Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ТРАНСПОРТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В МИТОХОНДРИЯХ...... 7
1.1. Транспорт катионов в митохондриях. ........ 7
1.2. Транспорт метаболитов в митохондриях...... 10
ГЛАВА II. РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТИРЕОЩЩЬМИ ГОРМОНАМИ 11
1. Действие тиреоидных гормонов на углеводный и липидный обмен . 16
2.Механизм активации основного обмена тиреоидными гормонами. 19
З.Влияше тиреоидных гормонов на энергетический обмен в исследованиях на клеточном уровне. 26
4.Влияние тиреоидных гормонов на функциональное состояние митохондрий в органах-мишенях. 27
П.б.Цитоплазматические регуляторы - посредники действия гормонов на митохондриальные процессы. .... 42
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА III. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 46
ГЛАВА ІV. РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСПОРТА ПИРУВАТА И ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В МИТОХОНДРИЯХ ТИРЕОИДНЫМИ ГОРМОНАМИ.. 56
Регуляпия транспорта пирувата в митохондриях тиреоидными гормонами 56
Снижение чувствительности митохондрий печени крысы к действию ИЗР при гйпертиреозе 63-ГЛАВА V СТОПМЗМАТИЧЕСКИЙ ЩЦУКТОР ТРАНСПОРТА АНИОНОВ В МИТОХОНДРИЯХ. РЕГУЛЯЦИЯ ЕГО АК ТИВНОСТИ ТИРЕОИДНБМИ ГОРМОНАМИ 67-120
1. Действие тиреоидных гормонов на активность цитоплазматического фактора, индуцирующего транспорт анионов через мембрану митохондрий 88 - 100
2. Регуляция транспорта фосфата через мембрану митохондрий печени крыс в присутствии
термостабильной фракции цитоплазмы изменением концентрации ионизированного кальция 100 - 104
З. Увеличение чувствительности митохондрий печени крыс к действию индуктора транспорт
та анионов при гйпертиреозе....... 104 - 107
4. Выделение индуктора транспорта анионов из термостабильной фракции цитоплазмы печени крыс..... 107 -120
ВЫВОДЫ...... 121 - 122
ЛИТЕРАТУРА..... 123 - 148
СОКРАЩЕНИЯ 149'
- Транспорт катионов в митохондриях.
- Действие тиреоидных гормонов на углеводный и липидный обмен
- Регуляпия транспорта пирувата в митохондриях тиреоидными гормонами
- Действие тиреоидных гормонов на активность цитоплазматического фактора, индуцирующего транспорт анионов через мембрану митохондрий
Транспорт катионов в митохондриях.
Исследованию транспорта катионов, главным образом активного транспорта катионов щелочных металлов и протонов, посвящена обширная литература (19-26). Известно, что внутренняя мембрана митохондрий обладает избирательной проницаемостью для катионов. Это свойство внутренней мембраны митохондрий определяется наличием в ней целого ряда переносчиков катионов, осуществляющих перенос катионов через липидный бислой мембраны (19-29). В настоящее время известны два типа энергозависимого транспорта катионов через мембрану митохондрий. Первый из них - это электрофорети-ческий механизм активного транспорта катионов в митохондриях. Осуществляется он переносчиками, функционирующими по типу уни-портера согласно потенциалу на мембране (22,23,30). Этот тип тра-нспорта впервые был подробно исследован в экспериментах с валино-мицином, который является специфическим ионофором для ионов калия (22,23). Электрофоретический механизм активного транспорта пред-полагает, что комплекс переносчика с катионом заряжен положительно и движется с внешней стороны мембраны митохондрий к внутренней, заряженной отрицательно..
Второй тип транспорта катионов - это электронейтральный антипорт катиона на ионы Hj или Ыа+, Примерами транспорта этого типа могут служить K+ZH обмен (22,23), Ыа+ЛГ1 обмен, Са2+/2Ыа+ обмен (24-26) и т.д. Движущей силой транспорта катионов в этом случае является градиент ионов Н на мембране митохондрий. Направление энергозависимого транспорта катионов в этом случае противоположно электрофоретическому поглощению катионов согласно потенциалу на мембране (30). Таким образом, митохондрии обладают способностью как к энергозависимому накоплению катионов в результате функционирования электрофоретических механизмов, так и к энергозависимому выведению катионов из митохондрий в результате катион/Н обмена. Как правило, для одного и того же катиона в мембране митохондрий функционируют оба типа переносчиков. Поэтому распределение катиона между внутренним пространством митохондрий и средой инкубации в большой степени определяется соотношением активности унипортера и антипортера.
Одной из важнейших функций митохондрий в клетке, наряду со способностью к окислительному фосфорилированию, является способность митохондрий к аккумуляции ионов кальция из цитозоля (24 - 9 -26,31), В настоящее время сложилось представление об ионе Са + как одном из универсальных регуляторов метаболизма (24-26,31). Возможность кальциевой регуляции определяется наличием механизмов, обеспечиващих быстрые изменения его концентрации в цитозо-ле, и способности многих ключевых ферментов к взаимодействию с низкими концентрациями ионов кальция. Ионы кальция участвуют в регуляции практически всех основных клеточных процессов: мышечного сокращения во всех видах мышц, секреции экзокринных и эндокринных желез, проницаемости мембран, пролиферации, гликогеноли-за, глюконеогенеза и т.д. (31-33).
Особенностью клеточного транспорта кальция по сравнению с другими неорганическими катионами является поразительно низкая концентрация ионизированного кальция в цитозоле - около 10 ( -10 М в состоянии покоя (31), по сравнению с концентрацией каль-ция в межклеточном пространстве - 10 М. С другой стороны, при изменении рзиологического состояния клетки концентрация кальция может очень быстро, на протяжении нескольких миллисекунд, увеличиться на несколько порядков, до 10 М.
Действие тиреоидных гормонов на углеводный и липидный обмен
Основным метаболическим эффектом тиреоидных гормонов является активация основного обмена (1-3,8,9). Субстратами для окисления при активации основного обмена тиреоидными гормонами являются глюкоза, лактат, пируват, кетоновые тела и СЖК (1,3). При гипертиреозе увеличивается скорость потребления глюкозы периферическими органами (1,72-74), причем, нормогликемия обеспечивается стимуляцией глюконеогенеза в печени гипертиреоидных крыс (72-74), Для гипертиреоза характерно усиление обмена глюкозы в организме, так как стимулируется как утилизация глюкозы, так и ее синтез из неуглеводных предшественников (72-74) При гипертиреозе наблюдается достоверное увеличение концентрации глюкозы в плазме крови, в то время как при гипотиреозе наблюдается гипогликемия (73). Следовательно, стимуляция глюконеогенеза тиреоидныш гормонами приводит не только к компенсации, но и к суперкомпенса-ции усиленного потребления глюкозы периферическими органами (72-74). Действие тиреоидных гормонов на углеводный обмен может быть прямым или опосредованным действием других гормонов так как, во-первых, тиреоидине гормоны обладают пермессивным эффектом по отношению к действию катехоламинов (74), и, во-вторых, при изменении тиреоидного статуса организма изменяется концентрация в крови таких гормонов как инсулин, глюкагон, катехоламины, глюко-кортикоиды, СТГ (73,75-77). В литературе рассматривается вопрос о возможном участии катехоламинов в реализации действия тиреоидных гормонов на углеводный обмен (74). Тиреоидине гормоны увеличивают чувствительность клеток-мишеней к действию катехоламинов, увеличивая концентрацию JL-VL f -адренорецепторов (78,79), а введение крысам катехоламинов оказывает на углеводный обмен действие, сходное с действием тиреоидных гормонов (74). Тем не менее, совершенно очевидно, что действие тиреоидных гормонов нельзя свести только к увеличению чувствительности клеток-мишеней к катехоламинам и увеличению концентрации катехоламинов в плазме, так как усиление обмена глюкозы (увеличение синтеза и утилизации глюкозы) наблюдается в присутствии сб-и } -адренобло-каторов (74). Показано также, что инсулин не играет существен-ной роли в стимуляции потребления глюкозы тиреоидными гормонами, так как стимуляция обмена глюкозы тиреоидными гормонами четко проявляется в экспериментах с крысами, у которых секреция инсулина блокировалась введением стрептозотоксина (73). Вместе с тем, концентрация инсулина в плазме регулируется тиреоидными гормонами (73,75). Базальная концентрация инсулина в плазме снижается при гипотиреозе и увеличивается при гипертиреозе (73,75). Этот эффект можно объяснить только снижением чувствительности глюко-неогенеза в печени к ингибирущему действию инсулина. Гипергликемия и гиперинсулинемия при гипертиреозе не могут быть следствием снижения чувствительности к инсулину на уровне потребления глюкозы, так как потребление глюкозы при гипертиреозе сильно стимулировано, и действие тиреоидных гормонов и инсулина на потребление глюкозы однонаправленно (72-74). Следовательно, гипергликемия и ее следствие - гиперинсулинемия при гипертиреозе обусловлены стимуляцией глюконеогенеза, которая происходит несмотря на увеличение концентрации инсулина в плазме (73). Отсюда следует, что при гипертиреозе наблюдается инсулинрезистентность на уровне регуляции глюконеогенеза в печени. Тиреоидине гормоны и инсулин являются гормонами-антагонистами в действии на глюконеогенез
Инсулин ингибирует глюконеогенез, ингибирует ФЭП-карбокси-киназу и стимулирует пируваткиназу (80). Тиреоидные гормоны стимулируют глюконеогенез, активируют ФЭП-карбоксикиназу и ингибиру-ют пируваткиназу (81). Помимо опосредованного влияния на концентрацию инсулина в плазме тиреоидные гормоны могут оказывать и прямое действие на секрецию инсулина -клетками поджелудочной железы (82), причем, в этом случае наблюдается ингибирование сек-реции инсулина, индуцированной добавлением глюкозы. Поэтому, динамика изменения концентрации инсулина в плазме при гипертиреозе может носить сложный характер, хотя при измерении концентрации базального инсулина в плазме голодных крыс при гипертиреозе наблюдается достоверная гиперинсулинемия (73).
Регуляпия транспорта пирувата в митохондриях тиреоидными гормонами
Одной из основных функций теплокровного организма является генерация тепла (182-184) Тепло в организме вырабатывается либо как побочный продукт при мышечном сокращении (сократительный термогенез), либо в результате функционирования специальных биохимических механизмов, трансформирующих энергию окисления в тепло (несократительный термогенез ) (182-184). До настоящего вре-мени вопрос о том,каким образом осуществляется регуляция генерации тепла клетками эукариотов, в значительной степени остается открытым (3,182,185). Существует два альтернативных представления о том, каким образом энергия окисления трансформируется в тепло при стимуляции основного обмена тиреоидными гормонами и активации термогенеза в опухолях (3,4,5,6,106,107,111). Первое из них сводится к тому, что выделение тепла происходит в результате биохимических процессов, протекающих непосредственно в митохондриях вследствие разобщения окислительного фосфорилирования (4,106,107,111), когда снижается отношение Р/0 и энергия окисления субстратов прямо трансформируется в тепло. Второе представление сводится к тому, что в условиях активации термогенеза митохондрии не разобщены, отношение Р/0 не изменено, но АТФ, синтезированный в митохондриях, утилизируется с выделением тепла в биохимических реакциях, локализованных в клетке вне митохондрий (3,5,6). Постулируется утилизация АТФ в результате ак - 68 тивации внемитохондриальных АТФ-аз (например, активируемая АТФ-аза), либо в результате функционирования так называемых футильных циклов (3,5,6). Гипотеза о том, что стимуляция основного обмена и генерации тепла при гипертиреозе является следствием разобщения окислительного фосфорилирования, была сформулирована в конце 50-х - начале 60-х годов (4,106,107, III). В.П.Скулачевым была высказана гипотеза о том, что стимуляция норадреналином несократительного термогенеза в мышцах обусловлена разобщением окислительного фосфорилирования свободными жирными кислотами (186). В настоящее время состояние проблемы сводится к двум ключевым положениям: І) В буром жире при охлаждении или введении норадреналина одним из механизмов генерации тепла является разобщение окислительного фосфорилирования, но этот феномен специфичен для митохондрий бурого жира и связан с функционированием канала для анионов, которого нет в митохондриях других органов (187-189). Стимуляция основного обмена тиреоидными гормонами и эффект Варбурга в опухолях не являются следствием разобщения окислительного фосфорилирования, так как митохондрии, выделенные из органов гипертиреоидных крыс и из опухолей в экспериментах in vitro осуществляют окислительное фосфорилирование с высокими значениями коэффициентов Р/0, АТФ/0 и ДК (3,108,109,185,190,191).
Действие тиреоидных гормонов на активность цитоплазматического фактора, индуцирующего транспорт анионов через мембрану митохондрий
Одним из основных эффектов тиреоидных гормонов является стимуляция потребления кислорода в клетках-мишенях (1-4,9). Механизм стимуляции основного обмена при гипертиреозе до сих пор неизвестен Показано, что митохондрии, выделенные из тканей ги-пертиреоидных крыс, в экспериментах in vitro осуществляют окислительное фосфорилирование с высокими коэффициентами Р/0, АДФ/0 и дыхательного контроля (3,108,109,113). В интактной кле-тке функциональное состояние митохондрий контролируется цитопла-зматическими регуляторами, действие которых,как правило, осуществляется в изменении активности переносчиков катионов и метаболитов во внутренней мембране митохондрий (11,13,59,161,202, 203). Поэтому, можно предположить, что при гипертиреозе стимуляция потребления кислорода обусловлена изменением активности цитоплазматических регуляторов метаболизма митохондрий. Целью этого раздела работы явилась проверка этого предположения.
Как показано на рис.14,преинкубация митохондрий печени крысы в течение двух минут с термостабильной фракцией цитоплазмы печени крысы увеличивает скорость набухания митохондрий в изоосмотическом растворе фосфата калия в присутствии валиноминина. Известно, что в этих условиях валиномицин индуцирует высокую проницаемость внутренней мембраны митохондрий для ионов К+ и набухание митохондрий лимитируется скоростью транспорта ионов фосфата через мембрану митохондрий (167). Следовательно, в наших экспериментах преинкубация митохондрий с термостабильной фракцией цитоплазмы увеличивала проницаемость внутренней мембраны для фосфата. Действие термостабильной фракции цитоплазмы печени крыс на транспорт ионов фосфата через мембрану митохондрий усиливалось при гипертиреозе (Рис, 14 А), Сходный эффект был получен и в эксперименте с термостабильной фракцией цитоплазмы, выделенной из сердца контрольных и гипертиреоидных крыс (Рис» 14 Б). Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что при гипертиреозе в печени и сердце крыс увеличивается активность термостабильного цитоплазматического фактора, увеличивающего проницаемость внутренней мембраны митохондрий для фосфата. Этим фактором не могут быть свободные жирные кислоты или ионы кальция, так как добавление бычьего сывороточного альбумина (2 мг/мл) или I мМ ЭГТА не ослабляло действие термостабильной фракции цитоплазмы на транспорт ионов фосфата.
Похожие диссертации на Регуляция транспорта анионов через мембрану митохондрий цитоплазматическими гликопептидами в норме и при действии тиреоидных гормонов
