Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА 4. КОНФИГУРАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ 73
с фосфорилированием) и в конденсированном (при действии свободных жирных кислот и других разобщающих агентов). Сходные изменения ультраструктуры митохондрий бурого жира in situ наблюдали и у белых крыс в результате инъекции норадреналина (Vallm, 1970).
Конформационные изменения митохондриальных мембран in vivo и in situ
Основные сведения о конформационных состояниях митохондриальных мембран были получены при изучении изолированных митохондрий печени и сердца. Исследование разнообразных тканей, однако, показало, что митохондрии in situ, как правило, находятся в ортодоксальном состоянии. Это обстоятельство вызывает определенный скептицизм в отношении данных, полученных в опытах in vitro. Для устранения зтого противоречия было проведено изучение конформационных изменений митохондрий в маленьких кусочках тканей в строго контролируемых условиях (Williams et al., 1970). Пробы для электронно-микроскопического анализа отбирали немедленно после начала инкубации; после инкубации в присутствии субстрата и кислорода и после инкубации в анаэробных условиях при добавлении субстрата и разобщающих агентов. Опыты проводили при 20°, так как при этой температуре значительно снижалась скорость перехода митохондрий из энергизированного состояния в незнергизиро-ванное, что обеспечивало сохранение энергизированного состояния митохондрий после их фиксации. Независимо от того, в клетках какой ткани изучались конформационные изменения митохондрий (сердце, печень, скелетные мышцы, ретина, почка), и вида животного (бык, крыса, канарейка) было установлено, что митохондрии, все без исключения, проявляют конформационные изменения мембран при переходе органелл от неэнергизированного к энергизированному состоянию. Далее были выявлены некоторые различия в конформационных состояниях мембран. Так, оказалось, что неэнергизированному состоянию митохондрий соответствует две конфигурации крист — ортодоксальная и агрегированная. Они зависят от осмотического давления среды, в которой проводилась инкубация кусочков тканей. Существует по крайней мере два вида энергизированного — скрученного состояния митохондриальных мембран — трубчатое и зигзагообразное, также зависимых от осмотического давления среды. Митохондрии с небольшим количеством матрикса (например, из мышцы сердца) проявляют наиболее четкие конформационные изменения. В то же время митохондрии с большим количеством матрикса (например, из печени) характеризуются сложными и менее правильными изменениями конфигурации крист. Результаты этих исследований объясняют, почему в большинстве электронно-микроскопических наблюдений выявляется митохондрии только в ортодоксальном состоянии. Это связано с тем, что кусочки тканей, очевидно, недостаточно быстро фиксировались, поэтому в клетках еще до фиксации возникали анаэробные условия, индуцирующие переход митохондриальных мембран из энергизированного в неэнергизи-рованное состояние.
В опытах на интактных клетках асцитной карциномы Эрлиха было показано при одновременной регистрации кинетики концентраций АТФ, АДФ, АМФ, неорганического фосфата, скорости дыхания, светорассеяния
'/4 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МКМБРАН
и окислительно-восстановленного состояния пиридиннуклеотидов, что во всех исследованных клетках митохондрии переходят из ортодоксального состояния в конденсированное в течение 6 сек. после начала процесса окислительного фосфорилирования. Ингибиторы окислительного фосфорили-рования подавляли изменения конформации внутренней митохондриальной мембраны (Hackenbrock et al., 1971).
Несмотря на неустойчивость энергизированного состояния митохондрий, его удалось наблюдать в ряде исследований in situ. Так, энергизи-рованная — скрученная структура митохондриальных крист была обнаружена у амебы Chaos chaos (Pappas, Brandt, 1959), в различных клетках летучих мышей, саламандр, лягушек, медицинской пиявки (Revel et al.; 1963), в клетках летательных мышц мясной мухи (Smith, 1963). Энергизи-рованное состояние было отмечено в клетках сердечной мышцы канарейки {Slautterback, 1965) и кошки (Fawcett, McNutt, 1969). В последнем случае энергизированная форма митохондрий была обнаружена в поверхностных слоях сердца. Это доказывает, что выявление энергизированного состояния митохондрий зависит от скорости фиксации. Энергизированное — скрученное состояние митохондрий было обнаружено у человека при глубоких нарушениях регуляции энергетического метаболизма в клетках мышц (Luit et al., 1962). Изучение изменения митохондрий в икроножной мышце лягушки в условиях длительного голодания (до двух лет) показало, что энергизированное — скрученное состояние митохондрий появляется на 12-й месяц после начала опыта и сохраняется вплоть до 15-го месяца. Возобновление кормления животных вызывало переход митохондрий в в деэнергизированное состояние (Sjostrom, Cedergren, 1971).
Интересные данные об изменении митохондрий были получены при изучении терморецепторного органа у змеи щитомордника водяного (Agki-strodon pisceverous). В состоянии покоя митохондрии клеток зтого органа находятся в энергизированном — скрученном состоянии. При стимуляции органа инфракрасным облучением митохондрии переходили в ортодоксальное состояние (Mezler, Gennaro, 1969).
