Пользовательский поиск

Роль трансмембранного переноса восстановительных эквивалентов в регуляции энергетического обмена изолированных гепатоцитов

Являясь полноценной в метаболическом отношении клеткой, ге­патоциты сохраняют регуляторные механизмы для осуществления биосинтетических энергозависимых функций, которые требуют уча­стия ферментов и метаболитов, локализованных как в митохондри­ях, так и в цитозоле. Их внутриклеточная сегрегация, основанная на селективной проницаемости внутренней митохондриальной мембра­ны, обусловливает необходимость поддержания клеточного гомео­стаза через взаимодействие этих двух дискретных пулов и осущест­вление регуляции векториальных потоков метаболитов. Поэтому проблема оперативного контроля над окислительным фосфорилированием и энергосопряженным дыханием в клетке тесно связана не только с установлением механизмов, обеспечивающих компартментализацию как адениннуклеотидов, так и редокс-потенциала и интермедиатов основных метаболических процессов.

Продолжение ниже

Рак молочной железы - лечение

... Сахароснижающие препараты Термотерапия Лен Иммунотерапия Терапия дендритными клетками Стивумакс – лечение гормональнозависимых опухолей (III фаза ... ... симпозиуме «Рак молочной железы» в Сан-Антонио прозвучал доклад о метаболизме эстрогенов. Приблизительно у трети от 66 участниц исследования ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Практически все основные функции печени включают эти три типа отношений, которые находятся в тесном взаимодействии. Активация любой из специфических функций (в гепатоците это мо­жет быть гликолиз, глюконеогенез, синтез мочевины, синтез жирных кислот и пр.) обязательно подразумевает не только отток АТФ из митохондрий в цитозоль и приток в них АДФ, но и трансмембран­ный поток метаболитов (например, пирувата в случае гликолиза), а также сопутствующие изменения редокс-потенциала в обоих компартментах. Состояние адениловой системы может оказывать регулирующее влияние на направление метаболических процессов и, в свою очередь, зависит от них. Гепатоцит оказался идеальной мо­делью для изучения взаимодействия между этими процессами, про­исходящими в функционально дискретных компартментах.

Никотинамидадениннуклеотиды в гепатоцитах, как и в других клетках млекопитающих, компартментализованы. Хорошо извест­ные, установленные еще Кребсом различия в значениях отношения НАД+/НАДН в митохондриях и цитозоле печени получили полное подтверждение на гепатоцитарной модели. Величина отношения НАД+/НАДН в цитозоле гепатоци­тов в 20 раз больше, чем в митохондриях, а отношение НАДФ+/НАДФН — на порядок больше. В цитозоле гепатоцитов содержит­ся около 80% окисленно-восстановленных форм НАД и только 30% общего количества НАДФН. В митохондриях отношения обратные: в них преобладают НАД+ и НАДФН. Соотношение окисленно-востановленных форм зависит от метаболического состояния клетки и регулируется энергозависимой трансгидрогеназной реакцией. Так как окислительно-восстановительные превращения метаболитов составляют основу биосинтетических процессов, перенос восстановительных эквивалентов против концентрационного градиента НАДН/НАД через митохондриальную мембрану среди других процессов интермедиаторного обмена является проблемой исключительной важности. Его особенность заключается в том, что никотинамидадениннуклеотиды не имеют собственного переносчика. Потому прямой обмен между двумя пулами невозможен и он осуществляется главным образом с помощью различных механизмов челночного переноса восстановительных эквивалентов, основанных на трансмембранном обмене анионов.

Обмен восстановительными эквивалентами между цитозолем и митохондриями может идти в обоих направлениях, определяя пути их переноса между митохондриальным и цитозольным компартментами.

Экспорт НАДН из цитозоля в митохондрии в изолированных гепатоцитах, так же как и в перфузируемой печени, осуществляется помощью трех челночных механизмов — малат-аспартатного и алицерофосфатного шунтов, а также шунта длинноцепочечных жирных кислот, связанного с бета-окислением.

Образуемый в цитозоле гепатоцитов НАДН реоксидируется главным образом во внутренней мембране митохондрий с помощью малат-аспартатного шунта. В результате его активности происходит поступление малата в митохондрии, окисление цитозольного пула НАДН малатдегидрогеназой, трансаминирование внутримитохондриального оксалоацетата аспартатаминотрансферазой, сопровождаемое оттоком аспартата и альфа-кетоглутарата в цито­золь и антипортным поступлением глутамата в митохондрии. Трансаминирование аспартата и альфа-кетоглутарата в цитозоле с регенерацией глутамата и оксалоацетата завершают цикл. Возможности такого механизма обмена восстановительными эквивалентами в гепатоцитах показаны разными исследователями. Ранее считалось, что этот шунт легко обратим за счет того, что трансаминирование, дегидрогенизация и транспорт метаболитов симметричны в двух компартментах клетки. Но тогда трудно объяснить, почему отношение НАДН/НАД+ в митохондриях, водная фаза вторых составляет всего 10% от общего объема клетки, больше, чем в растворимой фазе цитозоля. Это противоречие стало понятным, когда было обнаружено, что аспартат активно транспортиру­ется из митохондрий в обмен на глутамат с сопут­ствующим переносом одного протона в митохондрии. Движущей силой этого обмена является трансмембранный электрический потен­циал, зависящий от функции дыхательной цепи. Это же явля­ется причиной того, что поступление аспартата из цитозоля в мито­хондрии протекает очень медленно, в связи с чем экспорт НАДН из митохондрий в цитозоль с помощью малат-аспартатного шунта практически невозможен.

Вторым существенным механизмом переноса восстановительных эквивалентов в гепатоцитах из цитозоля в митохондрии явля­ется альфа-глицерофосфатный шунт. Он не связан с транспортом анионов через плазматическую мембрану, так как роль субстрат-связывающего фактора в этом случае на внешней стороне внутренней мембраны митохондрий выполняет флавиновый фермент альфа-глицерофосфатдегидрогеназа. Его мощность в гепатоцитах со­ставляет примерно 1/3 от мощности малат-аспартатного шунта. Оба эти шунта могут использоваться в гепатоцитах одновре­менно. Их роль установлена также при инициации глюконеогенеза ксилитолом или сорбитолом в цикле мочевины и при окислении этанола. Во всех этих случаях осуществляется экспорт НАДН из цитозоля в митохондрии.

Импорт НАДН в цитозоль из митохондрий гепатоцитов происхо­дит только в случае глюконеогенеза из пирувата. Он реа­лизуется с помощью малат-пируватного шунта. Оксалоацетат — продукт карбоксилирования пирувата в митохондриях — при физиологических концентрациях транспортируется через мито­хондриальную мембрану с очень низкой скоростью. Поэтому его отток из митохондрий по кинетическим причинам не может конку­рировать со скоростью оттока малата в цитозоль, где из малата сно­ва происходит образование оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции, его последующая конверсия в фосфоенолпируват, а затем в пируват, поступление пирувата в митохондрии и карбоксилирование последнего с восстановлением до малата.

Одно из обязательных звеньев глюконеогенеза — НАД-зависимая реакция. Если предшественником глюконеогенеза является лак­тат, НАДН в гепатоцитах образуется путем прямой дисмутации лактата в глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции. Од­нако в присутствии экзогенного пирувата источником цитозольного АДН является транспорт восстановительных эквивалентов из ми­тохондрий. Малат-аспартатный шунт в таких условиях не может осуществить этот перенос из-за очень низкой скорости транспорта аспартата из цитозоля. Поэтому он реализуется в цикличе­ской энергозависимой регенерации пирувата фосфоенолпируваткарбоксилазой и пируваткиназой (на 1 моль образующегося внемитохондриального НАДН потребляется 1 моль АТФ). Если предшественниками глюконеогенеза являются аминокислоты, например аланин, восстановительные эквиваленты не генерируются в цитозоле в дегидрогеназных реакциях. Вместо этого в гепатоцитах осуществляется непрямая их генерация за счет конверсии аспартата в малат в реакции цикла мочевины.

Что касается НАДФН, то в настоящее время достоверно описана лишь одна возможность однонаправленного его экспорта из митохондрий в цитозоль в условиях активации НАДФН-зависимых реакций во внемитохондриальном компартменте при его дефиците в нем (истощение по гликогену, активация системы микросомального окисления). В этом случае используется цитрат-альфа-кетоглутаратный шунт.

Таким образом, регуляция редокс-состояний в двух компартментах осуществляется путем двустороннего обмена НАДФН преимущественно за счет работы челночных механизмов транспорта анионов. Подтверждением этому служат не только ингибиторный анализ и очевидная компартментализация метаболитов, участвующих в работе шунтов, но и высокая способность клетки к перераспределению концентрационных градиентов при изменении направления метаболических потоков.

Было установлено, что общее содержание метаболитов в изолированных гепатоцитах крыс сравнимо с их концентрацией в быстрозамороженной печени. Правда, имеются данные, свидетельствующие о потере некоторых интермедиатов малат-аспартатного шунта — малата, глутамата, аспартата — в процессе выделения гепатоцитов. Эти нарушения могут быть восстановлены добавлением определенных субстратов в среду инкубации.

В то же время очевидно, что содержание и соотношение различных внутриклеточных метаболитов — величина чрезвычайно лабильная, зависящая не только от условий инкубации гепатоцитов, но и от функционального состояния животных. Например, концентрационные градиенты митохондрии/цитозоль для цитрата, малата, оксалоацетата и ацетилКоА в среднем равны 8,8; 1; 0,5; 0,7 у сытых животных и 14,5; 4,2; 12,5 и 6,6 у голодных соответственно. Таким образом, наблюдается высокая динамичность распределения метаболитов в гепатоцитах, связанная с изменением основного обмена и отражающая изменение векториальных потоков. Сходные данные были получены на гепатоцитах и другими исследователями.

В настоящее время можно считать установленным, что в основе взаимодействия между процессами, происходящими в функционально дискретных компартментах, лежит транспорт метаболитов по трансмембранному потенциалу. Большинство субстратов главных метаболических процессов являются анионами, и их движение через внутреннюю митохондриальную мембрану медиируется специфическими антипортерами. Многие из этих реакций векториального обмена сами по себе не являются энергозависимыми (транспорт ди- и трикарбоновых кислот, фосфата, гидроксильного иона). Но тем не менее их перенос и концентрационное определение связаны с такими функциональными параметрами, генерация которых является энергозависимой.

В изолированных гепатоцитах, так же как и в клетках перфузируемой печени, на основании концентрационного распределения анионов показано наличие разности pH на внутренней митохонд­риальной мембране. Так как главная роль в обмене восстановительных эквивалентов в гепатоците принадле­жит малат-аспартатному шунту, который работает за счет электрогенного обмена малата и аспартата, различия в двух основных компартментах — цитозольном и митохондриальном, поддерживаются, видимо, мембранным потенциалом.

Концентрации некоторых метаболитов в митохондриальном и цитозольном компартментах голодных крыс при инкубации с указанными субстратами

Добавленные

субстраты

Ацетил КоА

Оксалоацетат

Малат

Цитрат

Мит

Цит

Мит

Цит

Мит

Цит

Мит

Цит

0,86

0,052

12,9

2,1

0,38

0,034

0,94

0,079

Лактат (10)

0,86

0,080

18,7

7,0

0,64

0,33

5,14

0,6.

Олеат (0,9)

2,74

10,0

1,5

0,33

0,026

0,86

Олеат+лактат

1,63

0,064

27,1

17,9

3,45

2,59

11,82

2,1.

Пируват (7)

1,63

0,13

16,5

2,1

0,58

0,28

4,71

0,5.

Аспартат (7)

0,94

0,063

27,1

7,1

0,40

0,043

Этанол (12)

1,88

0,078

9,3

1,5

0,34

0,043

0,94

0,03




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".