1Beberapa Pengertian Metabolism Energi Pada Osmoregulasi Ikan, 2Metabolisme Perantara Arctic Char Salvelinus Alpinus Selama Ekspose Salinitas Jangka Pendek, 3Resmoltification Liar, anadromous Arctic char (Salvelinus alpinus): Sebuah Survey Osmoregulator, Metabolisme, dan Perubahan Endokrin Sebelum Migrasi Seawater Tahunan
1Yung-Che Tseng, Pung-Pung Hwang; 2S. Bystriansky, N. T. Frick dan J. S. Ballantyne; 3 Øyvind Aas-Hansen, Mathilakath M. Vijayan, Helge K. Johnsen, Colin Cameron, dan Even H. Jørgensen
1. PENDAHULUAN
Pasokan energi merupakan faktor pembatas untuk proses fisiologi. Proses ini merupakan masalah penting bagi penelitian fisiologis yang relevan. Teleosts, menghuni lingkungan dengan berbagai salinitas, yang rumit dan canggih. Osmoregulasi merupakan mekanisme untuk mempertahankan osmotik internal dan ion homeostasis, yang memungkinkan fungsi normal sel dan proses fisiologis dan hidup (Evans et al., 2005; Hwang dan Lee, 2007). Iono- dan proses osmoregulator dicapai oleh berbagai enzim dan pengangkut, dan sintesis dan operasi pengangkutan protein sangat memakan energi. Secara umum, energi tambahan diperlukan terutama dalam situasi lingkungan yang berfluktuasi di mana suatu organisme merespon dengan sintesis dan terkait mengaktifkan enzim, pengangkut, dan atau enzim.
Sebelum membahas sejarah kehidupan anadromous, juvenile ikan salmonid dapat menjalani serangkaian perubahan fisiologis, biokimia, dan perilaku sebagai adaptasi ikan di laut residensi, secara umum dikenal sebagai transformasi ikan salem muda-smolt, smoltification, atau smolting (lihat tinjauan oleh Hoar 1988; McCormick et al. 1998). Smoltification dirangsang oleh peningkatan panjangnya hari pada musim semi dan dirancang oleh hormon seperti kortisol, hormon pertumbuhan (GH), insulin seperti growth factor-I (IGF-I), dan hormon-hormon tiroid 3,5,3'-triiodothyronine (T3) dan tiroksin (T4). Selama proses perkembangan, yang tinggal di bawah teritorial ikan salem muda berubah menjadi bergerombol, efisien, dan mengembangkan kapasitas smolts keperakan hyposmoregulatory dan bermigrasi ke laut.
Arctic char Salvelinus alpinus merupakan spesies ikan anadromous yang didistribusikan paling utara. Di air tawar, char secara aktif mengambil ion dari lingkungan. Sebaliknya, dalam lingkungan laut, mereka secara aktif mengekskresikan kelebihan ion dan minum air laut untuk mengkompensasi kehilangan air. Aklimasi sukses Arctic char dari air tawar ke air laut tergantung pada susunan penting dari sekian banyak sistem fisiologis selama jangka waktu relatif singkat. Setelah terkena air laut, sel-sel klorida insang menjadi lebih besar, lebih banyak dan mereka basolateral dan luas permukaan membrane apikal sangat meningkat untuk mengakomodasi penempatan sejumlah besar ion baru yang disintesis transportasi protein (e.g. Na+, K+-ATPase) (Eddy, 1982). Usus diubah untuk meningkatkan pengambilan natrium dan klorida dari air laut yang tertelan untuk memfasilitasi penyerapan air, dan perubahan ginjal untuk menghasilkan urin yang lebih terkonsentrasi mengurangi air (Eddy, 1982).
2. BAHAN dan METODE
2. 1 Penentuan Aktivitas Enzim Maksimal
Aktivitas maksimal enzim ditentukan dengan menggunakan Hewlett Dioda array Packard HP8452 Spektrofotometer (Hewlett Packard, Mississauga, ON, Kanada), dilengkapi dengan sel thermostated changer dipertahankan pada 10°C ± 0.1°C dengan Haake D8 bak air bersirkulasi (Buchler Haake Instruments Inc, Saddlebrook, NJ, USA). Sampel jaringan dihomogen dalam volume 50mmol l-1 buffer (pH 7.4). Homogenisasi dilakukan dengan menggunakan es. Semua substrat hasil uji dipersiapkan segar sehari-hari dan kondisi untuk setiap assay yang dioptimalkan dengan mengenai konsentrasi substrat dan kofaktor untuk memberikan aktivitas enzim maksimal. Kondisi reaksi adalah sebagai berikut: 1) Enzim metabolisme oksidatif, 2) Enzim metabolisme asam amino, 3) Enzim metabolisme lipid, 4) Enzim metabolisme karbohidrat, 5) Enzim-enzim glukoneogenesis, dan 6) Lain 2. 2 Aktivitas Gill Na+, K+-ATPase
Filamen insang yang homogen dengan es dalam buffer SEI (150mmol l-1 sukrosa, 10mmol l-1 EDTA, 50mmol l-1 imidazole; pH 7.5) dengan tangan menggunakan gelas homogenizer. Homogenates itu disentrifugasi selama 30 s (4°C) pada 5.000g untuk menghapus filamen dan bahan tidak larut lainnya. Supernatan digunakan secara langsung dalam assay aktivitas enzim. Na+, K+- ATPase aktivitasnya ditentukan spectrophotometric menggunakan NADH-linked assay dimodifikasi dari metode Gibbs dan Somero (Gibbs dan Somero, 1990) dan McCormick (McCormick, 1993). Kondisi optimal assay maksimal memberikan aktivitas enzim ditentukan sebagai; 100mmol l-1 NaCl, 20mmol l-1 KCl, 5mmol l-1 MgCl2, 50mmol l-1, imidazole, 3mmol l-1 ATP, 2 mmol l-1 PEP, 0,2 mmol l-1, NADH, 4 i.u. LDH dan 5 i.u. PK, pH 7.5 Na+, K+-ATPase.
2. 3 Penentuan Kadar Asam Amino Bebas
Penentuan tingkat FAAs dalam plasma, sel darah merah, insang, putih merah otot, menggunakan HPLC (Hewlett-Packard, HP 1090 seri II/L cairan kromatograf) dilengkapi dengan UV-visible seri II dioda detektor array (DAD). Singkatnya, sampel beku jaringan (otot putih, merah otot, insang dan sel darah merah; 250mg) atau plasma (250µl) adalah homogen dan deproteinized secara bersamaan dalam 500 µl dari 0,5% trifluoroacetic acid (TFA) dalam metanol. Internal dan standar kalibrasi yang dibuat dari kristalin individu L-asam amino, untuk konsentrasi akhir dari 2mmol l-1. Asam amino larutan disiapkan dalam 0,1 mol HCl l-1, dengan pengecualian glutamin, asparagin, triptofan dan taurin, yang telah disiapkan 0,1 mol l-1 buffer natrium asetat (pH 7.2).
2. 4 Penentuan Plasma Non-Esterified Asam Lemak
Spesifik metilasi, untuk asam lemak metil ester, dan penentuan plasma NEFAs, menggunakan gas kromatograf (Hewlett-Packard, HP5890A) dilengkapi dengan ionisasi nyala detector (FID), penyuntik otomatis (Hewlett-Packard, 7673A) dan DB-225 megabore leburan silika kolom (Kromatografi Tarif Inc, Brockville, ON, Kanada), itu seperti telah dijelaskan sebelumnya oleh Singer et al. (Singer et al., 1990). Metil ester asam lemak dari sampel plasma diidentifikasi dengan membandingkan waktu retensi mereka kepada orang-orang yang diketahui standar dan jumlah absolut yang diukur dengan bantuan standar internal, heptadecanoic asam (17:0), ditambahkan ke sampel plasma sebelum metilasi. Osmolalitas plasma ditentukan dengan menggunakan tekanan uap osmometer (Model 5500, Wescor, Utah, USA). Tingkat klorida diukur menggunakan klorida Titrator (Model CMT10, Radiometer, Copenhagen, denmark). Kadar natrium diukur dengan menggunakan api Photometer (Model FLM2, Radiometer, Copenhagen). Glukosa plasma ditentukan menggunakan kit diagnostik Sigma (Sigma, St Louis, MO, USA). Kadar protein jaringan homogenates ditentukan menggunakan Bio-Rad protein standar assay (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA), standar dengan albumin serum sapi (BSA). Semua bahan kimia yang digunakan itu dibeli dari Sigma Chemical Co (Sigma-Aldrich Kanada Ltd, Oakville, ON, Kanada) dengan pengecualian dari BSA (dibeli dari BioShop, Burlington, ON, Kanada), HPLC grade metanol dan asetonitril (dibeli dari Fisher Scientific Ltd, Whitby, ON, Kanada), dan asam lemak standar (dibeli dari Nu Periksa Prep Inc, Elysian, MN, USA). 2. 5 Analisis Statistik
Semua data yang disajikan sebagai rata-rata ± s.e.m. Perbandingan aktivitas enzim maksimal antara kontrol dan air laut kelompok terbiasa yang dilakukan menggunakan two-tailed t-test (a = 0,05). Sebuah analisis satu arah varians (ANOVA) (α = 0,05) digunakan untuk menentukan perbedaan antara kontrol dan kelompok perlakuan dan individu untuk total plasma NEFAs, jaringan dan plasma FAAs dan osmolalitas plasma, natrium, klorida dan kadar glukosa. Sebuah Tukey HSD beberapa tes perbandingan digunakan untuk menentukan signifikansi. Asumsi normalitas, kemerdekaan, dan telah diverifikasi oleh homeoscedasticity menghasilkan residu yang sesuai plot. Transformasi data (log, akar kuadrat, dan akar kuadrat terbalik) yang digunakan saat sesuai untuk memenuhi asumsi-asumsi di atas. Untuk semua perbandingan P <0,05 dianggap signifikan.
3. PEMBAHASAN
Istilah "metabolisme", dalam arti luas, adalah jumlah total semua reaksi kimia yang terjadi dalam suatu organisme, dan mengukur oksigen dikonsumsi di seluruh organisme adalah metode yang umum digunakan untuk secara tidak langsung memantau tingkat metabolisme (Randall et al., 2002). Banyak penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa acclimating ke berbagai salinities menyebabkan perubahan dalam konsumsi oksigen, tetapi sulit untuk mendamaikan perbedaan dalam hasil yang diperoleh cenderung lebih disebabkan oleh perbedaan dalam spesies, durasi acclimation, desain eksperimen, dan rincian metodologi pengukuran (lihat Febry dan Lutz, 1987; Moser dan Hettler, 1989; Morgan dan lwama, 1991; Aristizábal-abud, 1992; Ron et al., 1995; Woo dan Kelly, 1995; Haney dan Nordlie, 1997; Morgan et al., 1997; Morgan dan lwama, 1998; Swanson, 1998; Plaut, 2000; Sardella et al., 2004; Gracia-Lopez et al., 2006; Wagner et al., 2006; Wood et al., 2007). Morgan dan lwama (1999) menyimpulkan bahwa kontribusi dari total-insang-arch konsumsi oksigen ke hewan utuh pengambilan oksigen tampaknya relatif kecil (b4%). Dari data McCormick et al. (1989), konsumsi oksigen dari insang merupakan B20% dari dari seluruh ikan salem Atlantik (S. salar).
Anadromous Arctic char (Salvelinus alpinus) bermigrasi ke air laut setiap musim panas untuk makan dan menghabiskan sisa tahun saat musim dingin di air tawar. Kami menyelidiki apakah migrasi tahunan didahului oleh perubahan dalam kapasitas hyposmoregulatory, perantara metabolisme, dan kadar plasma hormon diketahui memainkan salmonid peran dalam air laut preadaptation (smoltification). Liar, Arctic anadromous char itu sampel dalam musim dingin di danau pada bulan April dan Mei dan selama periode migrasi hilir pada bulan Juni. Hasil penelitian kami menunjukkan empat kali lipat peningkatan musiman insang Na+/K+ ATPase kegiatan, dengan tingkat maksimal dalam menurun migran yang juga ditampilkan kapasitas utama hyposmoregulatory. Hepatosomatic indeks dan aktivitas enzim hati juga meningkat selama musim semi, menunjukkan peningkatan umum kapasitas metabolik hati. Perubahan ini disertai dengan peningkatan plasma kortisol dan kadar tiroksin, penurunan kadar plasma hormon pertumbuhan, dan tidak berubah tingkat plasma insulinlike growth factor-I dan 3,5,3'-triiodothyronine. Hasil kami menunjukkan bahwa liar, Arctic anadromous char resmoltify setiap musim semi, dan ini melibatkan pergeseran dari konservasi energi musim panas suatu negara ke negara di mana mereka osmotically dan metabolik siap untuk makan di migrasi tahunan mereka ke air laut.
Kenaikan awal plasma natrium, klorida dan total osmolalitas aklimasi khas periode awal euryhaline ikan air laut (Gordon, 1959). Selama tahap aklimasi ikan air laut berjuang untuk osmoregulasi, sebelum jaringan osmoregulator diubah untuk efisien mengekskresikan kelebihan garam dari plasma. Ion dan osmolalitas plasma tampaknya tingkat dataran tinggi antara 48 dan 96 h menyarankan Arctic char adalah aklimasi untuk air laut dan kapasitas osmoregulatory mereka telah ditingkatkan. Aktif ekskresi plasma natrium dan klorida oleh insang diaktifkan oleh gradien ion dikelola oleh Na+, K+-ATPase (Eddy, 1982). Aktivitas Gill Na+, K+-ATPase tetap rendah untuk 48 h pertama pemberian air laut sebelum meningkatkan dua kali lipat yaitu 96 h. Banyak studi laporan perubahan serupa di Kutub Utara ion plasma char konten dan insang Na+, K+-ATPase salinitas aktivitas selama aklimasi (misalnya Arnesen et al., 1992; Nilssen et al., 1997). Peningkatan yang diamati dalam insang Na+, K+-ATPase kegiatan adalah ciri khas dari aklimasi euryhaline ikan air laut (McCormick, 1996).
Insang adalah jaringan yang sangat aerobik dan telah terbukti untuk konsumsi oksigen ikan total 7% (Mommsen, 1984). McCormick et al. (McCormick et al., 1989) menemukan tidak ada perubahan dalam insang CCO atau aktivitas CS Atlantik smolts salem air laut berikut transfer, namun tidak melaporkan penurunan aktivitas CS ketika non-smolts yang terkena air laut. Aktivitas suksinat dehydrogrenase (SDH), juga yang membatasi enzim dalam siklus Krebs, telah terbukti peningkatan eel insang (Sargent et al., 1975), dan meningkatkan (Langdon dan Thorpe, 1984) atau tetap tidak berubah (Conte, 1969) di insang ikan salem Atlantik terkena air laut, yang mungkin menunjukkan kebutuhan peningkatan produksi energi.
Metabolisme asam amino. Peningkatan aktivitas insang Asp-AT salinitas berikut mengisyaratkan insang char memiliki kemampuan yang disempurnakan untuk memanfaatkan aspartat. Transdeamination dari aspartat dan alanin dikenal untuk jalur penting untuk produksi energi dalam ikan (Walton dan Cowey, 1982). Oksidasi aspartat dan alanin oleh aminotransferase masing-masing dapat mengakibatkan akumulasi glutamat jika tidak deaminated oleh GDH (Mommsen, 1984). Tingkat GDH tidak meningkatkan insang char Arctic tetapi dilaporkan meningkat pada insang nila air laut (Kultz dan Jurss, 1993). Ini mungkin menjelaskan peningkatan kadar glutamat pada insang Arctic char secara signifikan ditemukan air laut menyesuaikan, dan mendukung peningkatan energi produksi aspartat dan mungkin dari asam amino lainnya melalui transdeamination. Oksidasi asam amino rantai cabang (BCAAs; leusin, isoleusin dan valin) oleh BCAA juga memproduksi glutamat transaminase. Dalam studi ini, hati Asp-GDH dan kegiatan AT char meningkat menyesuaikan air laut menunjukkan peningkatan katabolisme asam amino. Ini mungkin sangat penting karena beberapa asam amino lainnya termasuk glutamin, prolin, arginin, histidin dan asparagin, dapat funnelled secara tidak langsung melalui reaksi-reaksi konversi glutamat atau aspartat. Pengamatan peningkatan metabolisme asam amino berikut aklimasi air laut juga jelas dalam otot merah char sebagai Ala-AT meningkat setelah terkena air laut. Perbedaan utama dalam peran otot merah dan putih selama aklimasi salinitas, sebagai otot putih tampaknya bertindak sebagai pemasok utama asam amino untuk digunakan dalam jaringan lain. Taurin diduga efektor osmotik yang penting ditemukan dalam konsentrasi tinggi seperti dalam jaringan ikan.
Metabolisme lipid dan karbohidrat. Tingkat non-esterified fatty acid (NEFAs) dalam plasma tidak berubah selama aklimasi air laut juga tidak terjadi dari HOAD dalam salah satu dari jaringan yang menunjukkan bahwa metabolisme lipid diperiksa tidak berubah. Hal ini berbeda dengan temuan dari Aas-Hansen et al. (Aas-Hansen et al., 2005) yang melaporkan peningkatan kegiatan HOAD hati selama Arctic char migrasi dari hilir (sebelum pindah ke air laut), menunjukkan kapasitas yang disempurnakan untuk mengoksidasi lipid setidaknya di jaringan itu. Beberapa studi telah menyarankan CK memainkan peran penting dalam mengatur konsentrasi ATP selular melalui phosphocreatine rangkaian (Blum et al., 1991; Kultz dan Somero, 1995). Phosphocreatine rangkaian yang sangat penting dalam otot selama berenang di mana ATP harus diisi ulang dengan cepat, tetapi mungkin juga memainkan peran penting dalam jaringan lain dengan tuntutan energy tinggi. Kebutuhan tinggi ATP oleh insang Na+, K+-ATPase mungkin diberikan oleh CK melalui sirkuit phosphocreatine (Kultz dan Somero, 1995). Penelitian bahkan menunjukkan bahwa CK dilokalisasi di dekat hubungan struktural ke beberapa ATPase, termasuk Na+, K+-ATPase (Blum et al., 1991; Krause dan Jacobus, 1992; Korge et al., 1993). Meskipun tingkat CK tidak berubah selama aklimasi air laut, aktivitas CK tinggi di otot merah dan putih dan moderat dalam jaringan insang dan dapat cukup memadai untuk memasok ATP untuk memenuhi persyaratan selular. Pertimbangan penting lain yang harus dibahas adalah pengaruh makan pada aklimasi air laut. Dikenal Arktik char liar puasa yang berkepanjangan selama musim dingin bulan sebelum musim semi mereka migrasi menuju ke laut (Boivin dan Power, 1990). Oleh karena itu kami desain eksperimental di mana ikan yang digunakan diberi makan diet komersial sampai dengan 2 hari sebelum memulai percobaan tidak meniru kondisi alam. Penelitian lain menunjukkan bahwa memang statusnya gizi tidak mempengaruhi metabolisme perantara air laut selama aklimasi (Vijayan et al., 1996; Polakof et al., 2006). Bahkan, Vijayan et al. melaporkan bahwa kekurangan makanan nila memiliki kesulitan lebih pada plasma klorida untuk mengatur kadar air laut berikut eksposur, dan Polakof et al. (Polakof et al., 2006) menunjukkan bahwa peningkatan aktivitas insang Na+, K+-ATPase air laut berikut terbatas atau dihapuskan pada kekurangan makanan gilthead seabream. Oleh karena itu penting untuk mengambil dan memperhitungkan status gizi; sehingga temuan kami mungkin lebih berharga di bawah skenario akuakultur dimana makan dipertahankan, daripada diprediksi perubahan spesifik yang terjadi di alam liar di daerah Arctic char bermigrasi.
4. KESIMPULAN
Suatu persediaan energi yang tepat waktu dan cukup merupakan suatu prasyarat untuk operasi iono- dan mekanisme osmoregulator pada ikan. Pengukuran konsumsi oksigen pada ikan utuh atau isolasi insang (atau organ lainnya) sudah menunjukkan aturan menyangkut energi yang disediakan selama aklimatisasi pada lingkungan osmotic yang berbeda, dan aturan seperti itu bergantung pada jenis, situasi acclimation atau penyesuaian diri, dan kebiasaan hidup. Metabolisme karbohidrat tampaknya memainkan peran utama dalam penyediaan energi untuk iono-dan Osmoregulasi, dan hati adalah sumber utama karbohidrat metabolit untuk memasok ke organ osmoregulator. Dibandingkan dengan karbohidrat, peran lipid dan protein sebagian besar tetap tidak jelas.
Metabolit translokasi energi baru-baru ini ditemukan terjadi antara insang ikan glikogen ionocytes dan sekitarnya yang kaya (GR) sel-sel, fisiologis menunjukkan pentingnya pasokan energi lokal untuk mekanisme regulasi ion insang. Hubungan sementara dan ruang antara hati dan osmoregulatory lain dan non-organ dalam partisi osmoregulatory pasokan energi untuk mekanisme regulasi ion selama tantangan salinitas juga diusulkan. Suatu pengangkut glukosa ditemukan secara khusus dinyatakan dan fungsi dalam insang ionocytes, memberikan isyarat pertama untuk menyelidiki translokasi energi antara sel-sel insang. Mengutamakan pendekatan fisiologis molekuler dapat digunakan untuk memeriksa metabolisme energi aparticularcell relevan dengan jenis file (misalnya, insang ionocytes), dan fungsional genomika juga dapat menyediakan pendekatan lain yang sangat ampuh untuk menjelajahi jalur metabolik baru yang berkaitan dengan peraturan ion ikan.
Peningkatan yang signifikan dalam metabolisme asam amino, seperti ditunjukkan oleh jaringan dan tingkat FAA darah dan jaringan aktivitas enzim, menyarankan, bahwa mengikuti paparan air laut, ikan ini memiliki peningkatan kapasitas untuk produksi energi dari asam amino. Hal ini dapat meringankan biaya osmoregulasi selama aklimasi salinitas. Modifikasi awal ini untuk perantara metabolism yang mungkin penting dalam menentukan apakah char Arctic berhasil menyesuaikan diri dengan air laut.
No comments:
Post a Comment