Plasma Membrane Permeability of Carp (Cyprinus carpio, L., 1758) Spermatozoa for Water and Cryoprotectants Molecules at Different Stages of Cryopreservation

Авторы

  • Anton Yu. Puhovkin Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Evgeniy F. Kopeika Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

DOI:

https://doi.org/10.15407/cryo26.04.340

Ключевые слова:

сперматозоиды карпа, проницаемость мембраны, энергия активации, криоконсервирование, этилен-гликоль, глицерин, 1, 2-пропандиол, диметилсульфоксид

Аннотация

ПроницаемоÑÑ‚ÑŒ клеточных мембран Ð´Ð»Ñ Ð¼Ð¾Ð»ÐµÐºÑƒÐ» воды и криопротекторов ÑвлÑетÑÑ Ð²Ð°Ð¶Ð½Ñ‹Ð¼ параметром Ð´Ð»Ñ Ð¾Ð¿Ñ€ÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ð¸Ñ ÑкороÑтей Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¿Ñ€Ð¸ криоконÑервировании генетичеÑкого материала рыб. Ð’ работе иÑпользовали ÑпектрофотометричеÑкий метод Ð´Ð»Ñ Ð¸ÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ ÐºÐ¸Ð½ÐµÑ‚Ð¸ÐºÐ¸ клеточного объема, аппрокÑимировали ÑкÑпериментальные завиÑимоÑти отноÑительных объемов клеток от времени решением уравнений теоретичеÑкой модели и впервые определили коÑффициенты проницаемоÑти мембран Ñперматозоидов карпа Ð´Ð»Ñ Ð¼Ð¾Ð»ÐµÐºÑƒÐ» воды и определенных криопротекторов. УÑтановлено, что при температуре 20°С коÑффициент проницаемоÑти плазматичеÑких мембран Ñперматозоидов карпа Ð´Ð»Ñ Ð¼Ð¾Ð»ÐµÐºÑƒÐ» воды ÑоÑтавлÑет (3,05 ± 0,40) × 10–14 м3/Ð.Ñ, а при его уменьшении в диапазоне температур 35–15°С ÑÐ½ÐµÑ€Ð³Ð¸Ñ Ð°ÐºÑ‚Ð¸Ð²Ð°Ñ†Ð¸Ð¸ ÑоÑтавлÑет (53,9 ± 3,8) кДж/моль. Снижение проницаемоÑти мембран Ñперматозоидов карпа Ð´Ð»Ñ Ð¼Ð¾Ð»ÐµÐºÑƒÐ» криопротекторов диметилÑульфокÑида, ÑÑ‚Ð¸Ð»ÐµÐ½Ð³Ð»Ð¸ÐºÐ¾Ð»Ñ Ð¸ 1,2-пропандиола в указанном диапазоне характеризуетÑÑ Ñнергией активации 70–80 кДж/моль. Этот факт ÑвидетельÑтвует о том, что молекулы иÑÑледованных вещеÑтв в Ñперматозоид проникают путем паÑÑивной диффузии через липидный двойной Ñлой. Полученные данные могут быть иÑпользованы Ð´Ð»Ñ Ð¾Ð¿Ñ€ÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿Ñ‚Ð¸Ð¼Ð°Ð»ÑŒÐ½Ð¾Ð³Ð¾ режима криоконÑÐµÑ€Ð²Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñперматозоидов карпа.

Биографии авторов

Anton Yu. Puhovkin, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел криобиологии ÑиÑтемы репродукции

Evgeniy F. Kopeika, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел криобиологии ÑиÑтемы репродукции

Библиографические ссылки

Bobe J., Labbe C. Egg and sperm quality in fish. Gen Comp Endocrinol 2010; 165: 535–548. CrossRef PubMed

Boryshpolets S., Dzyuba B., Rodina M. et al. Freeze-thawing as the factor of spontaneous activation of spermatozoa motility in common carp (Cyprinus carpio L.). Cryobiology 2009; 59: 291–296. CrossRef PubMed

Cabrita E., Alvarez R., Anel E., Herraez M.P. The hypoosmotic swelling test performed with coulter counter: a method to assay functional integrity of sperm membrane in rainbow trout. Anim Reprod Sci 1999; 55: 279–287. CrossRef

Chernobay N.A., Kovalenko I.F., Koschiy S.V. et al. Temperature dependence of SPEV cell membranes permeability for molecules of cryoprotectants. Problems of Cryobiology 2011; 21(1): 46–51.

Fauvel C., Suquet M., Cosson J. Evaluation of fish sperm quality. Appl Ichthyol 2010; 26: 636–643. CrossRef

Gordiyenko O.I., Kovalenko S.Ye., Kovalenko I.F. Mechanisms of glycerol permeability through the membrane of human erythrocytes. Probl Cryobiol 2012; 22(4): 389–397.

Gordiyenko Ye.A., Pushkar N.S. Physics basis of low temperature preservation of cell suspensions. Kyiv: Naukova dumka; 1994.

Gordiyenko Ye.A., Tovstyak V.V. Physics of biomembranes. Kyiv: Naukova dumka; 2009.

Hagedorn M., Ricker J., McCarthy M. et al. Biophysics of zebrafish (Danio rerio) sperm. Cryobiology 2009; 58: 12–19. CrossRef PubMed

Kopeika E.F. Ecological niche as the factor determining cryoresistance in fish spermatozoa. Probl Cryobiol Cryomed 2014; 24(4): 302–311. CrossRef

Kopeika E.F. Manual on carp sperm low temperature preservation. Moscow: VNIIPRH; 1986.

Kopeika E.F., Kopeika J.E. Variability of sperm quality after cryopreservation in fish. In: Alavi S.H.M., Cosson J., Coward K., Rafiee G., editors. Fish spermatology. Oxford: Alpha Science International Ltd; 2007. p. 347–396.

Kopeika E., Kopeika J., Zhang T. Cryopreservation of fish sperm In: Day J.G. Stacey G.N., editors. Cryopreservation and freezedrying protocols. Totowa, New Jersey: Humana Press; 2007. p. 203–217.

Meryman H.T. Osmotic stress as a mechanism of freezing injury. Cryobiology 1971; 8(5): 489–500. CrossRef

Oldenhof H., Friedel K., Sieme H. et al. Membrane permeability parameters for freezing of stallion sperm as determined by Fourier transform infrared spectroscopy. Cryobiology 2010; 61: 115–122. CrossRef PubMed

Petrunkina A. M. Fundamental aspects of gamete cryobiology. J Reprod Med Endocrinol 2007; 4: 78–91.

Pinisetty D., Huang C., Dong Q. et al. Subzero water permeability parameters and optimal freezing rates for sperm cells of the southern platyfish, Xiphophorus maculates. Cryobiology 2005; 50: 250–263. CrossRef PubMed

Puhovkin A.Yu., Kononenko I.S., Cherepnin V.O. et al. Permeability of sterlet sperm membranes (Acipenser ruthenus L., 1758) for water molecules. Fisheries Science of Ukraine 2016; 35(1): 70–77.

Puhovkin A.Yu., Kopeika E.F., Gordiyenko E.A., Nardid O.A., inventors. The method for determining the permeability of membranes of common carp sperm to the water molecules. Patent of Ukraine â„– 104809 IPC G01N 33/48, G01N 15/00. 2014 March 11.

Puhovkin A.Yu., Kopeika E.F., Nardid O.A., Cherkashina Ya.O. Investigation of membrane permeability of carp spermatozoa for water molecules. Biophysics 2014; 59(3): 481–487.

Puhovkin A.Yu., Kopeika E.F. Study of water molecules transfer through pike (Esox lucius L) spermatozoa membranes. Probl Cryobiol Cryomed 2015; 25(2): 165. CrossRef

Rana K.J., Gilmour A. Cryopreservation of fish spermatozoa: effect of cooling methods on the reproducibility of cooling rates and viability. In: Refrigeration and Aquaculture Conference, Bordeaux, 20–22 March 1996.

Suquet M., Dreanno C., Fauvel C. et al. Cryopreservation for sperm in marine fish. In: Refrigeration and Aquaculture Conference, Bordeaux, 2000; 31: 231–243. CrossRef

Verma D.K., Routray P., Dash C. et al. Physical and biochemical characteristics of semen and ultrastructure of spermatozoa in six carp species. Turkish J Fish Aquat Sci 2009; 9: 67–76.

Zhang T.T. Cryopreservation of gametes and embryos of aquatic species. In: Fuller B.J., Lane N., Benson E.E., editors. Life in the Frozen State. Florida: CRC Press LLC; 2004. p. 415–436.

Загрузки

Опубликован

2016-12-23

Как цитировать

Puhovkin, A. Y., & Kopeika, E. F. (2016). Plasma Membrane Permeability of Carp (Cyprinus carpio, L., 1758) Spermatozoa for Water and Cryoprotectants Molecules at Different Stages of Cryopreservation. Проблемы криобиологии и криомедицины, 26(4), 340–348. https://doi.org/10.15407/cryo26.04.340

Выпуск

Том 26 № 4 (2016): Проблемы криобиологии и криомедицины

Раздел

Теоретическая и экспериментальная криобиология

Лицензия

Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:

  • Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.
  • Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  • Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).