Властивості і функціональна роль систем Na+-залежного і Na+-незалежного виходу Са2+ з мітохондрій печінки і міокарда

Електроне-гативність атома металу

lg K1 (Ме+-ЕDТА)

Na+/Са2+- обмінник

0,85

р = 0,91

-0,80

р = 0,88

-0,85

р = 0,91

-0,92

р = 0,95

-0,84

р = 0,90

Са2+/Н+- обмінник

0,51

р = 0,65

-0,45

р = 0,61

-0,70

р = 0,81

-0,57

р = 0,72

-0,61

р = 0,75

Примітка: тут і далі р - вірогідність коефіцієнта кореляції.

Таблиця 2. Залежність ефективності інгібування Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки (І₅₀, мкмоль/л) катіонами двовалентних металів від їхніх фізико - хімічних параметрів.

Встановлено також позитивний кореляційний зв'язок ефективності інгібування (I₅₀) Ca²⁺/H⁺- і Na⁺/Ca²⁺- обмінників мітохондрій катіонами одно- і двовалентних металів з ентальпією їхньої гідратації та негативний кореляційний зв'язок ефективності цього інгібування з величинами кристалографічного радіуса іонів цих металів (див. табл. 1, 2).

Ці результати вказують на те, що процес транслокації іонів Са²⁺ мітохондріальними обмінниками та інгібування їх катіонами металів супроводжуються процесами дегідратації - гідратації іонів цих металів. Дегідратація іонів одно- і двовалентних металів супроводжує також транслокацію цих іонів Na⁺/Ca²⁺-обмінником плазматичної мембрани секреторних клітин хірономуса (Федірко Н. В., 1999) та шлункових залоз (Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., 2001, 2001). Це свідчить про подібність фізико-хімічних механізмів транслокації іонів іонними обмінниками плазматичної мембрани і мембрани мітохондрій клітин.

Отже, проведеними дослідженнями охарактеризовано кінетичні властивості Na⁺/Ca²⁺- і Ca²⁺/H⁺-обмінників мітохондрій печінки і міокарда. Показано, що ці мітохондріальні обмінники ефективно функціонують в режимі Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з цих органел за фізіологічних рівнів концентрації Na⁺ і Н⁺ у цитозолі клітини із стехіометрією обміну не менше 2 Na⁺ (Н⁺) : 1 Са²⁺. На основі кінетичних параметрів (V_max, К_0,5) Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій досліджуваних тканин встановлено, що мітохондрії міокарда характеризуються потенційно вищою здатністю до Na⁺- і Н⁺-залежного вивільнення Са²⁺ з цих органел порівняно з мітохондріями печінки. Катіони одно- та двовалентних металів інгібують системи Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій за конкурентним типом. Інгібування мітохондріальних обмінників катіонами одновалентних металів супроводжується модифікацією кооперативних взаємодій іонів металів з їхніми іон-зв'язувальними центрами у ході транспортувального циклу. Транслокація Са²⁺, Na⁺ і Н⁺ мітохондріальними обмінниками та інгібування їх катіонами інших одно- та двовалентних металів пов'язані із взаємодією цих катіонів з кисневмісними групами іон-транспортувальних центрів цих Сa²⁺-транспортувальних систем і супроводжуються процесами дегідратації-гідратації іонів цих металів.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі, відповідно до поставленої мети та завдань, досліджено функціональне значення і властивості систем Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда, зокрема їхня роль у забезпеченні кальцій-акумулювальної функції цих органел. Охарактеризовано кінетичні властивості цих мітохондріальних обмінників, фізико-хімічні механізми впливу катіонів одно- та двовалентних металів на ці іон-транспортувальні системи.

У результаті проведених досліджень зроблено наступні висновки:

1. Встановлено, що Na⁺- і Н⁺-залежний вихід Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда спостерігаються в діапазоні фізіологічних значень концентрації Na⁺ (5,0 - 20,0 ммоль/л) та рН (7,2 - 7,4). Це свідчить, що Na⁺/Са²⁺- і Ca²⁺/H⁺-обмінники мітохондрій ефективно функціонують в режимі виходу Са²⁺ з цих органел за фізіологічних рівнів концентрації Na⁺ і Н⁺ у цитозолі клітини.

2. Залежність швидкості Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій від концентрації Nа⁺ і Н⁺ описується сигмоподібною кривою і характеризується коефіцієнтом Хілла, який є близьким до двох (1,6 - 1,94). Залежність швидкості Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда від вмісту кальцію у цих органелах має гіперболічний характер. Це свідчить, що цей вихід опосередковується обмінниками із стехіометрією обміну не менше 2Na⁺ (Н⁺) : 1Са²⁺.

3. Показано, що значення V_max систем Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій міокарда, розраховані на основі залежності швидкості цього процесу від концентрації Na⁺ і Н⁺ на порядок вищі, ніж з мітохондрій печінки. Це свідчить, що мітохондрії міокарда характеризуються потенційно вищою здатністю до Na⁺-залежної регуляції виходу Са²⁺ з цих органел порівняно з мітохондріями печінки. Разом з тим, спорідненість систем Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда до Na⁺ і Н⁺ суттєво не відрізняється.

4. Встановлено, що Na⁺- і Н⁺-залежний вихід Са²⁺ з матриксу мітохондрій печінки є температурнозалежними процесами. Високі значення енергії активації Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій, розраховані за даними аналізу отриманих температурних залежностей у координатах Арреніуса є додатковим доказом того, що ці іон-транспортувальні процеси здійснюються за участю специфічних білків-переносників внутрішньомітохондріальної мембрани, які забезпечують повільне вивільнення кальцію з цих органел. Активність систем Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ мітохондрій залежить від в'язкості фосфоліпідного бішару мембрани мітохондрій тканин.

5. Катіони одно- та двовалентних металів пригнічують швидкість Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда переважно за конкурентним типом. За ефективністю інгібування Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда (І₅₀) іони одновалентних металів розміщуються у такій послідовності: Cs⁺ < К⁺ < Rb⁺ < Li⁺ < Tl⁺. Ефективність інгібування Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда катіонами двовалентних металів збільшується у такій послідовності: Ba²⁺ < Mg²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺.

6. Ефективність інгібування Na⁺/Ca²⁺- і Ca²⁺/H⁺-обмінників мітохондрій іонами одно- і двовалентних металів (I₅₀) позитивно корелює із спорідненістю їх до кисневмісних груп лігандів (EDTA, глутамат), потенціалом іонізації, електронегативністю атомів цих металів та ентальпією їхньої гідратації. Встановлено також негативний кореляційний зв'язок ефективності цього інгібування з величинами кристалографічного радіуса іонів цих металів. Це свідчить, що транслокація іонів Са²⁺ мітохондріальними обмінниками та інгібування її катіонами металів пов'язані із взаємодією їх з кисневмісними групами іон-транспортувальних центрів цих Сa²⁺-транспортувальних систем та супроводжуються процесами дегідратації - гідратації іонів цих металів.

7. Вплив іонів одновалентних металів на системи Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій супроводжується модифікацією кооперативних взаємодій іонів цих металів з їхніми іон-зв'язувальними центрами. Така модифікація є одним із механізмів пригнічення транслокації іонів цими іон-транспортувальними системами.

СПИСОК ДРУКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Крив'як Н., Вовканич Л., Дубицький Л. Ідентифікація і кінетичний аналіз Nа⁺-залежного виходу Са²⁺ з ізольованих мітохондрій печінки щурів // Вісник Львівського ун-ту. Серія біологічна. - 2004. - Вип. 35. - С. 231-235.

2. Крив'як Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Порівняльний аналіз кінетичних властивостей Н⁺- і Na⁺- залежного виходу Cа²⁺ з мітохондрій печінки // Експерим. та клін. фізіологія і біохімія . - 2005. - 2(30). - С.14 -19.

3. Дубицький Л., Вовканич Л., Наливайко Н. Вплив катіонів одновалентних металів на функціонування Ca²⁺/H⁺-обмінника мітохондрій печінки щурів // Вісник Львівського ун-ту. Серія біологічна. - 2006. - Вип. 41. - C. 103-108.

4. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Інгібіторний аналіз взаємодії катіонів одновалентних металів з системою Na⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки // Укр. біохім. журн. - 2006 - Т. 78, № 5. - С. 34-40.

5. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Порівняльний аналіз механізмів взаємодії катіонів двовалентних металів з Na⁺/Ca²⁺- і Ca²⁺/H⁺-обмінниками мітохондрій печінки // Біофізичний вісник. - 2006 - Вип. 1 (17). - С.74-79.

6. Наливайко Н. В., Кравенська Є. В., Дубицький Л. О. Температурна залежність швидкості H⁺- І Nа⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки // Експерим. та клін. фізіологія і біохімія . - 2006. - 4(35). - С.7-12.

7. Krivyjak N., Vovkanych L., Dubitsky L. Kinetic analysis of Na⁺-dependent efflux of Ca²⁺ from the rat liver mitochondria // First Ukr. Congress Cell. Biol., Lviv (Ukraine), April 25-28, 2004. - Lviv, 2004. - P. 237.

8. Вовканич Л.С., Крив'як Н.В., Дубицький Л.О. Вплив катіонів одновалентних металів на Na⁺/Ca²⁺-обмінник внутрішньої мембрани мітохондрій печінки щурів // Матеріали міжнародної конференції “Клітинні і субклітинні механізми функціонування травної системи”, Львів, 2004, 7-9 жовтня. - Львів, 2004. - С.16.

9. Крив'як Н.В., Вовканич Л.С., Дубицький Л.О. Аналіз взаємодії катіонів одновалентних металів з Са²⁺/Н⁺- обмінником мітохондрій печінки щурів // Тези доповідей Першої Міжнародної конференції студентів та аспірантів ”Молодь і поступ і біології”, Львів, 11-14 квітня 2005 - Львів, 2005. - С.230.

10. Дубицкий Л.А., Вовканич Л.С., Кривяк Н.В. Сравнительная характеристика ингибирующих эффектов ионов одно- и двухвалентных металлов на функционирование Ca²⁺/Н⁺-обменника внутренней мембраны митохондрий печени // Съезд физиологов СНГ, Россия, Дагомыс, 19 - 23 сентября 2005. - СОЧИ, 2005. - С.9.

11. Крив'як Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Взаємодія іонів одновалентних металів з системами Nа⁺- і H⁺-залежного виходу Cа²⁺ з мітохондрій печінки // 17-й з'їзд Українського фізіологічного товариства, Чернівці, 18-20 травня 2006. - Чернівці, 2006. - С. 9.

12. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Взаємодія катіонів металів з системами Na⁺- і H⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки // Тези доповідей Другої Міжнародної конференції студентів та аспірантів ”Молодь і поступ і біології”, Львів, 21-24 березня 2006. - Львів, 2006. - С.438.

13. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Порівняльний аналіз взаємодії катіонів одно- і двовалентних металів з Na⁺/Ca²⁺-обмінником мітохондрій печінки // Матеріали IX Українського біохімічного з'їзду, Харків, 24-27 жовтня 2006, Т.1. - Харків, 2006. - С.153.

14. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Кінетичні властивості Na⁺/Ca²⁺-обмінника мітохондрій печінки і міокарда // Матеріали міжнародної наукової конференції “Механізми функціонування фізіологічних систем“, Львів, 8-11 листопада 2006. - Львів, 2006. - С. 106-107.

15. Наливайко Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Кінетичні властивості Ca²⁺/H⁺-обмінника мітохондрій печінки і міокарда і його специфічність до катіонів металів // Матеріали IV з'їзду українського біофізичного товариства, Донецьк, 19-21 грудня 2006. - Донецьк, 2006. - С. 77-79.

Размещено на Allbest.ru