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

У кальцієвій регуляції функціональної активності різних видів клітин важливе місце посідають мітохондрії, які характеризуються великою кальцієвою ємністю та швидкістю накопичення іонів цього металу (Костерин С. А., 1990; Дубицький Л. О., Вовканич Л. С., 2000). В останнє десятиріччя отримано ряд доказів існування в мітохондріях міокарда, мязів, печінки і інших тканин поряд з Са2 -уніпортером систем Na -залежного і Na -незалежного (H -стимульованого) виходу Са2 з цих органел (Gunter Т. Е. et al., 1994; Bernardi Р., 1999; Rizzuto R. et al., 2000; Дубицький Л. О., Вовканич Л. С., 2001). Функціонування таких систем у мітохондріальній мембрані має важливе значення у забезпеченні Са2 -акумулювальної функції мітохондрій, попереджуючи перевантаження цих органел іонами кальцію та перехід їх у стан високої неспецифічної проникності. Дослідити функціональне значення і властивості систем Na -і Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки і міокарда та зясувати механізми взаємодії цих систем з катіонами одно-та двовалентних металів. дослідити вплив катіонів двовалентних металів (Ba2 , Sr2 , Mg2 і Mn2 ) на системи Na -і Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки і міокарда;Дослідження кінетичних властивостей систем Na -і Н -залежного виходу Ca2 з мітохондрій печінки і міокарда і взаємодії катіонів одно-та двовалентних металів із Na /Са2 -та Са2 /Н -обмінниками цих органел проводили в умовах in vitro. Na -і Н -залежний вихід Са2 з мітохондрій ініціювали шляхом внесення NACL i HCL у середовище інкубації цих органел. Проведеними нами дослідженнями встановлено, що залежність швидкості Na -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки і міокарда від концентрації Na у середовищі інкубації має сигмоподібний характер. Залежність швидкості Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки і міокарда від позамітохондріальної концентрації Н , як і у випадку з Na -залежним виходом Са2 з мітохондрій цих тканин має сигмоподібний характер. Сигмоподібна залежність Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки і міокарда від концентрації Н та коефіцієнт Хілла, близький до двох (1,6 - 1,65), вказують на те, що цей вихід опосередковується обмінником, що здійснює вихід із мітохондрій одного Са2 в обмін не менше ніж на два Н , як і у випадку з Na /Са2 -обмінником.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. У результаті проведених досліджень зроблено наступні висновки: 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). Залежність швидкості Na -і Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій від концентрації Na 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. Показано, що значення Vmax 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.

Основний зміст

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: 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.

Залежність швидкості Na - і Н -залежного виходу Са2 з мітохондрій від концентрації Na 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 .

Показано, що значення Vmax 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.

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 вязкості фосфоліпідного бішару мембрани мітохондрій тканин.

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 .

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 звязок ефективності цього інгібування з величинами кристалографічного радіуса іонів цих металів. Це свідчить, що транслокація іонів Са2 мітохондріальними обмінниками та інгібування її катіонами металів повязані із взаємодією їх з кисневмісними групами іон-транспортувальних центрів цих Са2 -транспортувальних систем та супроводжуються процесами дегідратації - гідратації іонів цих металів. мітохондрія печінка міокард катіон

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

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

2. Кривяк Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Порівняльний аналіз кінетичних властивостей Н - і Na - залежного виходу Са2 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 Na -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., Кривяк 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. Кривяк 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. Кривяк Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л. О. Взаємодія іонів одновалентних металів з системами Na - і H -залежного виходу Са2 з мітохондрій печінки // 17-й зїзд 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 зїзду, 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 зїзду українського біофізичного товариства, Донецьк, 19-21 грудня 2006. - Донецьк, 2006. - С. 77-79.