Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Переход сопровождался сокращением внутренней митохондриальной мембраны, повышением ее электронной плотности, резким снижением объема матрикса и его конденсацией. Митохондрии переходили в «агрегированное» состояние. После 15 мин. пребывания митохондрий в состоянии IV все органеллы по своей ультраструктуре были близки к митохондриям в интактной клетке после фиксации. Такая конформация митохон-
ГЛАВА 4. КОНФИГУРАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ 65
дрий была названа «ортодоксальной». Далее была установлена строгая зависимость конформационных переходов митохондриальных мембран от переноса электронов в дыхательной цепи. Так, переход мембраны из агрегированной конформации в ортодоксальную в состоянии IV сопровождался переносом электронов. Угнетение электронного транспорта ингибиторами, действующими на определенные участки дыхательной цепи, препятствовало конформационным переходам мембран. Восстановление электронного транспорта по путям, обходящим ингибированные участки дыхательной цепи, например добавление тетраметил-р-фенилендиамина (ТМФД) в случае применения антимицина, сопровождалось восстановлением ультраструктурных трансформаций. Переход из конденсированного состояния в ортодоксальное не чувствителен к действию ДНФ. Обратный переход, наблюдаемый в состоянии III, тормозился ДНФ. При этом наблюдалось снижение дыхательного контроля и уровня окислительного фосфорилирования. В результате этих исследований было четко установлено, что митохондрии в зависимости от уровня их метаболизма могут находиться в двух дискретных конформационных состояниях — агрегированном и ортодоксальном.
Использование метода замораживания — травления и параллельной химической фиксации митохондрий (Hackenbrock, 1968а, Ь) позволило получить новую информацию о структуре матрикса и роли его белков в конформационных переходах митохондриальных мембран. Оказалось, что матрикс — не разбавленный водный раствор белков, а упорядоченная тонкофибриллярная сеть, состоящая из белков. Она способна изменяться от очень плотной, конденсированной конформации, представленной немногими толстыми тяжами (при неэнергизированном состоянии), до мелкой сети тончайших фибрилл, заполняющих внутреннее пространство митохондрий при энергизированном состоянии. Эта сеть структурно и функционально связана с внутренней мембраной и представляет единую систему. При удалении матрикса экстракцией детергентом внутренняя мембрана не способна осуществлять конформационные переходы и окислительное фосфорилирование (Schnaitman, Greenwalt, 1968). Существует также зависимость между энергозависимым транспортом Са++ в митохондрии и изменением их внутренней структуры (Hackenbrock, Caplan, 1969). Последние данные были подтверждены в исследованиях по конформационным изменениям митохондриальных мембран на нефиксированных препаратах изолированных митохондрий печени, негативно окрашенных нейтральным изотоническим раствором молибдата аммония (Muscatello et al., 1972).
Конформационные изменения мембран митохондрий бычьего сердца были подробно изучены Грином с сотр. (Green et al., 1968; Penniston et al., 1968; Asai et al., 1969; Harris et al., 1969). Используя методы светорассеяния и электронной микроскопии, эти исследователи показали, что внутренние мембраны митохондрий могут находиться в трех дискретных состояниях: неэнергизированном, энергизированном и энергизированном— скрученном. Все три состояния внутренней мембраны зависят от уровня энергетического метаболизма. Свежеизолированные митохондрии находятся в разных конформационных состояниях — в неэнергизированном и энергизированном. Для приведения всей популяции митохондрий в одно состояние необходимы соответствующие условия. Так, при инкубации митохондрий в неэнергизированном состоянии (отсутствие в среде источника энергии) при наличии субстратов окисления (сукцинат или пируват,
66 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
1
/
J
Рис (а —
нм — мс-
j/OFBeh. * w г®
* < V4\Y ^
•тй ml
3
к. I
Q.ZbMK
'"'/-ft
s!
/ *
Jr
\
* ,
..........
> “jёшШКк
15. Конденсированная конформация изолированных митохондрии бурого жира ув 10 ООО; 6 — ув 60 ООО)
• наружная мембрана, вм — внутренняя мембрана, ип — интеркристные промежутки; матрикс
ГЛАВА 4 КОНФИГУРАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ 67
малат) наблюдается переход всех митохондрий в энерггзированное состояние. Этому препятствовали ингибиторы транспорта электронов (антими-цин А или ротенон). Таким образом, была установлена строгая зависимость конформационного перехода мембран от транспорта электронов. Энергизированное состояние возникает также при добавлении АТФ (источник энергии) в отсутствие транспорта электронов. Этот переход полностью блокируется рутамицином, тормозящим гидролиз АТФ. Энергизированное — скрученное состояние наблюдается при инкубации неэнерги-зированных митохондрий в присутствии субстрата и неорганического фосфата (Фн.) Энергизированное состояние внутренней мембраны митохондрий
Рис 16. Полярографическое опреде ление поглощения кислорода свеже изолированными митохондриями бурого жира Состав среды
