Функциональные свойства гемоглобина у разных по экологии групп рыб

Среди многих сотен функционально специализированных белков позвоночных животных гемоглобин не имеет себе равных по степени изученности молекулярной структуры, физико-химических свойств и функциональных особенностей. Это обстоятельство делает гемоглобин идеальным объектом эколого-биохимических исследований, в центре которых стоит изучение молекулярных основ эврибионтности различных по высоте организации и экологии групп позвоночных животных, в частности рыб.

Один из основоположников науки о дыхательной функции крови Джозеф Баркрофт называл гемоглобин самым удивительным в мире веществом, целенаправленное изучение которого продолжается уже более века.

Основная функция гемоглобина — транспортная, то есть доставка кислорода к тканям с дыхательной поверхности и удалению углекислого газа из тканей во внешнюю среду. Кроме того, гемоглобин играет важную роль в регуляции осмотического давления крови. Детальное изучение молекулярной структуры гемоглобина позволило понять механизм осуществления им жизненно важных функций, прежде всего механизм транспорта кислорода. Эта функция стала возможной благодаря уникальной способности гемоглобина обратимо связывать кислород. Вопросу связывания гемоглобина с кислородом посвящено огромное количество работ (Riggs, 1970; Иржак, 1975, Проссер, 1977; Лукьяненко и др., 1991; Potter et al., 1996).

Согласно современным представлениям молекула гемоглобина, обратимо связывая и отдавая кислород, меняет свою конформацию. Транспорт кислорода гемоглобином осуществляется в два этапа. Первый из них — образование оксигемоглобина. Второй, противоположно направленный этапдиссоциация оксигемоглобина или отдача кислорода дышащим тканям с образованием дезоксигемоглобина. Эффективность обоих тесно связанных между собой процессов определяется содержанием кислорода в окружающей среде (парциальное давление) и во внутренних тканях, а также сродством гемоглобина того или иного вида позвоночных животных к кислороду. Сродство гемоглобина к кислороду характерезуется величиной Р50, представляющей собой концентрацию кислорода, необходимую для полунасыщения гемоглобина при определенных температуре, рН и ионной силе. Ге-моглобины различных видов, а также разные молекулярные варианты гемоглобина одного вида при одних и тех же условиях существенно различаются по своему сродству к кислороду. Эти различия носят ярко выраженный адаптивный характер.

К настоящему времени накоплен значительный фактический материал по функциональным свойствам гемоглобинов у различных по высоте организации и экологии рыб. Однако, результаты выполненных работ в значительной мере противоречивы, и остро ощущается недостаток данных по гемоглобинам осетровых, одной из наиболее древних групп рыб (Миллер, 1969; Яковлев, 1977).

Актуальность проблемы. Осетровые рыбы (Аирешеиёае) — золотой фонд отечественной ихтиофауны, филогенетически древняя, но экологически весьма разнообразная группа рыб. Особое место в этом семействе по праву занимает наиболее многочисленный в видовом отношении род собственно осетров (Аарешег). Абсолютное большинство видов этого рода — анадромные мигранты, однако жизненный цикл некоторых полностью связан с пресной водой (стерлядь, сибирский и озерный осетры). Отдельные виды из этой группы (шип, русский осетр) способны длительное время задерживаться в пресной воде и даже формировать локальные стада и, наконец, осетровые являются одним из важнейших объектов отечественного рыбоводства в естественных водоемах, что дает возможность для их детального изучения.

Исследования функциональных свойств гемоглобинов у разных по экологии видов костистых рыб проводились для сравнения этих свойств с гемоглобинами осетровых рыб .

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы состояла в исследовании функциональных свойств гемоглобинов осетровых, их особенностей в сравнении с костистыми, а так же в изучении сезонной и межгодовой динамики функциональных свойств гемоглобинов осетровых рыб. При этом основное внимание было сосредоточено на:

1. Функциональных параметрах гемоглобинов осетровых и костистых рыб по кривым кислородного равновесия.

2. Сравнительной оценке сродства гемоглобина к кислороду по величине полунасыщения гемоглобина кислородом (Рбо).

3. Величине эффекта Бора гемоглобинов осетровых и костистых рыб.

4. Степени кооперативного взаимодействия субъединиц тетрамеров гемоглобина костистых и осетровых рыб в процессе окси-дезоксигенации.

5. Изменении функциональных параметров гемоглобина при изменении молярности и рН буферной системы.

6. Влиянии АТФ на сродство гемоглобина к кислороду и на функциональные характеристки гемоглобина.

7. Сезонной и межгодовой динамике аффинитета гемоглобина к кислороду у осетровых рыб.

Научная новизна и теоретическое значение. Сравнительное исследование функциональных свойств гемоглобина у различных как в видовом, так и в экологическом плане групп рыб проведено на осетровых — Acipenser guldenstadti (Brandt), Acipenser medirostris Ayres, Huso huso (L.), Acipenser stellatus (Pallas), Acipenser ruthenus L., Pseudoscaphirhynchus kaufinanni (Bogdanov) и костистых: Abramis brama (L.), Leuciscus idus (L.), Blicca bjoerkna (L.), Pelecus cultratus (L.), Carassius carassius (L.), Esox lucius L., Lota lota (L.), Silurus glanis L., Perca fluviatilis L.

Впервые:

— разработана методика по определению функциональных свойств гемоглобина, основанная на процессе окси-дезоксигенации пигмента.

— изучены функциональные свойства гемоглобинов 14 видов рыб, в том числе у 6 видов осетровых (русского и сахалинского осетров, белуги, севрюги, стерляди и большого амударьинского лопатоноса) и 9 видов костистых (окуня, карася, леща, густеры, язя, чехони, щуки, налима, сома).

— установлена сезонная и межгодовая динамика сродства гемоглобина к кислороду у осетровых рыб.

— проведено сравнение функциональных свойств гемоглобина русского осетра, белуги и севрюги в морской и речной периоды жизни.

— обнаружена внутрипопуляционная изменчивость по сродству гемоглобина к кислороду верхневолжской стерляди, отловленной в нижнем бьефе Горьковского гидроузла.

Практическое значение. Разработанная нами методика может быть использована для определения особенностей функциональных свойств гемоглобина, животных и человека.

Обнаруженная зависимость функциональных свойств гемоглобинов от экологических условий может служить физиологическим критерием негативного влияния изменений среды обитания на рыб.

Результаты выполненного исследования могут быть использованы при организации физиолого-биохимического мониторинга.

Полученные данные включены в курс экологической физиологии рыб Ярославского Государственного Университета.

Апробация. Материалы диссертации докладывались на VII всесоюзной конференции по экологической физиологии и биохимии рыб (1989), на 1 и 2 Всесоюзных симпозиумах по экологической биохимии рыб (1987, 1990) и на VIII Всесоюзной конференции по экологической физиологии и биохимии рыб (1992), отчетных сессиях лаборатории экологической биохимии водных животных ИБВВ РАН (1986;1996).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 141 страницах машинописного текста, из которых 30 страниц занимает иллюстративный материал (рисунки). Она состоит из введения, пяти глав, разбитых на разделы, заключения, выводов и списка литературы, состоящего из 119 публикаций, из них 59 иностранных.

ВЫВОДЫ:

1. Исследованы основные функциональные характеристики гемоглобина (кривая кислородного равновесия, величина полунасыщения гемоглобина кислородом Р50, величина эффекта Бора, константа Хилла) у разных по высоте организации (осетровые и костистые) и экологии (проходные и пресноводные, хищные и мирные) видов рыб.

2. Выявлены три уровня сродства гемоглобина к кислороду (Р50) у осетровых рыб (рН 6.6 и молярность 0.05 М): высокий (33.4 — 42.7 мм рт. ст) — верхневолжская стерлядь и большой амударьинский лопатонос, средний (50.9 — 51.7 мм рт.ст.) — нижневолжская стерлядь и севрюга, низкий (64.7 -60.9 мм рт. ст) — белуга и русский осетр.

3. Величина эффекта Бора гемоглобина русского осетра, белуги и севрюги находятся на уровне 0.43 — 0.51 при молярности 0.005М и падает до 0.19 — 0.22 с увеличением молярности до 0.05М, эффект Бора гемоглобина нижневолжской стерляди увеличивается с 0.44 (0.005М) до 0.65 (0.05М). Исключение составляет гемоглобин лопатоноса, эффект Бора которого практически не изменяется с изменением молярности, его максимальные величины находятся в пределах 0.39−0.42 .

4. Сродство гемоглобина к кислороду и эффект Бора у проходных осетровых рыб в морской период жизни выше, чем в речной.

5. Обнаружена сезонная динамика сродства гемоглобина к кислороду у проходных осетровых рыб: наиболее высокий уровень осенью, а низкийлетом.

6. Эффект Бора гемоглобинов белуги и осетра высокий осенью и низкий весной. Исключение составляет эффект Бора гемоглобина севрюги: высокий зимой и низкий летом.

7. Установлена внутрипопуляционная гетерогенность по уровню сродства гемоглобина к кислороду (Р50) верхневолжской стерляди.

8. Выявлены три уровня сродства гемоглобина к кислороду (Р50) у костистых рыб (рН 6.6 и молярность 0.005М) — высокий (5.0 мм рт. ст.) у сома, средний (21.9- 37.5 мм рт. ст.) у карася, язя, леща и низкий (60.0 -82.0 мм рт.ст.) у густеры, чехони, налима, щуки. Обращает на себя внимание пониженный уровень сродства гемоглобина к кислороду у хищных рыб (налим, щука) в сравнении с мирными (карась, лещ, язь).

9. Выявлены три уровня величины эффект Бора гемоглобинов костистых рыб: высокий (1.2−1.0) — карась, щука, налим, язьсредний (0.8) — густера, чехоньнизкий (0.5−0.3) — лещ, сом .

10. Величина эффекта Бора гемоглобинов проходных и пресноводных осетровых рыб значительно ниже, чем у костистых.

11. При изменении рН и молярности буферной системы форма кривых диссоциации оксигемоглобина осетровых рыб остается неизменной, кривые же диссоциации оксигемоглобина костистых рыб теряют свою Б-образность, что свидетельствует о более широкой норме реакции гемоглобинов осетровых рыб. Константа Хилла гемоглобина осетровых рыб ниже, чем костистых. Закисление среды приводит к менее выраженному нарастанию константы Хилла гемоглобинов осетровых рыб по сравнению с костистыми.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Как известно, кривые диссоциации оксигемоглобина, смещаясь под действием рН вправо, остаются инвариантными у многих животных и могут быть трансформированы друг в друга с помощью некоторого коэффициента. Так, по данным Рафтон (Кои^оп, 1964), кривая диссоциации НвА овцы при рН9.1 трансформируется умножением на коэффициент 4.44 в кривую, полученную при рН7.1. Инвариантность кривых диссоциации при разных рН означает, что константа равновесия реакции находится в простой зависимости от среды. Подобная картина наблюдается у гемоглобинов исследованных нами осетровых рыб. Смещаясь под воздействием закисления калий-фосфатной буферной системы с рН7.2до рНб. б, кривые диссоциации оксигемоглобина осетровых рыб остаются инвариантными. Однако, у некоторых рыб, гемоглобины которых обладают эффектом Рута, наблюдается совсем иная картина. Сродство гемоглобина к кислороду уменьшается под влиянием кислой среды с искажением формы кривых диссоциации оксигемоглобина. Такие кривые теряют Б-образность и располагаются полого под малым углом к оси рОг и, естественно, не могут быть трансформированы друг в друга, что может означать появление в белках сложных конформационных перестроек, меняющих характер связи молекулы со средой.

Аналогичная картина была получена нами при исследовании гемоглобинов некоторых костистых рыб. У костистых рыб очень резко выражены изменения процесса окси-дезоксигенации на увеличение молярности буферной системы, причем чаще всего нарушается процесс оксигенации гемоглобина. Например, у язя в калий-фосфатной буферной системе с молярностью 0.05М при закислении среды до рН 6.6 не удалось получить полного насыщения гемоглобина кислородом воздуха. При равновесном с воздухом парциальном напряжении кислорода в буфере, равном 160 мм рт.ст. гемоглобин язя насыщается кислородом в среднем на 73.7%, то есть более 25% гемоглобина теряет способность связывать кислород. Но и у оставшегося, функционально активного, гемоглобина резко снижается его сродство к кислороду, в следствии чего Р5о возросло более чем в 5 раз, и составило 99.6 мм рт.ст. Другая особенность поведения гемоглобинов костистых рыб наблюдается у карася, у которого закисление среды и повышение молярности буферной системы практически не вызывает нарушения процесса оксигенации. Небольшое защелачивание буферной системы до 7.2, лежащее в пределах физиологического колебания рН, приводит к нарушению процесса дезоксигенации гемоглобина, тем более выраженному, чем меньше молярность буферной системы, что можно объяснить резким увеличением сродства гемоглобина к кислороду в этих условиях. При молярности буферной системы 0.05М и рН 7.2 в среднем 6.4% гемоглобина теряют способность отдавать кислород, тогда как при уменьшении молярности в 10 раз, то есть до 0.005М, способность отдавать кислород теряет уже в среднем 17.3% гемоглобина карася.

Сравнительно высокое сродство гемоглобина к кислороду у карася можно объяснить экологическими особенностями условий обитания этого вида, не являющегося оксифильным, а способного адаптироваться к обитанию в среде с низким содержанием кислорода. А наличие адаптивных механизмов, делающих нечувствительным гемоглобин карася к снижению рН, дало возможность существовать в водоемах с низкой кислотностью. Более глубокие изменения процесса окси-дезоксигенации при изменении молярности и рН калий-фосфатной буферной системы наблюдаются у гемоглобина окуня (Рис. 7). Судя по полученным данным, динамический диапазон рН и молярности среды, в котором способен нормально функционировать гемоглобин окуня, чрезвычайно узкий. По крайней мере, используя стандартные в наших исследованиях как на осетровых, так и на костистых рыбах калий-фосфатные буферные системы, отличающиеся по рН и молярности, нам удалось зарегистрировать нарушения как процесса оксигенации, так и процесса дезоксигенации гемоглобина окуня. Гемоглобин окуня нормально функционирует либо в буферной системе с низкой молярностью 0.005М при рН 6.6, либо — с высокой молярностью, но при рН 7.2. Снижение же рН до 6.6 в буфере с высокой молярностью 0.05М, приводит к значительным нарушениям процесса дезоксигенации оксигемоглобина окуня. При этом способность присоединять кислород сохраняет лишь 31.5% гемоглобина. Тогда как защелачивание буферной системы с низкой молярностью, до 7.2 приводит к нарушению процесса дезоксигенации гемоглобина окуня. При этом способность отдавать кислород теряет в среднем 34.9% гемоглобина. По-видимому, такие особенности функционирования гемоглобина окуня в процессе окси-дезоксигенации связаны с экологическими особенностями данного вида.

Повышение содержания ионов водорода в среде сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина вправо, облегчая, таким образом, отдачу кислорода в тканях, при этом за счет уменьшения сродства гемоглобина к кислороду ткани получают дополнительное количество кислорода. Зависимость функции гемоглобина от рН среды, т. е. величина эффекта Бора, определяется рядом «внешних» и «внутренних» факторов. К первым относятся условия среды, влияющие на степень ионизации молекулы: рН, солевое окружение, температура, степень оксигенации гемоглобина, органические фосфаты и т. д. Тогда как внутренние факторы — это прежде всего особенности третичной и четвертичной структуры молекулы.

Киршбаум (1963) экспериментально показал, что эффект Бора максимально выражен при Р50. Выше 60% и ниже 40%-ного насыщения гемоглобина кислородом величина эффекта Бора уменьшается. Поэтому график зависимости эффекта от степени оксигенации гемоглобина имеет вид одновершинной кривой с максимумом в области 50% НЬСЬ. Таким образом, по мере насыщения гемоглобина кислородом чувствительность молекулы гемоглобина к изменению рН среды несколько возрастает, после чего она вновь уменьшается. Зависимость величины эффекта Бора от степени насыщения тетрамера гемоглобина кислородом означает, что выход протонов неодинаков, когда лигандом заняты 1,2 или все 4 гема в тетрамере и, видимо, детали процесса следует искать в изменениях конформации макромолекулы гемоглобина.

Графические зависимости величины эффекта Бора от степени оксигенации гемоглобина у исследованных нами видов рыб (рис. 15) свидетельствуют, что у всех видов осетровых рыб максимум одновершинной кривой располагается как правило не в области Р50, как показал Киршбаум (1963), а в диапазоне Рю-Рзо.

Солевое окружение действует на конформацию молекулы и тем самым на чувствительность к рН. Увеличение молярности буфера, как правило, уменьшает величину эффекта Бора. Действительно, нам удалось зафиксировать изменение эффекта Бора при увеличении ионной силы буферного раствора в 10 раз (рис. 15). У русского осетра, белуги и севрюги хорошо выражено уменьшение величины эффекта Бора, тогда как у амударьинского лопатоноса величина эффекта Бора практически не изменяется. Как известно, севрюга, белуга и русский осетр определенный период жизни проводят в море и только на нерест заходят в реки, лопатонос же обитает только в реке и не является проходной рыбой, и, по-видимому, в связи с этим эффект.

Бора у него более постоянен, чем у проходных рыб.

Поскольку настоящая работа проведена с использованием калий-фосфатного буфера, то необходимо подчеркнуть, что Е. Антонини и М. Брунори (Antonini, Brunori, 1971), а также A.M. Кяйвяряйнен, (1980) в специальных исследованиях показали, что неорганический фосфат-ион не изменяет величину эффекта Бора, которая сохраняется одинаковой в растворе NaCl и фосфатном буфере той же ионной силы. Преобладающая часть полученных к настоящему времени результатов относится к исследованию эффекта Бора гемоглобинов высших и низших млекопитающих. Нормальные гемоглобины этих групп характеризуются величиной эффекта Бора от 0.4 до 0.6, тогда как сродство гемоглобина к кислороду у этих животных различается в значительно большей степени. У амфибий и рыб встречается значительно большее разнообразие эффекта Бора. Такие величины эффекта Бора, как 0.8 или 1.2 не являются редкостью и означают необычайно резкое смещение кривых диссоциации оксигемоглобина вправо, возникающее при подкислении среды. Полагают, что у видов обитающих в стоячих водах, эффект Бора менее выражен, чем у видов, живущих в проточной воде (Проссер, Браун, 1967; Проссер, 1977). У некоторых рыб, например, у акул, встречается другая крайность — нулевой эффект Бора (Lenfant, Johansen 1966) — также отсутствует эффект Бора и у миксин. Видовые отличия между гемоглобинами по величине эффекта Бора позволяют судить об экологической специфике этого белка.

Сродство к кислороду одного из гемов зависит от состояния остальных гемов в тетрамере гемоглобина (связаны они с кислородом или нет). Этот эффект получил название кооперативного взаимодействия субъединиц или сайтов в тетрамере. молекулы гемоглобина. Благодаря кооперативному эффекту, кривая кислородного равновесия приобретает сигмовидную форму. В литературе существует мнение (Коржуев, 1964), что биологическое значение этого эффекта заключается не столько в повышении сродства гемоглобина к кислороду в процессе оксигенации, столько в снижении сродства в процессе дезоксигенации, что значительно увеличивает отдачу кислорода в тканях. Оба эти утверждения являются дискуссионными, и истина, скорее всего, лежит где-то посередине, так как для одних животных наиболее жизненно важным звеном является процесс оксигенации, для других же — процесс дезоксигенации гемоглобина в тканях.

Кооперативный эффект, числовым выражением которого является так называемая константа Хилла, характеризует форму кривой кислородного равновесия, но не ее положение относительно оси абсцисс. То есть сдвиг кривой влево или в право от исходного, величиной константы Хилла не фиксируется. Необходимо отметить, что константа Хилла отражает не особенности химического строения различных типов гемоглобинов, а преимущественно свойства их третичной и четвертичной структуры.

Так же как и эффект Бора, величина кооперативного взаимодействия субъединиц в тетрамере гемоглобина определяется рядом факторов — внешних и внутренних. К первым относятся: зависимость константы Хилла от рН, солевого окружения, температуры, концентрации гемоглобина, степени его оксигенации и т. д. К внутренним относится прежде всего структура макромолекулы.

Считается, что величина эффекта кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина мало зависит от рН и не зависит от температуры. Солевое окружение более эффективно изменяет кооперативное взаимодействие субъединиц. Однако, в адекватных условиях величина кооперативного взаимодействия, по-видимому, в значительной мере определяется видовыми особенностями структуры гемоглобина. Например, для гемоглобинов млекопитающих эта величина варьирует в пределах 2.4 ч- 2.9. По литературным данным большинство гемоглобинов рыб проявляют очень слабую кооперативность п=1:2 1951; Проссер, Браун, 1967).

Численное значение константы Хилла для ряда дискретных отношений %Ш02/%НЬН++ у исследованных видов рыб представлены в таблице 7. Общей закономерностью поведения субъединиц гемоглобинов всех исследованных видов рыб является увеличение их кооперативного взаимодействия при закислении среды до рН 6.6, особенно резко выраженное при высокой степени насыщения гемоглобина кислородом.

Как уже отмечалось выше, солевое окружение влияет на конформа-цию макромолекулы гемоглобина, в частности, при увеличении молярности буферной системы, как правило величина эффекта Бора уменьшается. Нами показано, что при увеличении ионной силы буферного раствора константа, характеризующая величину кооперативного взаимодействия субъединиц, во всех случаях возрастает. По данным Росси-Фанелли с соавторами (Кобзь РапеШ й а1., 1960), величина константы Хилла гемоглобина крови человека снижается после очистки его от солей. Увеличивая ионную силу фосфатного буфера от 0.25М до 0.25М авторы получили увеличение константы Хилла человека от 1 до 3 (и более) с появлением отрицательной кооперативное&tradeна определенном участке кривой. Солевое окружение влияет прежде всего на ионные связи между субъединицами. Очевидно, что собственная структура белка, изолированная от нормального солевого окружения, не в состоянии обеспечить кооперативное взаимодействие субъединиц.

В связи с этим представляет определенный интерес изучение кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобинов при повышении молярности среды. Данные по изменению величины кооперативного взаимодействия субъединиц гемоглобина осетровых рыб представлены на рисунке 13. Видно, что линейный характер зависимости величины кооперативного взаимодействия субъединиц от степени оксигенации гемоглобина существует только для ионной силы буфера 0.01М, тогда как увеличение молярности буферной системы вносит нелинейные искажения. Необходимо отметить, что для всех гемоглобинов осетровых рыб при изменении молярности буферной системы расхождение константы Хилла значительно только при насыщении гемоглобина выше 50%. При этом средние величины константы Хилла значимо различаются при Рт и Р50 для гемоглобинов севрюги и белугисеврюги и осетра, но не осетра и белуги. То есть при низком насыщении гемоглобина осетровых рыб кислородом, молярность буферной системы не влияет на величину кооперативного взаимодействия субъединиц, однако видовые отличия между гемоглобина-ми осетровых рыб при этом исчезают.

Необходимо отметить влияние сезонного фактора на сродство гемоглобина к кислороду. Как уже упоминалось ранее, наибольшее сродство гемоглобина к кислороду у всех исследованных осетровых рыб наблюдается в осенне-зимний период жизни. Это изменение сродства гемоглобина к кислороду хорошо согласуется с литературными данными отражающими изменения аффинитета гемоглобина к кислороду под воздействием температурного фактора (Grigg, 1967, 1969; Ко88ьР1апе1Н, Ап1ошт, 1960). Температурная зависимость оксигенации подчиняется принципу Ле Шателье. Снижение температуры в зимний период вызывает закономерный сдвиг кривых дезоксигенации оксигемоглобина влево от исходных, что в свою очередь свидетельствует об уменьшении величины Р50 или увеличении сродства гемоглобина к кислороду. С возрастанием температуры в летний период сродство гемоглобина к кислороду уменьшается. Л. И. Иржак (Иржак, 1975) утверждает, что изменение сродства и других функциональных свойств гемоглобина вызывает не приспособление организма к наилучшей отдаче или связыванию кислорода, а имеет простую термодинамическую основу и является результатом химической специфичности гемоглобина. Организм вынужден приспосабливаться к этим свойствам своего белка и включать происходящие изменения в свою «регуляторную память». Свойства гемоглобинов рыб заметно меняются с изменением температуры. Повышение температуры действует подобно С02- уменьшая сродство гемоглобина к кислороду. У трех видов форели с каждым градусом Р50 повышается примерно на 1 мм рт.ст. (Black, 1937) Кроме того, повышение температуры снижает концентрацию растворенного кислорода, и этот фактор заставляет рыбу искать более прохладные воды.

Влияние температуры на функцию гемоглобина, вероятно, представляет особенно острую проблему для тех водных организмов, которые сталкиваются с большими колебаниями температуры в течение периодов, измеряемых минутами или часами. Известно, что для таких подвижных лососевых рыб, как форели и тихоокеанские лососи, пониженное содержание кислорода при температурах выше примерно 18° С служит фактором, лимитирующим интенсивность обмена, связанного с активностью (Grigg, 1969). Необходимо отметить, что кислородная емкость крови может быть повышена путем увеличения числа циркулирующих эритроцитов при акклима-ции к теплу. Наряду с этим возможно также изменение регуляторной функции гемоглобина. Например, у сомика Ictalurus nebulosus при тепловой акклимации повышается сродство гемоглобина к кислороду (Powers, 1972).

Анализ имеющихся к настоящему времени данных по степени сродства гемоглобина к кислороду у разных по экологии групп рыб приводит к выводу, что гемоглобины хорошо приспособлены к работе в конкретной экологической обстановке, т. е. способны присоединять и отдавать кислород именно в тех условиях температуры и содержания кислорода в воде, которые обычны для экологической ниши данного вида. Действительно, рыбы, живущие в стоячей воде, как правило обладают большим сродством гемоглобина к кислороду и меньшим эффектом Бора в отличие от гемоглобинов более активных видов рыб, живущих в водоемах с нормальным кислородным режимом и обладающих гемоглобином с меньшим сродством к кислороду и более выраженным эффектом Бора. Иными словами, гемоглобин высокоподвижных видов рыб способен легче отдавать кислород тканям против крутого градиента О2. Это функциональное свойство гемоглобина имеет определенное адаптивное значение, поскольку в активнодышащих тканях рыб, как и у других позвоночных происходит интенсивное образование лак-тата, СО2 и некоторых других кислых продуктов, которые в конечном счете понижают рН крови и гемоглобин освобождает большую часть связанного им кислорода. Однако избыток ионов водорода, представляющих собой, по образному выражению П. Хочачка и Дж. Сомеро (1977), «отрицательный модулятор функции гемоглобина» (с.364), способствуя отдаче кислорода тканям, в то же время препятствует насыщению гемоглобина кислородом в жабрах.

В заключение следует отметить, во-первых, то, что рыбы, ведущие более активный образ жизни и менее устойчивые к гипоксии, как правило обладают более высоким эффектом Бора. Во-вторых, гемоглобины осетровых способны нормально функционировать при изменении молярности и рН буферной системы, что свидетельствует о более широкой норме реакции и, следовательно, приспособляемости к изменению условий существования. И, в-третьих, эффект Бора проходных осетровых рыб увеличивается с уменьшением молярности в отличие от пресноводных, что свидетельствует о наличии механизмов, способствующих снижению потребления рыбами кислорода в пресной воде.