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

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“, приуроченої до 60-ліття новоствореної кафедри фізіології людини та тварин Львівського університету, 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.

Анотація

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2007.

У дисертаційній роботі з'ясовано функціональне значення і основні властивості систем Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда. Показано, що Na⁺- і Н⁺-залежний вихід Са²⁺ з мітохондрій печінки і міокарда опосередковується іонними обмінниками внутрішньомітохондріальної мембрани із стехіометрією транспортування не менше 1Са²⁺ : 2Na⁺ або 1Ca²⁺: 2H⁺. Встановлено, що Na⁺/Са²⁺- і Ca²⁺/H⁺-обмінники мітохондрій за фізіологічних рівнів концентрації Na⁺ і Н⁺ у цитозолі клітини ефективно функціонують в режимі виходу Са²⁺ з цих органел. За даними аналізу температурної залежності Na⁺- і Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з мітохондрій розраховано енергію активації цих іон-транспортувальних систем та встановлено залежність їхньої активності від в'язкості фосфоліпідів мітохондріальної мембрани. З'ясовано, що ефективність інгібування мітохондріальних обмінників іонами одно- і двовалентних металів (I₅₀) залежить від спорідненості їх до кисневмісних груп лігандів (ЕDТА, глутамат), величини потенціалу іонізації та електронегативності атомів цих металів, а також від ентальпії їхньої гідратації та кристалографічного радіуса іонів цих металів. Модифікація катіонами металів кооперативних взаємодій з іон-зв'язувальними центрами мітохондріальних обмінників є одним із механізмів інгібування ними цих іон-транспортувальних систем. Транслокація Са²⁺, H⁺ і Na⁺ мітохондріальними обмінниками та інгібування її катіонами металів пов'язані із взаємодією їх з кисневмісними групами іон-транспортувальних центрів цих Сa²⁺-транспортувальних систем і супроводжуються процесами дегідратації-гідратації іонів цих металів.

Аннотация

Налывайко Н. В. Свойства и функциональная роль систем Na⁺-зависимого и Na⁺-независимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Львовский национальный университет имени Ивана Франко, Львов, 2007.

В диссертационной работе выяснено функциональное значение и основные свойства систем Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда. Установлено, что зависимость Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий от концентрации Nа⁺ и Н⁺ описывается сигмовидной кривой и характеризуется коэффициентом Хилла, близким к двум (1,6 - 1,94). Это свидетельствует, что Na⁺- и Н⁺-зависимый выход Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда осуществляется ионными обменниками внутримитохондриальной мембраны из стехиометрией транспорта не менее 1Са²⁺ : 2Na⁺ или 1Ca²⁺: 2H⁺. Установлено, что субмаксимальные скорости Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда наблюдаются в диапазоне концентрации Na⁺ (5,0 - 20,0 ммоль/л) и физиологических значений рН (7,2 - 7,4), то есть Na⁺/Са²⁺- и Ca²⁺/H⁺-обменники митохондрий при физиологических уровнях концентрации Na⁺ и Н⁺ в цитозоли клетки эффективно функционируют в режиме выхода Са²⁺ из этих органел.

Показано, что Na⁺- и Н⁺-зависимый выход Са²⁺ из матрикса митохондрий печени являются температурнозависимыми процессами. По данным анализа полученных температурных зависимостей в координатах Аррениуса рассчитана энергия активации эти ион-транспортных процессов. Высокие значения энергии активации Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий (135,70 - 180,72 кДж/моль при температуре ниже 20⁰С и 76,57 - 120,54 кДж/моль - при температуре выше 20⁰С) являются дополнительным доказательством того, что эти ион-транспортные процессы осуществляются при участии специфических белков-переносчиков внутримитохондриальной мембраны, которые обеспечивают медленное высвобождение кальция из этих органел. Установлена зависимость активности этих митохондриальных белков-переносчиков от вязкости фосфолипидов митохондриальной мембраны.

Установлено, что катионы одно- и двухвалентных металлов подавляют скорость Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда преимущественно по конкурентному типу. За эффективностью ингибирования Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда (І₅₀) ионы одновалентных металлов размещаются в такой последовательности: Cs⁺ < К⁺ < Rb⁺ < Li⁺ < Tl⁺. Эффективность ингибирования Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий печени и миокарда катионами двухвалентных металлов увеличивается в такой последовательности: Ba²⁺ < Mg²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺.

Показано, что ингибирование систем Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий ионами одновалентных металлов сопровождается уменьшением коэффициентов кооперативного взаимодействия их с ион-связывающими центрами этих ион-транспортных систем. Коэффициенты кооперативного взаимодействия катионов двухвалентных металлов с ион-связывающими центрами митохондриальных обменников являются близкими к единице. Таким образом, модификация кооперативных взаимодействий ионами одновалентных металлов с ион-связывающими центрами систем Na⁺- и Н⁺-зависимого выхода Са²⁺ из митохондрий в ходе транспортного цикла может быть одним из механизмов угнетения транслокации ионов этими ион-транспортными системами.

Выяснено, что эффективность ингибирования митохондриальных обменников ионами одно- и двухвалентных металлов (I₅₀) зависит от сродства их к кислородсодержащим группам лигандов (ЕDТА, глутамат), величине потенциала ионизации и электроотрицательности атомов этих металлов, а также от энтальпии их гидратации и кристаллографического радиуса ионов этих металлов. Транслокация Са²⁺, H⁺ и Na⁺ митохондриальными обменниками и ингибирование ее катионами металлов связанные с взаимодействием их с кислородсодержащими группами ион-транспортных центров этих Сa²⁺-транспортных систем и сопровождаются процессами дегидратации-гидратации ионов этих металлов.

Summary

Nalyvayko N.V. Properties and functional role of the systems of Na⁺-dependent and Na⁺-independent Са²⁺-efflux from liver and heart mitochondria. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of the candidate of biological sciences by speciality 03.00.13 - Human and animal physiology. - Ivan Franko national university of Lviv, Lviv, 2007.

The functional role and basic properties of the systems of Na⁺- and Н⁺-dependent Са²⁺-efflux from liver and heart mitochondria have been investigated. It has been shown that Na⁺- and Н⁺-dependent Са²⁺-efflux from liver and heart mitochondria are carried out with participation of inner membrane ionic exchangers with the transporting stochiometry not less than 1Са²⁺ : 2Na⁺ or 1Ca²⁺: 2H⁺. It has been shown, that Na⁺/Са²⁺- and Ca²⁺/H⁺- mitochondrial exchangers at the physiological levels of Na⁺ and Н⁺ concentration in cytosole effectively function in the mode of Са²⁺-efflux from these organelle. From data analysis of temperature dependence of Na⁺- and Н⁺-dependent Са²⁺-efflux from mitochondria activating energy of these ion-transporting systems is calculated and it has been shown dependence of their activity on the viscidity of mitochondrial membrane phospholipids. It is found, that efficiency of mitochondrial exchangers inhibition by the mono- and bivalent metals cations (I₅₀) depends on their affinity to the oxygen-containing groups of ligands (ЕDТА, glutamat), ionization potential and these metals atoms electronegativity, their hydration enthalpy and these metals ions crystallographic radius. Modification of the cooperative interaction with the ion-binding centers of mitochondrial exchangers by metals cations is one of these ion-transporting systems inhibition mechanisms by them. Translocation of Са²⁺, H⁺ and Na⁺ by mitochondrial exchangers and its inhibition by metals cations is correlated with their interaction with the oxygen-containing groups of ion-transporting centers of these Сa²⁺- transporting systems and accompanied with the processes of dehidration-hydration of metals ions. Размещено на Allbest.ru