Динаміка утримання різноманітних груп ліпідів

За мобілізації енергетичних резервів ліпіди порожнинного жиру гідролізуються гормоночуттєвою триацилгліцеридліпазою. Вільні жирні кислоти, що утворилися, у комплексі із транспортними білками надходять до печінки, звідки після трансформації – у тканини-споживачі.

Вміст структурних ліпідів – фосфоліпідів і стеринів – у м'язах риб також змінюється в залежності від сезону, але амплітуда цих коливань значно менша, ніж у запасних ліпідів. Характер змін визначається, як і у випадку триацилгліцеринів, усім комплексом процесів, що формують річний цикл. Проте такі процеси як додаткове утворення мембран, викликане посиленням функціональної активності тканин, біосинтез статевих гормонів і кортикостероїдів перед нерестом і під час нього, модифікація мембран за температурних адаптацій і негативних впливах відкладають істотний відбиток на спрямованість та інтенсивність метаболізму структурних ліпідів у різних тканинах у кожний із періодів річного циклу.

Співвідношення між різноманітними класами ліпідів, що утримуються у м'язах, протягом року змінюється мало, тобто ліпіди із м'язів мобілізуються майже пропорційно їхньому складу у період нагулу, проте деякі відхилення можливі. Так, у самиць у ході репродуктивного циклу відзначено більш виражене, ніж у самців, зниження рівня триацилгліцеринів у м'язах і більш високе накопичення цих сполук у яєчниках. У самців аналогічні зміни спостерігаються для фракції вільного холестерину.

Особливістю динаміки холестерину і його ефірів є те, що в міру розвитку гонад підвищується рівень вільного холестерину у молоках. Так, у атлантичного оселедця їх рівень підвищується до 44 % від суми ліпідів. На інших видах показано, що мінімальна концентрація холестерину у печінці (де він утвориться de novo) збігається із періодом остаточного формування статевих продуктів.

Рівень холестерину у печінці у визначеній мірі залежить від інтенсивності харчування риб. Швидкість біосинтезу стеринів у печінці риб значно нижче, ніж у ссавців, і основна кількість надходить із їжею. Крім того, у ссавців до 80 % холестерину, синтезованого у печінці, витрачається на утворення жовчних кислот, потреба у яких змінюється по сезонах. Можливо, що аналогічна закономірність властива і рибам, У всякому разі, загальні принципи перетравлювання й усмоктування ліпідів риб і наземних хребетних подібні.

Фосфоліпіди, що накопичені в період нагулу, витрачаються на ріст гонад і у особливо критичних ситуаціях на енергетичні потреби. У гонадах у міру їхнього розвитку вміст фосфоліпідів зростає. Так, у гонадах плітки вміст фосфоліпідів збільшується із 13 % (від суми ліпідів) на II стадії зрілості до 60 % на IY стадії. із закінченням вітелогенезу кількість і склад фосфоліпідів змінюється незначно і не залежить від статі.

Практично не змінюється вміст фосфоліпідів у нервовій тканині дорослих риб, у той час як у мозку личинок відмічено значене збільшення частки фосфоліпідів у ході їхнього росту.

Вплив температури і різноманітних патогенних факторів на фосфоліпідний статус риб виражається частіше усього не стільки в зміні їхньої сумарної кількості, скільки в зміні складу і ступені ненасиченості.

Функціональні особливості ліпідів риб багато у чому визначаються їхнім жирнокислотним складом. Жирні кислоти у складі ліпідів діляться на три групи: насичені, моноєнові і полієнові. Насичені жирні кислоти сумарних ліпідів у сумі складають від 9 до 36 % усіх жирних кислот у риб у помірних водах, а у тропічних риб їх вміст навіть вище (до 45%). У прісноводних риб вміст ненасичених жирних кислот в основному вище, ніж у морських. Насичені жирні кислоти можуть легко синтезуватися у організмі із двовуглецевих залишків, а також адсорбуватися із їжі.

Моноєнові жирні кислоти в сумі складають від 15 до 50 % усіх кислот. Це суміш ізомерів, серед яких домінуючими є 16:1n7 (пальмітоолеїнова), 18:1n9 (олеїнова), 20:1n9 (ейкозаєнова) і 22:1n11 (докозаєнова). У рослиноїдних морських і прісноводних риб переважає олеїнова кислота (18:1) (від 5 до 30 % загальної кількості), трохи нижчий вміст 16:1 і 20:1 кислот. 14:1, 15:1,24:1 подані в малих кількостях (менше 2 %). У морських хижих риб у складі ліпідів у більшості випадків відзначено значний вміст 22:1n11 кислоти (часто вище, ніж олеїнової). Моноєнові жирні кислоти відносно стабільні до дії оксидантів, легко переварюються й адсорбуються в організмі. Вони можуть синтезуватися рибами.

Поліненасичені жирні кислоти надають ліпідам риб найбільш специфічні властивості. Прісноводні риби містять більше С – 18, але менше С - 20 і С - 22 кислот, морські навпаки. У морських риб домінуючими поліненасиченими жирними кислотами є ейкозопентаєнова кислота (20:5 n3) і докозагексаєнова кислота (22:6 n3) (у сумі ці дві кислоти можуть складати понад 60 % усіх поліненасичених кислот). При цьому у фітофагів переважає 20:5 n3, у хижаків –- 22:6 n3.

Поліненасичені жирні кислоти, що відносяться до сімейств n7 і n9, можуть синтезуватися в організмі морських і прісноводних риб із олеїнової кислоти. Поліненасичені жирні кислоти n3 і n6 сімейств синтезуються тільки рослинами, у тому числі фітопланктоном, із олеїнової кислоти у хлоропластах. Утворення подвійних зв'язків відбувається у аеробних умовах і каталізується специфічними оксигеназами. У ліпідах рослин в основному синтезується лінолева 18:2 n6 і ліноленова 18:3 n3, в одноклітинному фітопланктону крім того виявлені всі поліненасичені кислоти n3 і n6 сімейств, у тому числі в 5 і 6 подвійними зв'язками.

Лінолева (18:3n6) і ліноленова (18:3n3) кислоти не синтезуються тваринами, проте вони потребуються для їхнього нормального росту, розвитку, підтримки клітинних функцій, і повинні отримуватися із їжею. Швидкості перетворення С 18 до С20 і С22 багато в чому видоспецифичні і коливаються від дуже високих величин у форелі до вкрай низьких у морського окуня, палтуса й ін. У значній більшості випадків риби (особливо хижі) синтезують довголанцюгові поліненасичені жирні кислоти із дуже низькою швидкістю. Для них усі поліненасичені жирні кислоти 3 і 6 сімейств (18:2n6, 18:3n3, 20:4n6, 20:5n3, 22:6n3) є незамінними. Це варто враховувати при упорядкуванні комбікормів. У середньому вміст жирних кислот n3 і n6 повинен складати біля 1 % від маси споживаної їжі.

За хибі в надходженні цих кислот із їжею в вигляді компенсації синтезувалися триєнові кислоти n9 сімейства із олеїнової кислоти 18:1n9. Риби, які мають ці кислоти в ліпідах клітинних мембран, легко стресуються, погано переносили зниження температури й інші несприятливі впливи. Рівень аномальної полієнової кислоти 20:3n9 у тканинах знижується за введення в організм n6 і n3 жирних кислот.

Для риб, що живуть у природній обстановці, проблеми незамінних жирних кислот не існує. Поліненасичені жирні кислоти синтезуються фітопланктоном і передаються рибам харчовими ланцюгами.

Поліненасичені жирні кислоти порівняно мало використовуються на енергетичні цілі. Навіть за тривалого голодування у ліпідах риб у першу чергу відбувається зменшення вмісту моноєнових кислот, тоді як полієнові використовуються в значно меншій мірі і відносний вміст останніх за голодування збільшується. Те ж відбувається під час інтенсивній м'язовій роботі. Тривалість життя поліненасичених жирних кислот, обмірюване за швидкістю включення радіоактивної мітки, у риб було набагато довшим, ніж для інших жирних кислот, при цьому для 22:6 n3 більше, ніж для 20:5 n3. Незамінність поліненасичених жирних кислот визначається у першу чергу структурними особливостями цис-подвійних зв'язків у їхньому вуглеводному ланцюзі. Відомі принаймні 3 механізми, що визначають важливу роль цих речовин у організмі тварин.

Показана можливість перетворення поліненасичених жирних кислот у простаноїди, а також взаємна регуляція таких перетворень. Простаноїди – це клас речовин, що включає простагландини, тромбоксани, ейкозаноїди, простацикліни, лейкотриени. Всі ці речовини мають високу фізіологічну активність, відіграють важливу роль у регуляції репродуктивних процесів, модулюють зяброві функції (транспорт іонів), регулюють кров'яний тиск, забезпечують агрегацію тромбоцитів, хемотаксис лейкоцитів і т. ін. Інші механізми зв'язані із розподілом поліненасичених жирних кислот у ліпідних структурах, їхньою роллю у формуванні клітинних мембран, взаємодією із білками – ферментами.

Фосфоліпіди являються основними структурними компонентами клітинних мембран і відіграють важливу роль в адаптаціях тварин. Сучасні уявлення про структуру мембран (рідинно-мозаїчна модель) підтверджені численними фізико-хімічними дослідженнями. Відповідно до даної теорії мембрани складаються із білків та ліпідів приблизно в рівній пропорції. Фосфоліпіди в мембрані розташовані у вигляді біслою. Полярні групи утворюють поверхню біслою і знаходяться в контакті із водним оточенням. Жирнокислотні залишки фосфоліпідів утворюють серцевину, що має гідрофобні властивості. Фосфоліпідний біслой має високий електричний опір і відносно мало проникливий для полярних молекул. Глобулярні білки розташовані на поверхні біслою (мозаїчний розподіл), крім того існують білки, пов'язані із обома сторонами ліпідного біслоя і білкі, які пронизують його. Крім фосфоліпідів до складу ліпідів клітинних мембран входять гліколіпіди і холестерин. Гліколіпідів (цереброзидів, цереброзидсульфатів, гангліозидів) більше в зовнішніх плазматичних мембранах, особливо багата ними нервова тканина. Роль гліколіпідів пов'язана із функціями клітинного узнавання, імунними реакціями тощо. Холестерину також завжди більше в зовнішніх плазматичних мембранах. Він розташовується нерівномірно у визначених областях біслою і не тільки на поверхні, але може проникати в гідрофобну серцевину.

Мембрани універсальні за своїм якісним складом, але мають високу функціональну специфічність. Вона пояснюється в основному співвідношенням компонентів, що складають мембрану й у значній мірі жирнокислотним складом вхідних до неї ліпідів.

Розрізняють дві основні функції мембран – каталітичну і бар'єрну. Каталітична функція пов'язана безпосередньо із білками – ферментами, багато яких, наприклад, сукцинатдегідрогеназа або глюкозо-6-фосфотаза є протеоліпідами, інші Na⁺, K⁺-ATФ-аза, Mg⁺⁺-АТФ – аза, аденілатциклаза, родопсин потребують для утворення активних коформаційних структур ліпідного оточення.

У бар'єрну функцію мембрани входить обмеження клітин від навколишнього середовища або окремих органоїдів, пасивний і активний транспорт іонів і молекул через мембрану і таким чином бар'єрна функція пов'язана із проникністю. Проникність у свою чергу залежить від таких властивостей мембран, як рідинність, ступінь пухкості, щільності. Щільність визначає легкість дифузії речовин у мембрані до активних центрів ферментів і латеральну дифузію самих ферментів і, таким чином, теж має відношення до каталітичної функції.

Для здійснення мембранами їхніх біологічних функцій повинно зберігатися визначений стан ліпідної матриці, визначена ступінь її рідинности (рідко–кристалічний стан). При зміні параметрів середовища (температури або тиску) можуть відбуватися фазові переходи мембрани у твердокристалічний стан гелю або рідкий стан. І те й інше позбавляє мембрану можливості виконувати її функції. У відповідь на впливи середовища, компенсаторні зміни в мембрані повинні елімінувати критичні фазові переходи, що могли б порушити рідкокристалічну структуру мембран.

Рідинність мембрани залежить від співвідношення окремих фосфоліпідів, взаємодією останніх із білками, вмісту холестерину. Дія холестерину на рідинність не завжди однозначна, вона може бути неоднакова у різних ділянках однієї і тієї ж мембрани. У дослідах із модельними мембранами було показано, що холестерин має конденсуючий ефект на фосфогліцерини, в яких у положенні 1 гліцерола знаходяться насичені жирні кислоти, а в положенні 2 - ненасичені. Ефект, що конденсує, відсутній, коли обидві кислоти є ненасиченими. Холестерин, таким чином, виконує регулюючу функцію в мембрані. Його утримання стосовно фосфоліпідів у тканинах збільшується у випадку недостатності поліненасичених жирних кислот у їжі тварини. Рідинність також залежить від жирнокислотного складу ліпідних молекул, температури їхнього плавлення, конформаційних особливостей будови. Температура ж плавлення жирних кислот залежить від довжини вуглеводневих ланцюгів, ступеня їхньої розгалуженості, числа подвійних зв'язків.

Введення в молекули ліпідів ненасичених жирних кислот із 1, 2 і 3 подвійними зв'язками, завдяки їхньому скручуванню, робить ліпіди більш рідкими. У той же час введення жирних кислот із 4, 5 або 6 подвійними зв'язками не призводить до подальшого збільшення рідинності.

Отже, можливі механізми адаптації закладені вже в будові мембран, тобто мембрана припускає мінливість параметрів середовища і може адаптуватися до цих змін завдяки зміні ліпідного складу.

Так, було відзначено, що при холодових адаптаціях у ліпідному складі риб можливі такі зміни.

1. Кількість ліпідів у тілі збільшується (золота рибка, гупі). Збільшується печінка, але при цьому вміст ліпідів у ній не змінюється (райдужна форель).

2. Утримання ліпідів не змінюється, але при цьому змінюється їхній склад.

3. Вміст нейтральних ліпідів збільшується (печінка форелі), вміст холестерину знижується (печінка коропа) або не змінюється (печінка форелі).

4. Найбільш чіткі зміни відбуваються в жирнокислотному складі ліпідів. Вони характеризуються підвищеним відносним вмістом поліненасичених жирних кислот, особливо n3 ряду; зниженням вмісту насичених і незначних змінах моноєнових кислот. Ці зміни спостерігаються вже в перші часи після зниження температури.

Зимою у складі ліпідів риб у більшості випадків збільшується вміст поліненасичених жирних кислот (20:5 n3 і 22:6 n3) і моноєнових кислот із одночасним зменшенням насичених. Іноді така зміна стосується найбільшою мірою м'язів риб (бельдюга, кефаль, сардина, мойва), іноді тільки печінки (тріска). Зміни жирнокислотного складу, спрямовані на збільшення вмісту поліненасичених жирних кислот при низьких температурах і не залежать від типу харчування риб.

Риби, що живуть на значних глибинах у морях, океанах і глибоких озерах, зазнають впливу від високого тиску, що досягає багатьох сотень атмосфер (10 м – 1 атм.). Збільшення тиску діє на мембрани подібно низьким температурам, істотно підвищуючи температуру плавлення ліпідів. Так, стеаринова кислота при 1 атм. має температуру плавлення 69,6˚ С, а при 1000 атм. - 92˚ С. При підвищенні тиску порушуються гідрофобні зв'язки ліпідів із білками, зростає щільність ліпідних компонентів мембрани, сповільнюється дифузія. Зменшення швидкості переносу субстратів до ферментів веде до уповільнення швидкості ферментативних реакцій.

Одним із важливих механізмів, що дозволяють рибам і іншим пойкілотермним тваринам у значній мірі нівелювати негативний вплив високого гідростатичного тиску, є різке збільшення вмісту поліненасичених жирних кислот (особливо 22:6 n3) у фосфоліпідах.

Ще одним типом адаптацій у риб, що стосуються жирнокислотного складу ліпідів, є адаптації до життя у воді із різноманітним складом неорганічних іонів Дослідження таких адаптацій показало, що основна відмінність прісноводних риб від морських полягає у тому, що у останніх значно вище вміст поліненасичених жирних кислот n3 сімейства, ніж кислот n6. Прохідні риби за цим показником займають проміжне положення. Під час переходу прохідних риб із прісної води в солону і навпаки відбувається відповідна зміна жирнокислотного складу фосфоліпідів.

Вуглеводи

Основна функція вуглеводів у організмі риб – енергетична. Ця функція забезпечується в першу чергу за рахунок глюкози та запасного вуглеводу – глікогену. При їх згоранні в організмі виділяється 17,1 кДж*г^–1. Крім цього, вуглеводи виконують і структурну функцію. Вони є в складі нуклеїнових кислот (рибоза, дезоксирибоза), глюкопротеїдів тощо.

Вуглеводи не є незамінними живильними речовинами для риб. У більшості рослиноїдних риб у процесі еволюції розвилося фізіологічне співвідношення між довжиною кишечнику і тіла, що сприяє участі мікроорганізмів у перетравленні вуглеводів. Коли риба харчується глибоко у воді, вона споживає менше вуглеводів, тому що більше усього вуглеводів міститься у макрофітах (наприклад, у водяних рослинах і водоростях), а не у організмі водних тварин, тому вуглеводи є тільки в тих умовах, де можуть жити рослини, тобто на мілководді. Там у водних рослин під дією прямих сонячних променів протікає процес фотосинтезу.

Деякі рослиноїдні риби, а також всеїдні – сріблястий карась і короп, використовують мікрофлору заднього відділу кишечнику для перетравлення складних вуглеводів (наприклад, клітковини), тому що у кишечнику риб немає відповідних ферментів. Таким чином, механізм перетравлення вуглеводів може широко варіювати у залежності від виду риб і навіть у представників одного виду риб в залежності від умов навколишнього середовища.

Спроможність перетравлювати вуглеводи може змінюватися від 70 % у сріблястого карася (Carassius auratus) до низьких значень (50 %), характерних для форелі.

Запаси вуглеводів у організмі головним чином зосереджені у вигляді глікогену печінки і м'язів. У гепатопанкреасі хрящових риб кількість глікогену коливається від 0 до 0,21 %, а в м'язах від 0 до 0,018%. Костисті риби багатіші глікогеном у порівнянні із хрящовими. Вміст глікогену в печінці коливається від 0 до 6,5 %, а у м'язах від 0 до 0,29 %. Коливання вмісту глікогену пов'язані, як і із кількістю жирів, так із станом вгодованості риб.