Ukr.Biochem.J. 2013; Том 85, № 3, травень-червень, c. 38-51

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj85.03.038

Вплив активатора АТР-залежного K(+)-канала на функціoнальний стан і відкривання циклоспоринчутливої пори в мітохондріях печінки щурів

05.04.2016   Без категорії   No comments

О. В. Акопова, В. І. Носар, В. А. Бурий,
Л. І. Колчинська, І. М. Маньковська, В. Ф. Сагач

Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ;
e-mail: a-dubensky@mail.ru

Досліджено вплив активатора мітохондріального АТР-залежного K+-канала (K+АТР-канала), – діазоксиду – на споживання кисню, функціональний стан та відкривання циклоспоринчутливої пори в мітохондріях печінки щурів. Встановлено, що активація  K+АТР-канала призводить до підвищення стаціонарної швидкості дихання за окислення субстрату (V4S) та роз’єднання дихального ланцюга внаслідок прискорення K+-цикла мітохондрій, яке знижує дихальний контроль та швидкість дихання в стані 3 (V3) за одночасного підвищення її в стані 4 (V4ATP). Показано, що зниження V3 відбувається внаслідок інгібування системи окисного фосфорилювання, яке виявляється в сповільненні синтезу та гідролізі АТР, зниженні його виходу і вдаваному підвищенні показника Р/О внаслідок неповного перетворення ADP. Підвищення АТР-залежного входу K+ в умовах відкриття циклоспоринчутливої пори (mitochondrial permeability transition pore, MPTP) різко поглиблює роз’єднання внаслідок активації K+– и Са2+-циклів, які підтримуються одночасною роботою МРТР й Са2+-уніпортера, а також K+/Н+-обміну й K+-каналів, включаючи K+АТР-канал. При цьому активація K+АТР-канала призводить до часткового пригнічення МРТР, проте недостатнього для відновлення функціонального стану мітохондрій. Елімінація Са2+-циклу після відкриття МРТР повертає показники функціонального стану мітохондрій до контрольного рівня, що вказує на МРТР як механізм оборотної модуляції біоенергетичних ефектів, обумовлених активацією K+АТР-канала.

Ключові слова: , , , , ,

Посилання:

  1. Inoue I, Nagase H, Kishi K, Higuti T. ATP-sensitive K+ channel in the mitochondrial inner membrane. Nature. 1991 Jul 18;352(6332):244-7. PubMed,  CrossRef
  2. Mironova GD, Kachayeva YeV, Krylova IB, Rodionova ОМ, Balina MI, Yevdokimova NR, Sapronov NS. Mitochondrial ATP-dependent potassium channel. 2. The role of the channel in protection of the heart against ischemia. Vestn Ross Akad Med Nauk. 2007;(2):44-50. PubMed
  3. Facundo HT, de Paula JG, Kowaltowski AJ. Mitochondrial ATP-sensitive K+ channels prevent oxidative stress, permeability transition and cell death. J Bioenerg Biomembr. 2005 Apr;37(2):75-82. PubMed, CrossRef
  4. Oldenburg O, Cohen MV, Yellon DM, Downey JM. Mitochondrial K(ATP) channels: role in cardioprotection. Cardiovasc Res. 2002 Aug 15;55(3):429-37. PubMed, CrossRef
  5. O’Rourke B. Evidence for mitochondrial K+ channels and their role in cardioprotection. Circ Res. 2004 Mar 5;94(4):420-32. PubMed,  PubMedCentral, CrossRef
  6.  Bernardi P. Mitochondrial transport of cations: channels, exchangers, and permeability transition.  Physiol Rev. 1999 Oct;79(4):1127-55. PubMed
  7. Mitchell P. Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemi-osmotic type of mechanism. Nature. 1961 Jul 8(4784);191:144-8. PubMed,  CrossRef
  8.  Brookes PS, Yoon Y, Robotham JL, Anders MW, Sheu SS. Calcium, ATP, and ROS: a mitochondrial love-hate triangle. Am J Physiol Cell Physiol. 2004 Oct;287(4):C817-33. PubMed, CrossRef
  9. Beavis AD. Upper and lower limits of the charge translocation stoichiometry of mitochondrial electron transport. J Biol Chem. 1987 May 5;262(13):6165-73. PubMed
  10.  Beavis AD, Lehninger AL. The upper and lower limits of the mechanistic stoichiometry of mitochondrial oxidative phosphorylation. Stoichiometry of oxidative phosphorylation. Eur J Biochem. 1986 Jul 15;158(2):315-22.  PubMed, CrossRef
  11.   Skulachev VP. Transformation of energy in biological membranes. M.: Nauka, 1972. 203 p.
  12. Garlid KD, Paucek P. Mitochondrial potassium transport: the K(+) cycle. Biochim Biophys Acta. 2003 Sep 30;1606(1-3):23-41. PubMed,  CrossRef
  13. Miwa S, Brand MD. Mitochondrial matrix reactive oxygen species production is very sensitive to mild uncoupling. Biochem Soc Trans. 2003 Dec;31(Pt 6):1300-1. PubMed, CrossRef
  14. Stucki JW. Efficiency of oxidative phosphorylation and energy dissipation by H+ ion recycling in rat-liver mitochondrial metabolizing pyruvate. Eur J Biochem. 1976 Sep 15;68(2):551-62. PubMed,  CrossRef
  15. Liu SS. Cooperation of a “reactive oxygen cycle” with the Q cycle and the proton cycle in the respiratory chain–superoxide generating and cycling mechanisms in mitochondria. J Bioenerg Biomembr. 1999 Aug;31(4):367-76. PubMed
  16.  Skulachev VP. Mitochondrial physiology and pathology; concepts of programmed death of organelles, cells and organisms. Mol Aspects Med. 1999 Jun;20(3):139-84. PubMed, CrossRef
  17.  Kroemer G, Reed JC. Mitochondrial control of cell death.  Nat Med. 2000 May;6(5):513-9. PubMed, CrossRef
  18.  Holmuhamedov EL, Jovanović S, Dzeja PP, Jovanović A, Terzic A. Mitochondrial ATP-sensitive K+ channels modulate cardiac mitochondrial function. Am J Physiol. 1998 Nov;275(5 Pt 2):H1567-76. PubMed
  19.  Murata M, Akao M, O’Rourke B, Marbán E. Mitochondrial ATP-sensitive potassium channels attenuate matrix Ca(2+) overload during simulated ischemia and reperfusion: possible mechanism of cardioprotection. Circ Res. 2001 Nov 9;89(10):891-8. PubMed,  CrossRef
  20. Facundo HT, Fornazari M, Kowaltowski AJ. Tissue protection mediated by mitochondrial K+ channels. Biochim Biophys Acta. 2006 Feb;1762(2):202-12. PubMed,  CrossRef
  21. Costa AD, Garlid KD. Intramitochondrial signaling: interactions among mitoKATP, PKCepsilon, ROS, and MPT. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2008 Aug;295(2):H874-82. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22.  Korge P, Honda HM, Weiss JN. Protection of cardiac mitochondria by diazoxide and protein kinase C: implications for ischemic preconditioning. Proc Natl Acad Sci USA. 2002 Mar 5;99(5):3312-7.  PubMed,  PubMedCentral,  CrossRef
  23. Costa AD, Quinlan CL, Andrukhiv A, West IC, Jabůrek M, Garlid KD. The direct physiological effects of mitoK(ATP) opening on heart mitochondria.  Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006 Jan;290(1):H406-15. PubMed, CrossRef
  24.  Akopova OV, Nosar VI, Bouryi VA, Mankovskaya IN, Sagach VF. Influence of ATP-dependent K+-channel opener on K+-cycle and oxygen consumption in rat liver mitochondria. Biochemistry (Mosc). 2010 Sep;75(9):1139-47. PubMed,  CrossRef
  25.  Akopova OV. The influence of ATP-dependent K+-channel diazoxide opener on the opening of mitochondrial permeability transition pore in rat liver mitochondria.  Ukr Biokim Zhurn. 2011 May-Jun;83(3):37-47. PubMed
  26. Cancherini DV, Trabuco LG, Rebouças NA, Kowaltowski AJ. ATP-sensitive K+ channels in renal mitochondria.  Am J Physiol Renal Physiol. 2003 Dec;285(6):F1291-6.
    PubMed,  CrossRef
  27.  Cockrell RS. Ruthenium red-insensitive Ca2+ uptake and release by mitochondria. Arch Biochem Biophys. 1985 Nov 15;243(1):70-9. PubMed
  28. Garlid KD, Paucek P, Yarov-Yarovoy V, Sun X, Schindler PA. The mitochondrial KATP channel as a receptor for potassium channel openers. J Biol Chem. 1996 Apr 12;271(15):8796-9. PubMed, CrossRef
  29. The membranes: ion channels.  Coll. art. Ed. Yu. A. Chizmadzhev. M.:Mir, 1981. 320 p.
  30. Mitchell P, Moyle J. Proton translocation coupled to ATP hydrolysis in rat liver mitochondria. Eur J Biochem. 1968 May;4(4):530-9. PubMed,  CrossRef
  31.  Hinkle PC, Yu ML. The phosphorus/oxygen ratio of mitochondrial oxidative phosphorylation. J Biol Chem. 1979 Apr 10;254(7):2450-5. PubMed
  32. Comelli M, Metelli G, Mavelli I. Downmodulation of mitochondrial F0F1 ATP synthase by diazoxide in cardiac myoblasts: a dual effect of the drug. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007 Feb;292(2):H820-9. PubMed,  CrossRef
  33. Kowaltowski AJ, Seetharaman S, Paucek P, Garlid KD. Bioenergetic consequences of opening the ATP-sensitive K(+) channel of heart mitochondria. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2001 Feb;280(2):H649-57. PubMed
  34.  Rottenberg H, Koeppe RE. Mechanism of uncoupling of oxidative phosphorylation by gramicidin. Biochemistry. 1989 May 16;28(10):4355-60. PubMed,  CrossRef
  35. Solodovnikova IM, Iurkov VI, Ton’shin AA, Yaguzhinsky LS. Local coupling of respiration processes and phosphorylation in rat liver mitochondria. Biofizika. 2004 Jan-Feb;49(1):47-56. Russian. PubMed
  36. Krasinskaya IP, Korshunov SS, Kachanov OYu, Yaguzhinsky LS. The immobilized matrix buffer controls the rate of mitochondrial respiration in state 3P according to chance. Biochemistry (Mosc). 1997 Apr;62(4):364-70. PubMed
  37. Akopova OV. The role of mitochondrial permeability transition pore in transmembrane Ca2+-exchange in mitochondria. Ukr Biokhim Zhurn. 2008 May-Jun;80(3):40-7. Ukrainian. PubMed
  38. Nogueira V, Devin A, Walter L, Rigoulet M, Leverve X, Fontaine E. Effects of decreasing mitochondrial volume on the regulation of the permeability transition pore. J Bioenerg Biomembr. 2005 Feb;37(1):25-33. PubMed,  CrossRef
  39. Halestrap AP, Kerr PM, Javadov S, Woodfield KY. Elucidating the molecular mechanism of the permeability transition pore and its role in reperfusion injury of the heart. Biochim Biophys Acta. 1998 Aug 10;1366(1-2):79-94. PubMed,  CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.