АДГ Drosophila melanogaster, при використанні вторинних спиртів як субстратів, в декілька разів більша, ніж швидкість окислення етанолу. Амінокислотна послідовність АДГ дрозофіли відрізняється від інших алкогольдегідрогеназ. При картуванні пептидів АДГ Drosophila melanogaster виявлена наявність активного залишку цис-135 в домені, що зв'язує НАД+, а також двох залишків амідів на С-кінці пептиду. Таким чином, буде відрізнятися також і механізм дії АДГ дрозофіли – даний фермент формує нестійкий комплекс із субстратом і коферментом [Chambers, 1984].
Алкогольдегідрогеназа відіграє головну роль в каталізі останнього етапу спиртового бродіння, що притаманне дріжджам, а також тканинам, що знаходяться в анаеробному стані [Ленінджер,1985; Страєр, 1985]. Для АДГ плодової мушки більш характерною є зворотна реакція окислення спиртів до альдегідів чи кетонів, оскільки спирти є важливим компонентом середовищ існування дрозофіли. Drosophila melanogaster відрізняється від інших видів дрозофіли здатністю використовувати етанол та інші спирти як джерела поживних речовин на різних стадіях свого розвитку. АДГ є основним ферментом в метаболізмі етилового спирту у мух. Мутанти, яким не притаманна алкогольдегідрогеназна активність, є дуже чутливими до токсичної дії спирту та не можуть використовувати його [Economos, 1986 ; McKechnie , 1984].
Більш детальне вивчення системи метаболізму етанолу у D. melanogaster та деяких інших видів дозволило виявити наявність двох самостійних ферментів: алкогольдегідрогенази та альдегіддегідрогенази, що приймають безпосередню участь у деградації етилового спирту, а також встановити пряму кореляцію між їх активностями у дорослих особин. Це дало вагому підставу припустити, що у дрозофіли окислення етанолу здійснюється через ацетальдегід шляхом послідовної дії двох вищезазначених [Garcin, 1986, Lietart,1985]. Наявність альдегіддегідрогенази виявляється переважно у фракції мітохондрій, а алкогольдегідрогенази – в цитозолі [Lietart, 1985; Garcin, 1986].
Результати численних досліджень показали наявність в усіх природних популяціях Drosophila melanogaster двох варіантів АДГ, що відрізняються электрофоретично – АДГ-F и АДГ-S. Вони знаходяться під контролем структурного гена Adh, що локалізований в хромосомі 2 в положенні 50.1. Амінокислотні послідовності білків класу АДГ-F відрізняються від таких класу АДГ-S заміною лізину на треонін в позиції 192. Ця амінокислотна заміна торкається тієї області, яка являється каталітичним доменом ферменту, що і лежить в основі різниці у відносній активності, термостабільності та інших властивостях алозимів [Chambers, Wilks et al., 1984]. Завдяки генетичному поліморфізму, локус Adh відіграє важливу роль в генотипічній адаптації дрозофіли до факторів зовнішнього середовища.
При електрофорезі в поліакриламідному гелі АДГ виявляється в виді двох – трьох зон із головною катодною смугою (АДГ-5) та додатковими більш рухливими смугами (АДГ-3 і АДГ-1). У АДГ-S, яка є менш рухливою, смуги на електрофореграмах зміщуються ближче до катоду і займають положення 7, 5, 3 відповідно [Крутовський, 1983; Chambers, 1984; 1991; Johnson, 1964; Schwartz, 1976].
Встановлено, що при тривалому голодуванні мух, або при їх обробці низькими концентраціями ацетилацетону, проявляється високий рівень експресії АДГ-1 та АДГ-3 за рахунок конверсії алозимного спектру. Дія на мух різних концентрацій етанолу призводила до ретроконверсії молекулярних форм АДГ [Heinstra, 1986].
Припускається [Mckechnie, 1984], що взаємне перетворення модифікованих молекул АДГ, що характеризуються різною стабільністю та кінетичними характеристиками, є важливою ланкою в складній системі адаптації Drosophila melanogaster до екзогенного етанолу. Відповідно до цієї гіпотези екзогенний етанол стимулює ріст активності АДГ, збільшуючи співвідношення НАДН / НАД, тим самим знижуючи відносну кількість АДГ-1 на користь АДГ-3 та АДГ-5.
Здійснюючи регуляцію рівнів НАД / НАДН і НАДР / НАДРН, які в свою чергу регулюють розпад інших ферментів, АДГ також впливає на життєздатність дрозофіли [Xinmi, 1992]. Очевидно, такий спосіб регуляції активності фермента − найбільш важливий в процесах адаптації [Anderson,1983].
Численні дослідження показали, що здатність мух до існування в умовах з високим вмістом алкоголю знаходяться в залежності від рівня активності їх АДГ [Pecsenye, 1994; 1997]. Хоча вирішальне значення для виживання мух при збільшених концентраціях спирту відіграє абсолютна кількість АДГ, а не активність ферменту [Anderson, 1983]. Це підтверджено імунохімічними та молекулярно-біологічними дослідженнями. Так, встановлено, що кількість білку АДГ визначається швидкістю синтезу, що позитивно корелює із рівнем цитоплазматичної мРНК [Anderson,1983; Birley, 1984]. Таким чином, регуляцію активності АДГ за рахунок зміни кількості ферментного білку на різних стадіях розвитку Drosophila melanogaster можна вважати достовірно встановленою.
В зв’язку із важливою роллю ген-ензимної системи АДГ в процесах метаболізму і адаптації дрозофіли, рівень активності та інші характеристики алкогольдегідрогенази можна розглядати як критерій пристосованості генотипу.
0 комментариев