БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 4, с. 580–586
УДК 577.152.1
Результаты сравнительного изучения активностей лактатдегидрогеназы у медоносных рабочих пчел в улье и пчел-фуражиров могут указывать на наличие отсроченного приступа болезненности мышц (DOMS): предварительные исследования
1 Institute of Biological Basis of Animal Production, Faculty of Biology, Animal Sciences and Bioeconomy, University of Life Sciences in Lublin, 20-950 Lublin, Poland; E-mail: aneta.strachecka@up.lublin.pl; los-aleksandra@o2.pl
2 Department of Tropical Parasitology, Medical University of Gdansk, 81-519 Gdansk, Poland; E-mail: grzybek.genetics@gmail.com
3 Department of Zoology, Animal Ecology & Wildlife Management, Faculty of Biology and Animal Breeding, University of Life Sciences in Lublin, 20-950 Lublin, Poland; E-mail: grzybek.genetics@gmail.com
4 Department of Botany and Mycology, Institute of Biology and Biochemistry, Faculty of Biology and Biotechnology, Maria Curie-Sklodowska University, 20–033 Lublin, Poland; E-mail: anetaptas@wp.pl
5 Zoological Museum/Laboratory, Institute of Biology and Biochemistry, Faculty of Biology and Biotechnology, Maria Curie-Sklodowska University, 20-033 Lublin, Poland; E-mail: jacek.chobotow@umcs.lublin.pl
6 Department of Tourism and Recreation, Faculty of Agrobioengineering, University of Life Sciences in Lublin, 20-950 Lublin, Poland; E-mail: badaniaawf@wp.pl
Поступила в редакцию 30.05.2018
После доработки 27.11.2018
Принята к публикации 27.11.2018
DOI: 10.1134/S0320972519040110
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цикл Кори, жировые тельца, рабочие медоносные пчелы, лактат, мышцы, болезненность.
Аннотация
Лактат продуцируется активно работающими скелетными мышцами. H+ образуется в процессе нейтрализации лактата в цикле Кори, что приводит к ацидозу мышечной ткани и мышечным болям, то есть к так называемому отсроченному приступу болезненности мышц (Delayed Onset Muscle Soreness — DOMS) у позвоночных животных. Целью представленной работы явилось определение активностей/концентраций соединений, которые могут принимать участие в цикле Кори рабочих пчел. Были собраны образцы тканей мышц, жировых телец и гемолимфы от 1- и 14-дневных рабочих пчел, остающихся в улье, и путешествующих пчел-фуражиров. В них были определены концентрации белка, лактата, глюкозы, NAD+ и NADH, а также активности лактатдегидрогеназы (LDH). Было установлено, что концентрация лактата и активности LDH в гемолимфе, мышцах и жировых телах повышались с возрастом, в то время как концентрации NAD+ и NADH в этих тканях снижались при взрослении или старении. Установлено также, что концентрации белка в этих тканях повышались вплоть до 14-дневного возраста у рабочих пчел улья, а затем снижались у пчел-фуражиров. Концентрации глюкозы с возрастом снижались в гемолимфе и мышцах, но, соответственно, повышались в жировых телах. Повышение с возрастом концентраций лактата могло свидетельствовать о переходе метаболизма с аэробного на анаэробный путь и сопровождаться развитием метаболического ацидоза. В конечном счете это может приводить к болям в мышцах и сокращению срока жизни. При анализе динамики полета, массы переносимого груза и поведения насекомых, следует учитывать степень изменения концентраций указанных выше соединений при протекании цикла Кори.
Текст статьи
Сноски
* Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа была выполнена как часть исследовательского проекта ZKB/MN/5 2012–2018, финансируемого Министерством науки и высшего образования Польши. AS была поддержана Национальным центром науки (польский OPUS грант № 2014/15/B/NZ9/00425).
Вклад авторов
Исследование было задумано и спланировано A. Strachecka. Ткани были подготовлены A. Strachecka и J. Chobotow. Биохимические анализы выполнены под руководством A. Strachecka и M. Grzybek. Полученные данные были проанализированы и интерпретированы A. Strachecka и A. Los. Первый вариант рукописи был прочитан A. Strachecka; редактирование рукописи выполняли A. Strachecka, A. Los, R. Rowinski и A.A. Ptaszynska, консультируясь со всеми соавторами.
Конфликт интересов
Авторы подтверждают, что между ними не существует взаимоисключающих интересов. Все авторы дали свое согласие на публикацию материала.
Список литературы
1. Tresguerres, M. (2016) Novel and potential physiological roles of vacuolar-type H+-ATPase in marine organisms, J. Exp. Biol., 219, 2088–2097.
2. Berg, J., Tymoczko, J., and Stryer, L. (2002) Gluconeogenesis and glycolysis are reciprocally regulated, in Biochemistry (Freeman, W., ed.) New York.
3. Katz, J., and Tayek, J. (1998) Gluconeogenesis and the Cori cycle in 12-, 20-, and 40-h-fasted humans, Am. J. Physiol., 275, E537–42.
4. Arrese, E.L., and Soulages, J.L. (2010) Insect fat body: energy, metabolism, and regulation, Annu. Rev. Entomol., 55, 207–225.
5. Sane, S. (2003) The aerodynamics of insect flight, J. Exp. Biol., 206, 4191–4208.
6. Goulson, D., Peata, J., Stoutb, J., Tuckera, J., Darvilla, B., Derwenta, L., and Hughes, W. (2002) Can alloethism in workers of the bumblebee, Bombus terrestris, be explained in terms of foraging efficiency? Anim. Behav., 64, 123–130.
7. Mountcastle, A., Ravi, S., and Combesa, S. (2015) Nectar vs. pollen loading affects the tradeoff between flight stability and maneuverability in bumblebees, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 10527–10532.
8. Feuerbacher, E., Fewell, J., Roberts, S., Smith, E., and Harrison, J. (2003) Effects of load type (pollen or nectar) and load mass on hovering metabolic rate and mechanical power output in the honey bee Apis mellifera, J. Exp. Biol., 206, 1855–1865.
9. Goodwin, M., Harris, J., Hernandez, A., and Gladden, L. (2007) Blood lactate measurements and analysis during exercise: a guide for clinicians, J. Diabetes Sci. Technol., 1, 558–569.
10. Nation, J.L. (2001) Insect physiology and biochemistry, CRC Press, Boca Raton, Florida.
11. Wasserman, K. (1986) The anaerobic threshold: definition, physiological significance and identification, Adv. Cardiol., 35, 1–23.
12. Strachecka, A., Olszewski, K., and Paleolog, J. (2016) Varroa treatment with bromfenvinphos markedly suppresses honeybee biochemical defence levels, Entomol. Exp. Appl., 160, 57–71.
13. Woyciechowski, M., and Kuszewska, K. (2012) Swarming generates rebel workers in honeybees, Curr. Biol., 22, 707–711.
14. Strachecka, A., Krauze, M., Olszewski, K., Borsuk, G., Paleolog, J., Merska, M., Chobotow, J., Bajda, M., and Grzywnowicz, K. (2014) Unexpectedly strong effect of caffeine on the vitality of western honeybees (Apis mellifera), Biochemistry (Moscow), 79, 1192–1201.
15. Strachecka, A., Olszewski, K., Paleolog, J., Borsuk, G., and Bajda, M. (2014) Coenzyme Q10 treatments influence the lifespan and key biochemical resistance systems in the honeybee, Apis mellifera, Arch. Insect Biochem. Physiol., 86, 165–179.
16. Schacterle, G.R., and Pollack, R.L. (1973) A simplified method for the quantitative assay of small amounts of protein in biologic material, Anal. Biochem., 51, 654–655.
17. Mostafa, S., Naby, A., and Zidan, E. (2014) Activity level of lactate dehydrogenase and в-glucosidase enzymes in the honeybee colonies, (Apis mellifera L.) with different feeding, J. Agric. Technol., 10, 483–491.
18. Kerkut, G., and Gilbert, L. (1985) Comprehensive insect physiology, biochemistry and pharmacology, Pergamon Press, Oxford. pp. 400–485.
19. Gmeinbauer, R., and Crailsheim, K. (1993) Glucose utilization during flight of honeybee (Apis mellifera) workers, drones and queens, J. Insect Physiol., 39, 959–967.
20. Suarez, R.K. (2000) Energy metabolism during insect flight: biochemical design and physiological performance, Physiol. Biochem. Zool., 73, 765–771.
21. Blatt, J., and Roces, F. (2001) Haemolymph sugar levels in foraging honeybees (Apis mellifera Carnica): dependence on metabolic rate and in vivo measurement of maximal rates of trehalose synthesis, J. Exp. Biol., 204, 2709–2716.
22. Suarez, R.K. (1996) Upper limits to mass-specific metabolic rates, Annu. Rev. Physiol., 58, 583–605.
23. Suarez, R.K., Darveau, C., Welch, K., Brien, D., Roubik, D., and Hochachka, P. (2005) Energy metabolism in orchid bee flight muscles: carbohydrate fuels all, J. Exp. Biol., 208, 3573–3579.
24. Suarez, R.K., Staples, J.F., and Lighton, J.R. (1999) Turnover rates of mitochondrial respiratory chain enzymes in flying honeybees (Apis mellifera), J. Exp. Zool., 283, 1–6.
25. Sudhakar, S., and Naiya, A. (2012) Biochemical markers an indirect method for evaluating Delayed Onset Muscle Soreness among recreational athletes, Int. J. Biol. Med. Res., 3, 1624–1626.
26. Even, N., Devaud, J., and Barron, A. (2012) General stress responses in the honey bee, Insects, 3, 1271–1298.
27. Diamantino, T.C., Almeida, E., Soares, A.M., and Guilhermino, L. (2001) Lactate dehydrogenase activity as an effect criterion in toxicity tests with Daphnia magna Straus, Chemosphere, 45, 553–560.
28. Johnson, R. (2015) Honey bee toxicology, Annu. Rev. Entomol., 60, 22.1–22.20.
29. Senthil, N., Kalaivani, K., and Murugan, K. (2006) Effect of biopesticides on the lactate dehydrogenase (LDH) of the rice leaffolder, Cnaphalocrocis medinalis (Guenee) (Insecta: Lepidoptera: Pyralidae), Ecotox. Environ. Safe., 65, 102–107.
30. Paulk, A., Dacks, A., Phillips-Portillo, J., Fellous, J., and Gronenberg, W. (2009) Visual processing in the central bee brain, J. Neurosci., 29, 9987–9999.
31. Hall, G., Stromstad, M., Rasmussen, P., Jans, O., Zaar, M., Gam, C., Quistorff, B., Secher, N., and Nielsen, H. (2009) Blood lactate is an important energy source for the human brain, J. Cereb. Blood Flow Metab., 29, 1121–1129.
32. Suzuki, A., Stern, S., Bozdagi, O., Huntley, G., Walker, R., Magistretti, P., and Alberini, C. (2011) Astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation, Cell, 144, 810–823.
33. Alaux, C., Conte, Y., Adams, H., Rodriguez-Zas, S., Grozinger, C., Sinha, S., and Robinson, G. (2009) Regulation of the brain gene expression in honey bees by brood pheromone, Genes Brain Behav., 8, 309–319.
34. Barros, L. (2013) Metabolic signaling by lactate in the brain, Trends Neurosci., 36, 396–404.
35. Bauernfeind, A., and Babbitt, C. (2014) The appropriation of glucose through primate neurodevelopment, J. Human Evol., 77, 132–140.