Взаимодействие цепи окислительного фосфорилирования митохондрий с катионным производным азобензола, обладающим фотоконтролируемой структурой
Автор: Исмайлова Шейда Рауф Кызы, Мотовилов Константин Александрович, Ягужинский Лев Сергеевич, Агладзе Константин Игоревич
Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt
Рубрика: Бионанофизика
Статья в выпуске: 1 (17) т.5, 2013 года.
Бесплатный доступ
АзоТАБ представляет собой производное азобензола, содержащее катион тетраалкиламмония. Это соединение можно использовать в качестве агента для фотоконтроля возбудимости кардиомиоцитов. В связи с перспективностью использования веществ этого типа для широкого класса задач, связанных с возбудимыми клеточными культурами, требовалось исследовать, как АзоТАБ влияет на работу дыхательной цепи митохондрий, поскольку поддержание нормального гомеостаза активных возбудимых клеточных систем напрямую связано с состоянием их энергетики. В результате проведенной работы выяснилось, что транс-АзоТАБ является ингибитором дыхательной цепи митохондрий, подавляющим оба дегидрогеназных звена - комплексы I и II. Сродство транс-АзоТАБа к NADH-дегидрогеназе значительно превышает его же сродство к сукцинатдегидрогеназе, что согласуется с теоретическими предпосылками, сделанными на основании предыдущих исследований. Степень ингибирования дыхательной активности митохондрий под действием транс-АзоТАБа зависит от того, какая из дегидрогеназ является основным донором электронов в цепь окислительного фосфорилирования, а не от того, является дыхание разобщенным или фосфорилирующим. Это свидетельствует в пользу того, что транс-АзоТАБ в тех концентрациях, которые использовались в эксперименте (до 500 мкМ), не влияет на работу АТР-синтетазы. Цис-АзоТАБ не является ингибитором дыхательной цепи митохондрий. Он ускоряет фосфорилирующее (но не разобщенное) дыхание митохондрий на обоих субстратах. Интерпретировать последний факт можно двояко. Во-первых, возможно ускорение латерального переноса примембранных протонов, непосредственно участвующих в синтезе АТР пятым комплексом. Во-вторых, присутствие цис-АзоТАБа может ускорять процесс набухания митохондрий, что также ведет к ускорению дыхания в третьем состоянии.
Азотаб, дыхательная цепь митохондрий, надн- дегидрогеназа, сукцинат дегидрогеназа, митохондрии
Короткий адрес: https://sciup.org/142185884
IDR: 142185884
Interaction between mitochondrial oxidative phosphorylation chain and a cationic derivative of azobenzene with photocontrollable structure
AzoTAB is a derivative of azobenzene containing tetraalkylammoniumcation. This compound can be used as an agent for photocontrol of cardiac cells excitability. Since the use of the substance is very perspective for a wide class of applications related to excitable cell cultures, we are interested in the study of the action of AzoTAB on the respiration chain of mitochondria, because the maintenance of normal homeostasis of excitable cells systems is directly connected with their energy state. It is demonstrated that trans-AzoTAB is an inhibitor of the mitochondrial respiratory chain which blocks both dehydrogenases- complex I and complex II. The affinity of trans-AzoTAB to NADHdehydrogenase is greater than the affinity to succinatedehydrogenase. This result completely corresponds to the theoretical preliminary expectations made in previous studies. The degree of respiration inhibition by trans-AzoTAB depends on which of dehydrogenases is the main electron supplier of the chain. But there is no difference between uncoupled and phosphorylating respirations. This is the evidence that trans-AzoTAB under experimental conditions (concentration 50-500 mkM) does not affect ATP-synthase activity. Also, it is demonstrated that cis-AzoTAB does not inhibit the respiratory chain. It increases uncoupled respiration (not phosphorylating) for both of substrates. We may interpret this phenomenon in two ways. First, cis-AzoTAB may be able to increase the lateral transfer of membrane bound protons which directly take part in the ATP synthesis by complex V. Second, the presence of cis-AzoTAB may cause mitochondrial swelling, which also leads to an increase in respiration rate in the third state.
Список литературы Взаимодействие цепи окислительного фосфорилирования митохондрий с катионным производным азобензола, обладающим фотоконтролируемой структурой
- Magome N., Kanaporis G., Moisan N., Tanaka K., Agladze K. Photo-control of excitation waves in cardiomyocyte tissue culture//Tissue Eng. -Part A 17. -P. 2703-2711.
- Estevez-Torres A., Crozatier C., Diguet A., Hara T., Saito H., Yoshikawa K., Baigl D. Sequence-independent and reversible photocontrol of transcription/expression systems using a photosensitive nucleic acid binder//Proc. Natl. Acad. Sci. -2009. -V. 106. -P. 12219-12223.
- Rudiuk S., Saito H., Hara T., Inoue T., Yoshikawa K., Baigl D. Light-regulated mRNA condensation by a photosensitive surfactant works as a series photoswitch of translation activity in the presence of small RNAs//Biomacromolecules. -V. 12. -P. 3945-3951.
- Erofeev I. S., Magome N., Agladze K. I. Digital photocontrol of the network of live excitable cells//JETP Letters. -2011. -V. 94. -P. 513-516.
- Hansch C., Anderson S. M. The structure-activity relationship in barbiturates and its similarity to that in other narcotics//J. Med. Chem. -1967. -V. 10. -P. 745-753.
- Horgan D. J., Singer T. P., Casida J. E. Studies on the respiratory chain-linked reduced nicotinamide adenine dinucleotide dehydrogenase. Binding sites of rotenone, piericidin A, and amytal in the respiratory chain//J. Biol. Chem. -1968. -V. 243. -P. 834-843.
- Redfearn E. R., King T.E˙. Mitochondrial Nadh2 Dehydrogenase and Nadh2 Oxidase from Heart Muscle: Possible Existence of a Ferredoxin-Like Component in the Respiratory Chain//Nature. -1964. -V. 202. -P. 1313-1316.
- Stockdale M., Selwyn M. J. Influence of ring substituents on the action of phenols on some dehydrogenases, phospholinases and the soluble ATPase from mitochondria//Eur. J. Biochem. -1971. -V. 21. -P. 416-423.
- Stoppani A. O., De Brignone C. M., Brignone J. A. Structural requirements for the action of steroids as inhibitors of electron transfer//Arch. Biochem. Biophys. -1968. -V. 127. -P. 463-475.
- Wedding R. T., Hansch C., Fukuto T. R. Inhibition of malate dehydrogenase by phenols and the influence of ring substituents on their inhibitory effectiveness//Arch. Biochem. Biophys. -1967. -V. 121. -P. 9-21.
- Yaguzhinsky L. S., Smirnova E. G., Ratnikova L. A., Kolesova G. M., Krasinskaya I. P. Hydrophobic Sites of the Mitochondrial Electron Transfer System//J. Bioenergetics and Biomemebranes. -1973. -V. 5. -P. 163-174.
- Halestrap A. P. The regulation of the matrix volume of mammalian mitochondria in vivo and in vitro and its role in the control of mitochondrial metabolism//Biochim. Biophys. Acta. -1989. -V. 973. -P. 355-382.
- Yoshikawa S. [et. al.]. Proton pumping mechanism of bovine heart cytochrome c oxidase//Biochim. Biophys. Acta. -2006. -V. 1757. -P. 1110-1116.
- Мотовилов К. А., Юрков В. И., Волков Е. М., Ягужинский Л. С. Изучение свойств и поиск методов исследования неравновесных состояний ионов водорода на межфазных границах мембран митохондрий, возникающих в условиях работы протонных помп//Биологические мембраны. -2009. -Т. 26. -С. 408-418.
- Eroshenko L. V., Marakhovskaya A. S., Vangeli I. M., Semenyuk P. S., Orlov V. N., Yaguzhinsky L. S. Bronsted Acids on the Mitochondrial Membranes as a Substrate for ATP Synthas//Doklady Biochemistry and Biophysics. -2012. -V. 444. -P. 158-161.
