Tag Archives: мітохондрії
Біоенергетичні функції мітохондрій печінки, ацинарних клітин підшлункової залози та сперматозоїдів щурів за короткотривалої дієти з високим вмістом жиру або з високим вмістом жиру і цукру
Б. В. Манько1*, Н. М. Козопас1,2, Г. М. Мазур1,
А. М. Войтик1, Б. О. Манько1, В. В. Манько1
1Львівський національний університет імені Івана Франка,
кафедра фізіології людини і тварин, Львів, Україна;
2Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького,
кафедра клінічної лабораторної діагностики, Львів, Україна;
*e-mail: bohdan.manko.ablb@lnu.edu.ua
Отримано: 26 вересня 2023; Виправлено: 23 жовтня 2023;
Затверджено: 27 жовтня 2023; Доступно онлайн: 06 листопада 2023
Нездорове харчування часто є причиною ожиріння, хронічного запалення та порушення обміну речовин у багатьох органах. Однак прямий вплив підвищеного споживання жирів або цукру на мітохондріальні функції печінки, підшлункової залози та сперми недостатньо досліджено. Метою цієї роботи було дослідити функціональну активність мітохондрій печінки, ацинарних клітин підшлункової залози та сперматозоїдів у щурів за короткотривалої (7 тижнів) дієти з високим вмістом жиру або жиру та цукру. Щури-самці лінії Вістар були на контрольній, високожировій або високожировій високоцукровій дієтах протягом 7 тижнів. По закінченню експерименту вимірювали масу вісцерального жиру, рівень глюкози та ліпідів у крові. Мітохондріальну функціональну активність визначали за вимірюванням швидкості поглинання кисню. У клітинах підшлункової залози за допомогою флуоресцентного мікроскопа також досліджували автофлуоресценцію NAD(P)H та мембранний потенціал мітохондрій. Наприкінці експерименту різниці у масі тіла між 3 групами не спостерігалося. Кількість вісцерального жиру була незначно, але статистично достовірно збільшена у щурів, які перебували на високожировій високовуглеводневій дієті. Жодна із дієт не впливала на рівень глюкози чи тригліцеридів у плазмі крові, але було зареєстровано (в обох дослідних групах) зростання рівня загального холестерину. Швидкість дихання та окисне фосфорилювання в ізольованих мітохондріях печінки не змінювались за жодної із дослідних дієт. У клітинах підшлункової залози за високожирової дієти спостерігалось збільшення швидкості базального дихання на ~15%, але такий ефект не був отриманий для максимальної швидкості роз’єднаного дихання, мембранного потенціалу мітохондрій чи автофлуоресценції NAD(P)H. У цих клітинах, кетонове тіло 3-гідроксибутират спричинило зростання неспряженого дихання та рівня NAD(P)H незалежно від дієт. Дієти не спричинювали будь-яких змін у концентрації клітин сперми, їх життєздатності або рухливості. Неочікувано, але у разі високожирової високовуглеводневої дієти спостерігали достовірне збільшення як базального, так і максимального дихання сперматозоїдів щурів. Загалом, отримані результати свідчать, що в разі підвищеного вмісту жирів і цукру в раціоні не спостерігали значного ожиріння та негативного впливу на мітохондрії клітин печінки, підшлункової залози та клітин сперми щурів.
Похідні холіну як природні ліганди мітохондріальних нікотинових ацетилхолінових рецепторів
О. Ю. Лихмус, М. Р. Ізмайлов, М. В. Скок*
Відділ молекулярної імунології, Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
*e-mail: skok@biochem.kiev.ua
Отримано: 16 березня 2022; Виправлено: 28 квітня 2023;
Затверджено: 05 червня 2023; Доступно онлайн: 20 червня 2023
Нікотинові ацетилхолінові рецептори (нАХР) регулюють мітохондрійний шлях апоптозу, однак їх внутрішньоклітинні ліганди невідомі. В цій статті ми показуємо, що холін та його похідні: фосфохолін (PC), L-α-гліцерофосфохолін (G-PC) і 1-пальмітоїл-sn-гліцеро-3-фосфохолін (P-GPC), – дозозалежно впливають на вивільнення цитохрому с із мітохондрій печінки миші. Холін пригнічував вивільнення цитохрому с стимульоване Ca2+, а PC – вивільнення цитохрому с стимульоване вортманіном. Малі дози G-PC і P-GPC (до 0,1 мкM) захищали як проти Ca2+, так і проти вортманіну, а більші дози (до 1 мкM) самі стимулювали вивільнення цитохрому с. Холін і PC запобігали взаємодії VDAC1, Bax і Bcl-2 з мітохондрійними α7 нАХР і сприяли їх взаємодії з α9 субодиницями нАХР. Зроблено висновок, що метаболіти холіну можуть регулювати апоптоз, впливаючи на мітохондрійні нАХР.
Біохімічні та молекулярно-фізіологічні аспекти дії оксиду азоту як регулятора функціонування матки
Г. В. Данилович, Ю. В. Данилович
Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: danylovych@biochem.kiev.ua
Отримано: 18 травня 2021; Затверджено: 12 листопада 2021
Проаналізовано джерела утворення оксиду азоту (NO) в матці та динаміка зміни його вмісту у різні періоди функціонування органу у жінок та тварин. Розглянуті біохімічні механізми дії оксиду азоту на скоротливу активність міометрія і значення NO в фізіологічних процесах перебігу вагітності і пологах. Акцентовано увагу на значенні мітохондрій як можливого джерела NO в гладенькому м’язі і описані його можливі шляхи впливу на транспорт Са2+ та біоенергетичні процеси у мітохондріях. Проаналізовано власні результати досліджень іонних і мембранних механізмів дії NO на Са2+-гомеостаз міоцитів матки. Подано і обговорено дані авторів щодо ідентифікації оксиду азоту в мітохондріях гладенького м’яза матки, біохімічних характеристик NO-синтазної реакції та можливої ролі NO у регуляції транспорту Са2+ в цих субклітинних структурах і функціонування електронно-транспортного ланцюга.
Оксидативний стрес у мітохондріях серця щурів за ротенонової моделі хвороби Паркінсона: корегувальна дія капікору
О. О. Гончар*, О. O. Клименко, Т. І. Древицька, Л. В. Братусь, І. М. Маньковська
Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ;
*e-mail: olga.gonchar@i.ua
Отримано: 22 березня 2021; Затверджнено: 22 вересня 2021
Вивчено біохімічні та генетичні механізми розвитку оксидативного стресу (ОС) в мітохондріях серця щурів за ротенонової моделі хвороби Паркінсона (ХП), а також вплив на ці механізми препарату капікор (комбінація мельдонію дигідрату та гамма-бутиробетаїн дигідрату). Досліди проводили на дорослих щурах-самцях Вістар, яких було поділено на відповідні групи: І – інтактні щури (контроль); ІІ – введення ротенону підшкірно (3 мг/кг маси тіла) 1 раз на день впродовж 2 тижнів; ІІІ – після інтоксикації ротеноном капікор вводили внутрішньоочеревинно (50 мг/кг маси тіла) 1 раз на день впродовж наступних 2 тижнів. У суспензії мітохондрій як біомаркерів оксидативного стресу, досліджували інтенсивність пероксидного окислення ліпідів (ПОЛ), вміст продуктів окисної модифікації протеїнів (ОМП), продукцію Н2О2, активність MnSOD та GPx, а також показники глутатіонового пулу. Визначали експресію генів – Parkin (PARK2), DJ-1 (PARK7), а також протеїнів MnSOD та DJ-1. Встановлено, що довготривале введення ротенону призводило до розвитку ОС: збільшувались інтенсивність ПОЛ, окисна модифікація протеїнів і продукція Н2О2, у той же час, зменшувались вміст GSH, відношення GSH/GSSG, активність GPx, а також гіперактивація MnSOD. Одночасно реєструвалося падіння рівня експресії гена та протеїну DJ-1. Застосування капікору призводило до послаблення процесів ПОЛ та ОМП, відновлення глутатіонового пулу, нормалізації про- та антиоксидантного балансу в мітохондріях серця щурів. Зростання експресії протеїнів MnSOD та DJ-1 може бути додатковим індикатором посилення антиоксидантного захисту клітин серця. Капікор промотує надекспресію генів DJ-1 і PARK 2 в серці, що може вказувати на зростання мітофагії і на зменшення окисних процесів.
Застосування методології мереж Петрі для оцінки біофізико-хімічних параметрів функціонування мітохондрій
Г. В. Данилович*, О. Ю. Чуніхін, Ю. В. Данилович, С. O. Kостерін
Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
*e-mail: danylovych@biochem.kiev.ua
Отримано: 01 листопада 2021; Затверджено: 17 травня 2021
Із використанням методології мереж Петрі розроблено математичну імітаційну модель, яка дозволяє прогнозувати одночасні зміни біофізико-хімічних параметрів функціонування мітохондрій. Модель взаємопов’язує зміни в часі гідродинамічного діаметра мітохондрій, функціонування електронного транспортного ланцюга, ендогенної флуоресценції нуклеотидів аденіну, сигналу флуоресценції DCF щодо продукування АФК та ефектів NaN3. Розраховані значення досліджуваних біофізико-хімічних параметрів відповідали експериментально одержаним даним. Модель дозволяє поєднати функціональні зміни мітохондрій та їх структурну репрезентацію, а також значно оптимізувати експериментальні умови.
Вплив похідних тіазолу на внутрішньоклітинну структуру та функції клітин мишачої лімфоми
В. П. Гренюх1, Н. С. Фінюк1,2, Я. Р. Шалай1, Б. O. Манько1,
Б. В. Манько1, Ю. В. Остап’юк1, О. Р. Кулачковський1,
M. Д. Обушак1, Р. С. Стойка1,2, A. M. Бабський1*
1Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна;
2Інститут біології клітини НАН України, Львів;
*e-mail: andriy.babsky@gmail.com
Отримано: 22 грудня 2019; Затверджено: 27 березня 2020
Новосинтезовані похідні є цитотоксичними щодо пухлинних клітин гліобластоми, меланоми, лейкемії та лімфоми. Однак внутрішньоклітинний механізм цієї дії ще нез’ясований. Метою даної роботи було дослідити дію N-(5-бензил-1,3-тіазол-2-іл)-3,5-диметил-1-бензофуран-2-карбоксаміду (БФ1) та 7-бензил- 8-метил-2-пропілпіразоло [4,3-е] тіазоло [3,2-а] піримідин-4 (2Н)-ону (ПП2) на клітинну структуру та біоенергетичні параметри мітохондрій у клітинах мишачої лімфоми NK/Ly. Структуру клітин NK/Ly досліджували за допомогою електронної мікроскопії. Швидкість поглинання кисню ізольованими мітохондріями реєстрували полярографічним методом, використовуючи електрод Кларка. Відносні значення потенціалу мітохондрій реєстрували за допомогою флуоресцентного барвника Родаміну 123. За інкубації (15 хв) БФ1 і ПП2 у концентраціях 10 і 50 мкМ спричиняли апоптичні та некротичні зміни у клітинах NK/Ly, зокрема фрагментацію та дезінтеграцію ядра, руйнування плазматичної мембрани, збільшення кількості лізосом і мітохондрій. За дії похідних тіазолу in vitro та ex vivo мітохондрії клітин лімфоми не зазнавали статистично значимих метаболічних змін під час використання полярографічного методу. Однак, метод флуоресцентної мікроскопії показав достовірне зниження потенціалу мітохондрій після 15 хвилин інкубації клітин із 50 мкМ ПП2. Таким чином, дані електронної та флуоресцентної мікроскопії дають змогу дійти висновку, що мітохондрії залучені до механізму цитотоксичної дії досліджуваних похідних тіазолу.
Екзогенний сірководень запобігає пошкодженню брижі, пов’язаного з фруктозо-індукованими порушеннями шляхом гальмування окисного стресу
О. Ревенко1*, Н. Заічко2, Дж. Л. Уоллес3, О. Заячківська1
1Кафедра нормальної фізіології, Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Україна;
2Кафедра біологічної та загальної хімії, Вінницький національний медичний університет ім. М. І. Пирогова, Вінниця, Україна;
3Кафедра фізіології та фармакології, Університет Калгарі, Канада;
*e-mail: wersus35@gmail.com
Отримано: 30 грудня 2019; Затверджено: 27 березня 2020
Патологічні зміни адипоцитів брижі (AM), спричинені дієтою з високим вмістом фруктози (HFD), є джерелом багатьох супутніх захворювань. Менше з тим, їх патогенез залишається мало дослідженим і не існує ефективних препаратів, які б запобігали ремоделюванню АМ. Нещодавні дослідження показали, що сірководень (H2S) має сильну цитопротекторну дію. Метою даного дослідження було вивчити чинники, що лежать в основі патологічних змін АМ щурів, які перебували на HFD та дослідити дію H2S у разі екзогенного застосування. Дорослих самців щурів розділили на групи, група на стандартній дієті (SD, контрольна група) та експериментальні групи, що перебували на HFD, та які піддавалися впливу гострого водно-імерсійної стресу (WIS). Вплив на АМ екзогенного гидросульфида натрію (NaHS, 5,6 мг/кг/день протягом 9 днів) та збагаченого Н2S гібридного аспірину (ASA) (H2S-ASA [ATB-340], 17,5 мг/кг/день) у даному досліджені порівнювали з дією звичайного аспірину ASA (10 мг/кг/день). Адаптивні зміни АМ оцінювали на субклітинному рівні за допомогою електронної мікроскопії. Концентрацію глюкози в сироватці, рівні реактивних субстанції тіобарбітурової кислоти (TBARS), та активність цістатіон-γ-ліази (CSE) і цістатіон-β-синтази (CBS) було досліджено біохімічними методами з використанням спектрофотометрії. У тварин із HFD застосування NaHS спричиняло захисний вплив на АМ, ендотеліальні та субендотеліальні структури мікросудин брижі порівняно до щурів, що отримували плацебо, і мали ознаки ендотеліальної та мітохондіальної дисфункції, пошкодження АМ. Використання H2S-ASA характеризувалось захисною дією на АМ у тварин із HFD та WIS, зниженням вмісту TBARS у крові та підвищенням активності CSE та CBS. Дія дієти з високим вмістом фруктози впродовж 4-х тижнів є достатньою причиною для виникнення окисного пошкодження АМ, появі мітохондріальної дисфункції та змін ендотелію. H2S відіграє важливу роль у виживанні адипоцитів брижі за умов окисного стресу, спричиненого HFD, за рахунок зменшення продукції TBARS та мітохондріальної дисфункції. Застосування H2S може сприяти появі нового підходу у лікуванні ожиріння.
Джерела і закономірності синтезу оксиду азоту в клітинах гладенького м’яза матки
Г. В. Данилович, Ю. В. Данилович, Т. В. Богач,
В. Т. Гурська, С. О. Костерін
Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: danylovych@biochem.kiev.ua
Отримано: 28 лютого 2019; Затверджено: 17 травня 2019
Доведено, що синтез NO в ізольованих мітохондріях гладенького м’яза матки щурів є залежним від надходження екзогенного Са2+ до мітохондрій (інгібується 1–10 мМ Mg2+ за відсутності АТР, 10 мкМ рутенієвим червоним), пригнічується антагоністами кальмодуліну (0,1–10 мкМ кальмідозоліумом та 1–100 мкМ трифлуоперазином). Він блокується відомим антагоністом конститутивних NO-синтаз NG-нітро-L-аргініном з ефектом полумаксимального інгібування близько 25 мкМ. Помірна дехолестеринізація плазматичної мембрани міоцитів за їх обробки 0,01%-им дигітоніном приводить до зростання синтезу NO клітинами, що свідчить на користь того, що плазмалема є можливим джерелом NO в міоцитах матки.
Ефекти калікс[4]аренхалконамідів на мітохондрії міометрія
С. Г. Шликов1, А. М. Кушнарьова-Вакал1, А. В. Силенко1, Л. Г. Бабіч1,
О. Ю. Чуніхін1, О. А. Єсипенко2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1
1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: sshlykov@biochem.kiev.ua;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ
Отримано: 19 листопада 2018; Затверджено: 14 березня 2019
Мітохондрії відіграють ключову роль у найважливіших функціях клітин. Каліксарени – це супрамолекулярні сполуки, які широко застосовуються в біоорганічній хімії та біохімії. Мета цієї роботи – дослідити ефекти калікс[4]аренів, які містять у своїй структурі дві (С-1012 і С-1021), три (С 1023 і С-1024) та чотири (С-1011) халконамідні групи, на поляризацію мембран мітохондрій міометрія, на рівень іонізованого Са в матриксі цих органел та на середній гідродинамічний діаметр мітохондрій. Встановлено, що інкубація пермеабілізованих клітин міометрія з калікс[4]аренами, що містять від двох до чотирьох халконамідних груп супроводжується збільшенням рівня поляризації мембран мітохондрій міометрія. Відомо, що акумуляція Са2+ в мітохондріях є потенціалзалежним процесом. Отже, подальші експерименти було спрямовано на дослідження впливу калікс[4]аренхалконамідів на концентрацію іонізованого Са в матриксі мітохондрій ([Ca2+]m). Усі досліджувані калікс[4]арени збільшували рівень іонізованого Са в матриксі як за відсутності, так і в присутності екзогенного Са2+. Маємо підкреслити, що значення [Ca2+]m (за відсутності екзогенного Са2+) були вище за умов інкубації мітохондрій у (Mg2+)-, ніж у (Mg2+,ATP)-вмісному середовищі. Також було встановлено, що інкубація ізольованих мітохондрій з досліджуваними калікс[4]аренами супроводжується зміною об’єму мітохондрій: середній гідродинамічний діаметр мітохондрій зменшується за інкубації в присутності С-1012, С-1021, C-1023 та збільшується у разі з С-1011. Зауважимо, зміна об’єму мітохондрій може суттєво позначитись на фізіології цих органел. Таким чином, ми показали, що короткотермінова інкубація (5 хв) мітохондрій у присутності калікс[4]аренів (10 мкМ), які в своїй структурі містять від двох до чотирьох халконамідних груп, збільшує рівень поляризації мембран мітохондрій, рівень іонізованого Са в матриксі та модулює об’єм мітохондрій.
Ключові слова: міометрій, мітохондрії, [Ca(2+)](m), Mg(2+), ATP, калікс[4]аренхалконаміди.
Адаптаційна відповідь ацинарних клітин підшлункової залози щурів на деполяризацію внутрішньої мембрани мітохондрій
Б. О. Манько, О. О. Білонога, В. В. Манько
Львівський національний університет імені Івана Франка, Україна;
e-mail: bohdan.manko@lnu.edu.ua
Отримано: 06 грудня 2018; Затверджено: 14 березня 2019
Залежність роз’єднаного дихання інтактних панкреатичних ацинусів від субстратів окислення та функціонального стану клітини не досліджено. У роботі реєстрували базальну швидкість та швидкість FCCP-стимульованого дихання ізольованих панкреатичних ацинусів за допомогою електрода Кларка і оцінювали мембранний потенціал мітохондрій за інтенсивністю флуоресценції родаміну 123. Відповідь ацинусів на внесення FCCP характеризували максимальною швидкістю роз’єднаного дихання, оптимальною концентрацією FCCP, прискоренням та сповільненням дихання. Максимальна швидкість роз’єднаного дихання істотно збільшилася за окислення глюкози + глутаміну (3,03 ± 0,54 в.о.), глюкози + глутаміну + пірувату (2,82 ± 0,51 в.о.), глюкоза + ізоцитрат (2,71 ± 0,33 в.о.), глюкози + малату (2,75 ± 0,38 в.о.), глюкози + монометилсукцинату (2,64 ± 0,42 в.о.) або глюкози + диметил-α-кетоглутарату (2,36 ± 0,33 в.о.) у порівнянні з максимальною швидкістю роз’єднаного дихання за окислення лише глюкози (1,73–2,02 в.о.) або за відсутності екзогенних субстратів окислення (1,76 ± 0,33 в.о.). Оптимальна концентрація FCCP виявилася найвищою (1,75 мкМ) за окислення суміші глюкози + глутаміну + пірувату та найнижчою (0,5 мкМ) – за окислення екзогенного глутамату або суміші глюкози з такими субстратами, як ізоцитрат, малат, сукцинат або α-кетоглутарат. Прискорення дихання після додавання FCCP було найвищим за окислення диметил-α-кетоглутарату. Після досягання піка швидкості дихання ацинарними клітинами підшлункової залози у багатьох експериментах спостерігалось часозалежне сповільнення швидкості дихання. Це сповільнення дихання збільшувалося за збільшення концентрації FCCP і залежало від субстрату окислення. Найістотнішим воно було за окислення малату та ізоцитрату. Піруват сам по собі чи його комбінація з глутаміном та глюкозою значно знижували деполяризацію внутрішньої мембрани мітохондрій, спричинену дією FCCP, а також підвищували коефіцієнт еластичності залежності дихання від зміни мембранного потенціалу. Отже, суміш пірувату, глутаміну та глюкози є оптимальною для підтримання адаптивної здатності мітохондрій панкреатичних ацинусів відповідати на деполяризацію їхньої внутрішньої мембрани.