Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

COMPARATIVE ASSESSMENT OF INDICATORS OF OXIDATIVE MODIFICATION OF CATTLE MILK PROTEINS IN THE ENTERPRISES LOCATED IN DIFFERENT ECOLOGICAL-GEOGRAPHICAL ZONES OF OMSK REGION

Vysokogorskiy V.E. 1 Podolnikova Y.A. 1 Lazareva O.N. 1
1 FGBOU VPO «Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin»
Представлены результаты исследования продуктов спонтанной и металлкатализированной окислительной модификации белков молока крупного рогатого скота, полученного от хозяйств, расположенных в трех эколого-географических зонах Омской области: в лесостепной (пригород Омска), лесной и степной. Установлены существенные изменения спонтанной окислительной модификации белков молока в лесостепной зоне (пригород Омска). Уровень альдегид-динитрофенилгидразонов (274 нм) в лесостепной зоне повышен на 20 % (Р = 0,001) и 29 % (Р = 0,003), кетон-динитрофенилгидразонов основного характера (530 нм) на 38 % (Р = 0,007) и 51 % (Р < 0,001) в сравнении с показателями молока хозяйств лесной и степной зон области. При металлкатализируемом окислении белков уровень алифатических альдегид-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (356 нм) повышен на 30 % (Р = 0,042) и 51 % (Р < 0,001), кетон-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (370 нм) ‒ на 25 % (Р = 0,041) и 50 % (Р < 0,001) по сравнению с лесной и степной соответственно. Результаты исследования свидетельствуют о более интенсивной окислительной деструкции белков молока лесостепной зоны (пригород Омска) по отношению к показателям молока отдалённых от промышленного центра эколого-географических зон области.
The present article shows the research results of the products of spontaneous and metal-catalyzed oxidative modification of the cattle milk proteins obtained from the enterprises located in three different ecological-geographical zones of Omsk region: forest-steppe (Omsk countryside), forest zone and steppe zone. The significant changes of spontaneous oxidative modification of milk proteins were ascertained in the forest-steppe zone (Omsk countryside). The level of aldehyd- dinitrophenylhydrazines (274 nm) in the forest-steppe zone is increased up to 20 % (P = 0,001) and 29 % (P = 0,003), ketone-dinitrophenylhydrazines of basic character (530 nm) up to 38 % (P = 0,007) and 51 % (P < 0,001) in comparison with milk characteristics in the enterprises located in the forest and steppe zones of the region. When metal-catalyzed oxidation of proteins, the level of aliphatic aldehyd- dinitrophenylhydrazines of neutral character (356 nm) is increased up to 30 % (P = 0,042) and 51 % (P < 0,001), ketone-dinitrophenylhydrazines of neutral character (370 nm) up to 25 % (P = 0,041) and 50 % (P < 0,001) in comparison with forest and steppe zones correspondingly. The research results show that there is a more intense oxidative destruction of milk proteins in the forest-steppe zone (Omsk countryside) in relation to milk characteristics in the remote from the industrial centre ecological-geographical zones of Omsk region.
oxidative modification of proteins
sulfhydryl groups
ecological-geographical zones
milk
1. Dorshakova N.V., Karapetyan T.A., Jekologiya cheloveka, 2004, no 6, pp. 48–52.
2. Dubinina E.E., Burmistrov S.O., Khodov D.A., Voprosy med.khimii, 1995, no. 1, pp. 24–26.
3. Efremova S.Ju., Sharikov T.A., Luk’janec O.V., Izvestija penzenskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta imeni V.G. Belinskogo, 2011, no 25, pp. 568–571.
4. Ivanov V.V., Shahristova E.V., Stepovaya E.A., Novickiy V.V., Byulleten’ sibirskoj mediciny, 2011, no 3, pp. 44–47.
5. Ignatieva G.V., «Molochnaya promyshlennost’ Sibiri. VII Specializirovannyj kongress» («Dairy products industry of Siberia. VII Specialized Congress»). Barnaul, 2012, pp. 77–79.
6. Kopylova. R.T., Sbornik nauchnyh trudov po materialam 6-j Vserossijskoy nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem (Collection of research papers under the materials of VI All-Russian Scientific and Practical Conference of international concern). Saratov, 2013, part. 1, pp. 67–69.
7. Podol’nikova Ju.A., Vysokogorskiy V.E., Voronova T.D., Lazareva O.N., Fundamental’nye issledovaniya, 2014, no 9, pp. 2687–2691.
8. Revich B.A., Maleev V.V., Izmenenie klimata i zdorov’ya naselenija Rossii: Analiz situacii (Climate change and health of the population of Russia: Analysis of a situation). M, LENAD, 2011.
9. Sovremennye metody v biohimii. [pod red. akademika AMN SSSR Orehovicha V.N.] (Modern methods of biochemistry. [edited by V.N. Orekhovich, academician, member of the Academy of Medical Sciences of the USSR]) Moscow, Medicine. 1977.
10. Havinson V.H., Barinov V.A, Arutunjan A.V., Malinin V.V. Svobodnoradikal’noe okislenie i starenie (Free radical oxidation and aging). SPb, Nauka, 2003.

Активные формы кислорода являются неотъемлемым звеном существования высших форм живых организмов. Отсутствие или сбой в образовании данных элементов сопровождается накоплением окислительных повреждений и возникновением окислительного стресса, который является составной частью целого ряда патологических процессов и заболеваний.

К нарушению функционирования систем организма могут приводить различные климатические, экологические и антропогенные факторы. Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха в России приводит к ежегодной дополнительной смертности до 40 тыс. человек [8, 3]. Неблагоприятное воздействие низкой температуры среды, перепадов атмосферного давления, высокой ионизации воздуха и других факторов окружающей среды Севера нашей страны приводит к развитию и формированию патологии у человека [1].

В предыдущих исследованиях было выявлено значительное изменение процессов перекисного окисления липидов в зависимости от природно-климатических зон Омской области в различные периоды года [5]. Установлено более интенсивное течение свободнорадикального окисления в зимний период года по показателям молока хозяйств, расположенных в пригородных зонах промышленного центра, в отличие от северных и южных районов области [7]. Однако перемена времени года, изменение суточной ритмики и рациона кормления животных в летний период могут повлиять на интенсивность окислительной деструкции белков молока животных.

Цель работы – оценить интенсивность спонтанной и металлкатализируемой окислительной модификации белков молока крупного рогатого скота хозяйств лесной, степной и лесостепной зон Омской области в летний период года.

Материалы и методы исследования

Для исследования использовали сырое натуральное молоко коров, полученное от хозяйств, расположенных в лесостепной зоне (пригород Омска), лесной зоне (северные районы области) и степной зоне (южные районы области), нормализованное по массовой доле жира до 2,5 %.

Уровень спонтанной окислительной модификации белков (ОМБ) определяли методом, основанным на реакции взаимодействия окисленных аминокислотных остатков с 2,4-динитрофенилгидразином и образованием производных 2,4-динитрофенилгидразона. Оценку металлкатализированного окисления белков молока проводили по содержанию карбонилированных белков при индуцировании свободнорадикального окисления системой Fe2+/H2O2. Оптическую плотность образовавшихся динитрофенилгидразонов регистрировали спектрофотометрически при следующих длинах волн: 274, 356, 370, 430 и 530 нм [2].

Определение доступных сульфгидрильных групп молока, сыворотки (супернатант после внесения уксусной кислоты – рН 4,6 и центрифугирования в течение 15 мин) и свободных доступных сульфгидрильных групп, полученных путем осаждения белков молока, основано на их взаимодействии с 5,5/-дитиобис-2-нитробензойной кислотой (ДТНБ) с образованием окрашенного дисульфида. Оптическую плотность проб определяли на спектрофотометре при длине волны 412 нм [9].

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0. Статистическая значимость межгрупповых различий оценивалась по критерию Манна – Уитни (U). Проверка статистических гипотез проводилась при критическом уровне значимости р = 0,05. Результаты представлены в виде медианы, нижнего и верхнего квартиля – Ме (Q1; Q3).

Результаты исследования и их обсуждение

Содержание продуктов спонтанной ОМБ молока различается в разных эколого-географических зонах Омской области (табл. 1). Уровень альдегид-динитрофенилгидразонов (274 нм) – ранние маркеры окислительной деструкции белков – по данным Иванова В.В. с соавт. [4] в лесостепной зоне выше на 20 % (Р = 0,001) и 29 % (Р = 0,003) относительно лесной и степной зон области. Обнаружено повышение кетон-динитрофенилгидразонов основного характера (530 нм), являющихся маркерами поздней деструкции белков в лесостепной зоне (пригород) на 38 % (Р = 0,007) и 51 % (Р < 0,001) относительно лесной и степной зон соответственно. Выявлены различия в ОМБ молока лесной и степной зон области. В лесной зоне уровень кетон-динитрофенилгидразонов основного характера на 20 % (Р = 0,015) выше относительно степной зоны.

Таблица 1

Содержание карбонильных производных белков в летний период года, Ме (Q1;Q3)

Длина волны, нм

Лесная зона

n = 11

Степная зона

n = 11

Лесостепная зона (пригород)

n = 10

Спонтанная окислительная модификация белков (е.о.п. на 1 г белка)

274

134,91 (116,77; 160,57)

119,16 (99,45; 145,83)

168,71*х (164,43; 187,07)

356

87,62 (71,69; 117,07)

74,64 (72,79; 100,75)

84,34 (80,61; 89,80)

370

84,43 (70,59; 109,76)

68,13 (52,14; 90,43)

79,16 (74,79; 86,73)

430

66,48 (59,17; 72,12)

59,56 (54,40; 80,05)

69,81 (66,91; 76,53)

530

6,29 (5,93; 8,28)

5,05* (4,27; 6,02)

10,23*хх (7,91; 12,04)

Примечания: * – статистически значимые отличия от лесной зоны; Р < 0,05, х – статистически значимые отличия от лесной зоны; Р < 0,05,хх – статистически значимые отличия от степной зоны, Р < 0,001.

Полученные результаты металлкатализируемой ОМБ свидетельствуют о повышении альдегид-динитрофенилгидразонов (274 нм) в молоке лесостепной зоны на 12 % (Р = 0,042) и 51 % (Р < 0,001) в сравнении с пробами молока от хозяйств лесной и степной природно-климатических зон (табл. 2). Обнаружено увеличение в лесостепной зоне уровня алифатических альдегид-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (356 нм) на 30 % (Р = 0,042) и на 51 % (Р < 0,001), кетон-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (370 нм) на 25 % (Р = 0,041) и на 50 % (Р < 0,001), а также альдегид-динитрофенилгидразонов основного характера (430 нм) на 23 % (Р = 0,022) и на 37 % (Р < 0,001) по сравнению с лесной и степной зонами соответственно. Содержание кетон-динитрофенилгидразонов основного характера (530 нм) в лесостепной зоне повышено на 57 % (Р = 0,003) относительно лесной зоны области. Полученные результаты свидетельствуют о более интенсивном карбонилировании белков молока в пригороде Омска. Возможно, данный факт объясняется наличием различных крупных промышленных предприятий, выбросов автотранспорта и других потенциально опасных объектов, находящихся в непосредственной близости от исследуемых хозяйств лесостепной зоны. Воздействие данных загрязнений негативно влияет как на здоровье населения мегаполисов [6] так и на окружающие его организмы [3]. Проникая в организм человека и животных, химические вещества подвергаются ряду биохимических превращений, результатом которых является их обезвреживание и выведение из организма. В процессе обезвреживания данных веществ наблюдается увеличение образования свободных радикалов и активных форм кислорода, что приводит к свободнорадикальному окислению белков, липидов и ДНК в организме [10].

Таблица 2

Содержание металлкатализируемых карбонильных производных белков в летний период года, Ме (Q1;Q3)

Длина волны, нм

Лесная зона

n = 11

Степная зона

n = 11

Лесостепная зона (пригород)

n = 10

Индуцируемая окислительная модификация белков (е.о.п. на 1 г белка)

274 (Fe2+/H2O2)

232,10 (204,44; 238,75)

130,29** (125,00; 149,33)

265,07*хх (234,69; 298,66)

356 (Fe2+/H2O2)

183,09 (177,57; 218,88)

127,84** (116,91; 149,22)

260,96*хх (230,45; 288,10)

370 (Fe2+/H2O2)

192,74 (186,65; 214,45)

126,14* (118,38; 146,46)

256,17*хх (213,49, 304,42)

430 (Fe2+/H2O2)

116,32 (110,26; 143,12)

94,73* (77,81; 120,74)

151,11*хх (134,9; 186,62)

530 (Fe2+/H2O2)

8,42 (7,05; 10,74)

12,95* (10,24; 13,83)

19,6* (10,80; 21,43)

Примечания: * – статистически значимые отличия от лесной зоны, Р < 0,05 ,** – статистически значимые отличия от лесной зоны, Р < 0,001, Р < 0,05,хх – статистически значимые отличия от степной зоны, Р < 0,001.

pic_29.wmf

Рис. 1. Содержание доступных сульфгидрильных групп в молоке разных природно-климатических зон Омской области (мкмоль/г)

В лесной зоне увеличено содержание альдегид-динитрофенилгидразонов (274 нм) на 44 % (Р < 0,001), альдегид-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (356 нм) на 30 % (Р = 0,015), кетон-динитрофенилгидразонов нейтрального характера (370 нм) на 35 % (Р = 0,011), альдегид-динитрофенилгидразонов основного характера (430 нм) на 19 % (Р = 0,019) относительно степной зоны. Содержание же кетон-динитрофенилгидразонов основного характера молоке в коров степной зоны на 35 % (Р = 0,035) выше по сравнению с лесной зоной. Соответственно можно выделить степную зону, в которой белки молока менее подвержены окислительной модификации. Возможно, это связано с более насыщенным антиоксидантами рационом кормления животных в данной эколого-географической зоне.

Так как в антиокислительной защите важную роль играет тиол-дисульфидная система, то для выяснения роли этой системы в окислительной модификации белков молока определяли содержание доступных сульфгидрильных групп в различных фракциях молока вышеуказанных зон. Значимых различий в содержании доступных тиоловых групп молока-сырья в различных эколого-географических зонах Омской области не выявлено (рис. 1).

Однако уровень доступных сульфгидрильных групп сыворотки молока хозяйств лесостепной зоны (пригород) ниже на13 % (Р = 0,023) и 26 % (Р = 0,002) относительно степной и лесной зоны соответственно (рис. 2).

pic_30.wmf

Рис. 2. Содержание доступных сульфгидрильных групп в сыворотке в разных природно-климатических зонах Омской области (мкмоль/г)

pic_31.wmf

Рис. 3. Содержание доступных свободных сульфгидрильных групп в разных природно-климатических зонах Омской области (мкмоль/г)

Выявлено достоверное снижение свободных доступных тиоловых групп и в безбелковом надосадке молока хозяйств пригорода Омска на 21 % (Р = 0,006) относительно лесной зоны (рис. 3).

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют о более интенсивном процессе свободнорадикального окисления белков молока пригорода промышленного центра по отношению к лесной и степной зонам области. Данное заключение основывается на повышении уровня продуктов спонтанной и металлкатализированной окислительной модификации белков молока данной зоны. Повышенный уровень карбонильных производных белков может быть обусловлен снижением доступных сульфгидрильных групп в сыворотке молока пригорода по отношению к молоку отдалённых от промышленного центра зон области.

Рецензенты:

Мкртчан О.З., д.б.н., профессор кафедры биологии, ФГБОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет» Минобрнауки РФ, г. Омск;

Степанова И.П., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой химии, ГБОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия» Минздрава РФ, г. Омск.

Работа поступила в редакцию 16.12.2014.