научная статья по теме РАЗОБЩЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ ЛАУРИЛСУЛЬФАТОМ МОЖЕТ БЫТЬ ОПОСРЕДОВАНО ОСВОБОЖДЕНИЕМ СВЯЗАННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ Химия

Текст научной статьи на тему «РАЗОБЩЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ ЛАУРИЛСУЛЬФАТОМ МОЖЕТ БЫТЬ ОПОСРЕДОВАНО ОСВОБОЖДЕНИЕМ СВЯЗАННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ»

УДК 577.121.1

РАЗОБЩЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ ЛАУРИЛСУЛЬФАТОМ МОЖЕТ БЫТЬ ОПОСРЕДОВАНО ОСВОБОЖДЕНИЕМ СВЯЗАННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ*

© 2006 г. Р.А. Симонян, А.В. Пустовидко, М.Ю. Высоких, В.П. Скулачев**

1 НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова Ленинские горы, 119992 Москва 2 Факультет биоинженерии и биоинформатики, МГУ им. М.В. Ломоносова, 119992 Москва; электронная почта: skulach@genebee.msu.su

Поступила в редакцию 13.10.2006

Был исследован механизм разобщающего действия лаурилсульфата (ЛС). Известный факт, что разобщение низкими концентрациями лаурилсульфата (сильная кислота) сходно с разобщением жирными кислотами (слабые кислоты), свидетельствует против циклической схемы разобщения жирными кислотами, когда протонированная жирная кислота действует как протонофор. Обнаружено, что митохондрии печени и сердечной мышцы крыс могут быть разобщены низкими (70 мкМ) концентрациями ЛС. Это разобщение полностью предотвращается карбоксиатрактилатом (КАтр) — ингибитором АТР/АБР антипортера. С другой стороны, двукратное повышение концентрации ЛС вызывает разобщение митохондрий, нечувствительное к КАтр. Добавление олеиновой кислоты резко уменьшает КАтр-чувствительность разобщения митохондрий низкими концентрациями ЛС. Наблюдаемый феномен можно объяснить тем, что ЛС в низких концентрациях вызывает выход из митохондриальных депо эндогенных жирных кислот, ответственных за разобщение. В то же время, высокие концентрации ЛС вызывают неспецифическое (КАтр-независимое) повреждение мембраны митохондрий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: разобщение, митохондрия, жирные кислоты, лаурил сульфат.

Предполагается, что механизм разобщения окислительного фосфорилирования митохондрий жирными кислотами опосредован циклическим перемещением жирных кислот в мембране [1—4]. Подобная схема предполагает, что анион жирной кислоты электрофоретически выбрасывается из матрикса митохондрии в межмембранное пространство, откуда он возвращается обратно в матрикс уже в протонированной форме. Последнее перемещение представляет собой простую диффузию свободной жирной кислоты через фосфолипидную мембрану, в то время как трансмембранное перемещение аниона жирной кислоты требует участия соответствующих белков. Предположительно эти белки

Принятые сокращения: AY — трансмембранная разность потенциалов; БСА — бычий сывороточный альбумин; КАтр — карбоксиатрактилозид; ЛС — лаурилсульфат; UCP — разобщающий белок.

* Первоначально английский вариант рукописи был опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow), Papers in Press, ВМ 06-257, 09.11.2006.

** Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.

являются представителями семейства анионных митохондриальных переносчиков, таких как разобщающий белок (UCP), ATP/ADP-антипор-тер, аспартат/глутаматный переносчик, дикар-боксилатный и фосфатный переносчики и др. (для обзора см. [1—5]).

В соответствии с вышеприведенной схемой, в группах Гарлида и Ежека было показано, что за электрофоретический перенос таких сильных кислот как алкилсульфоновые, ингибирующих индуцируемую жирными кислотами протонную проводимость, несет ответственность разобщающий белок UCP1 [5]. Однако нами было показано [6], что лаурилсульфат (ЛС) — сильная кислота — в низких концентрациях увеличивает протонную проводимость митохондриальных мембран печени крысы. В этот процесс вовлечен ATP/ADP-антипортер, о чем свидетельствует влияние на процесс КАтр. Воздействие кати-онного (цетилтриметиламмонийбромида) или нейтрального (Triton Х-100) детергентов не зависит от КАтр, в то время как действие такого, например, ионного детергента, как холат натрия, в присутствии КАтр полностью блокируется. В

1677

дальнейшем нами были получены данные о поразительном соответствии многих параметров разобщения, индуцированного такими прото-нофорами, как ЛС и лауриновая кислота [7].

Для действия ЛС и олеиновой кислоты характерно следущее:

добавленные вместе, КАтр и глутамат полностью ресопрягают разобщенные под действием олеата или лаурилсульфата митохондрии;

увеличение рН способствует ресопряжению под действием КАтр и препятствует ресопряжению, индуцированному глутаматом, при этом влияние совместного ресопрягающего действия КАтр и глутамата не зависит от рН;

добавление ионов тетрафенилфосфония уменьшает КАтр-опосредованное ресопряже-ние, но не влияет на действие глутамата;

ресопрягающее действие атрактилозида значительно слабее, чем КАтр;

добавление атрактилозида перед КАтр уменьшает скорость ресопряжения;

ADP в низких концентрациях обладает более низкой в сравнении с КАтр ресопрягающей активностью;

GDP не обладает способностью ADP к ре-сопряжению.

Вплоть до недавнего времени оставалось неясным, как такая сильная кислота как ЛС может быть протонирована при нейтральном значении рН и может таким образом, участвовать в циклическом перемещении через мембрану митохондрии. Данный факт был использован Риалом и соавт. [8] в качестве аргумента против вышеупомянутой схемы механизма разобщающего действия жирных кислот. Однако в 2006 г. Ежек и соавт. [5] на модельной системе смеси липо-сом и насыщенного жирными кислотами БСА показали, что добавление ундеканосульфонатов приводит к такому же закислению внутреннего пространства липосом, как и в отсутствие альбумина. С другой стороны, добавление ундекано-сульфонатов к липосомам, преинкубированным с БСА, не содержавшим жирных кислот, подобного эффекта не вызывало. Эти явления можно объяснить возможностью замещения жирных кислот, связанных с БСА, на молекулы ундека-носульфоната. При этом высвободившиеся жирные кислоты протонируются и по градиенту концентрации транслоцируются внутрь липо-сом. Внутри липосом жирные кислоты депрото-нируются и индуцируют таким образом закис-ление среды. Сходные процессы наблюдались для митохондрий бурого жира, инкубированных с БСА. В этом случае, ундеканосульфонаты индуцировали разобщение, опосредованное жирными кислотами, вытесненными из комплекса с БСА. Данная гипотеза была подкреплена наб-

людением, что в отношении ундеканосульфона-тов, а также лаурилсульфата БСА обладает существенно более высоким сродством, чем для жирных кислот [9—12].

Приняв во внимание приведенные выше факты, мы исследовали воздействие ЛС на митохондрии печени и сердца крысы. Полученные данные находятся в согласии со следующими предположениями: при низких концентрациях ЛС вытесняет жирные кислоты из комплекса с белками митохондрий; КАтр-чувствительное разобщение, инициированное добавлением к митохондриям ЛС, опосредовано действием освободившихся жирных кислот. Что же касается высоких концентраций ЛС индуцированное таким образом КАтр-нечувствительное разобщение связано с неспецифическим повреждением мембран митохондрий. Таким образом, действие ЛС в больших концентрациях аналогично действию других детергентов и поверхностно-активных веществ.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выделение митохондрий. Печень крысы весом 150—180 г, умерщвленной в соответствии с рекомендациями комитета по этике при МГУ им. М.В. Ломоносова, помещали в охлажденную до 0° среду выделения следующего состава: 10 мМ Мор8-КОН, рН 7,4, 250 мМ сахароза, 0,5 мМ EGTA, 0,1% БСА. Промытую ткань через 1 мин измельчали ножницами в стеклянном стаканчике на холоде на кусочки размером 2—3 мм, взвешивали и разрушали в течение 2 мин при 4° в гомогенизаторе Поттера (стекло—тефлон, зазор 200 мкм) в десятикратном объеме (объем/масса) среды выделения. Полученный гомогенат центрифугировали при 1000 g в течение 10 мин при 4° на центрифуге «Весктап», США, модель J2-21, ротор JA-20. Осадок отбрасывали и из суперна-танта при 9000 g (10 мин, 4°) осаждали митохондрии. Осадок ресуспендировали в 1 мл среды выделения, не содержавшей БСА. При выделении митохондрий сердца крысы промытую и измельченную на кусочки размером 4—5 мм ткань сердца пропускали через стальную давилку-пресс, охлажденную до 4°. Дальнейшее фраг-ментирование ткани проводили так же, как и для печени. Белок определяли биуретовым методом. Обычно, для митохондрий печени концентрация белка составляла около 100 мг/мл, для сердца — около 120 мг/мл.

Определение скорости дыхания и величины АА¥ для выделенного препарата мембран митохондрий. Мембранный потенциал определяли по распределению сафранина О [13]. Для этого на

РАЗОБЩЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ ЛАУРИЛСУЛЬФАТОМ

1679

двухлучевом спектрофотометре Aminco DW-2000 (США) в двухволновом режиме измеряли соотношение поглощения сафранина О при 555/523 нм в суспензии митохондрий. Концентрация белка составляла 0,3—0,5 мг/мл, сафранина О — 15 мкМ, объем пробы 1 мл, длина оптического пути щелевой полиакриловой кюветы 1 см. Все измерения проводили при 25° в среде выделения, не содержавшей БСА. Скорость дыхания полученных препаратов митохондрий определяли по изменению содержания кислорода в закрытой кварцевой ячейке при помощи полярографа «Oroboros» (Австрия), с платиновым электродом Кларка. Митохондрии во всех случаях энергизо-вали внесением сукцината до концентрации 5 мМ в присутствии 2 мкМ ротенона и 1 мкг/мл оли-гомицина. В отдельных случаях, в среду измерения вносили КАтр до 1 мкМ, 2 мМ глутамат, 2 мг/мл БСА, 2 мкМ 2,4-динитрофенол.

Реактивы. Mops, сахароза, лауриновая кислота, лаурилсульфоновая кислота, янтарная кислота, олигомицин, ротенон, карбоксиатрак-тилозид, EGTA, 2, 4-динитрофенол, бычий сывороточный альбумин (специально очищенный от жирных кислот), глутаминовая кислота, сафранин О были получены от фирмы «Sigma» (США); гидроксид натрия, пентагидрат сульфа-

та меди, карбонат натрия были получены от фирмы <^еапа1» (Венгрия).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Данные, представленные на рис. 1, иллюстрируют ресопрягающее действие КАтр в случае снижения величины для митохондрий печени (рис. 1 а, б) или сердца крысы (данные не представлены) при действии ЛС. В соответствии с нашими ранними наблюдениями [6, 7], КАтр полностью предотвращает разобщение, индуцируемое 70 мкМ ЛС. Однако увеличение концентрации ЛС вдвое позволяет преодолеть ингиби-рующее действие КАтр.

На рис. 2 представлены данные, иллюстрирующие действие трех различных веществ, обладающих ресопрягающим действием и обращающих ЛС-индуц

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком