Содержание к диссертации
страницы
ВВЕДЕНИЕ 6
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
Глава I. Значение поверхностного заряда и двойного электрического слоя в работе мембранных ферментов .... 9
Взаимодействие катионов с отрицательно заряженной границей раздела фаз 10
Влияние поверхностного заряда и двойного электрического слоя на работу клеточных
мембран 20
Влияние поверхностного заряда и двойного электрического слоя на работу фотосинтетических мембран 21
Влияние поверхностного заряда и двойного электрического слоя на функцию митохондрий растительных и животных тканей 26
0 специфической роли катионов калия в функции митохондрий 37
Глава П. Влияние дипольного потенциала на соотношение ка-
тионной и анионной проницаемостей биомембран ... 46
Глава Ш. Реакция гидролиза в-хлорэтиламинов как модель для изучения влияния кислотно-основных взаимодействий в неперемешиваемом слое на функцию
митохондрий 50
Ш.І. ХЭА как биологически активные соединения ... 51
Ш.2. Действие ХЭА на митохондрии 52
Ш.З. Применение ХЭА для исследования участия поверхностного заряда и примембранного слоя в
функции митохондрий 55
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 58
I. Препаративные методы 58
П. Способы модификации митохондриальной мембраны 58
Ш. Аналитические методы 62
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 66
Глава I. Изучение специфического влияния катионов щелочных
металлов на окислительное фосфорилирование в мито
хондриях 66
Специфическое влияние одновалентных катионов на сопряжение дыхания и фосфорилирования в митохондриях 67
Влияние природы одновалентных катионов на скорость дыхания митохондрий 70
Влияние катионов щелочных металлов на абсолютную величину нефосфорилирующих трансмембранных электрогенных потоков 75
Соотношение фосфорилирующих и нефосфорилирующих трансмембранных потоков в присутствии
ионов цезия и лития 77
Глава П. Идентификация и характеристика двух функциональных
состояний сопрягающей мембраны митохондрий 82
П.І. Температурная зависимость влияния катионов щелочных металлов на эффективность окислительного фосфорилирования в митохондриях ... 83
П.2. Влияние катионов щелочных металлов на эффек
тивность окислительного фосфорилирования в
условиях различной тоничности инкубационной
среды 88
П.З. Влияние катионов лития и цезия на набухание
митохондрий 92
П.4. Влияние катионов щелочных металлов и тоничнос
ти среды на ультраструктуру фосфорилирующих
митохондрий 95
П.5. Влияние тоничности инкубационной среды на
эффективность окислительного фосфорилирования
при различных температурах 99
Глава Ш. Изучение механизма специфического влияния катионов
щелочных металлов на работу системы окислительного
фосфорилирования в митохондриях 104
Ш.І. Изучение физико-химических механизмов специ
фического взаимодействия одновалентных катио
нов с отрицательно заряженными поверхностями
анализ данных литературы 105
Ш.2. Конкуренция ионов лития и цезия с ионами водорода за общие места связывания с митохондриаль-
ной мембраной ПО
Глава ІУ. Изучение функциональной роли неперемешиваемого
примембранного слоя и специфически адсорбированных
катионов в митохондриях 114
ІУ.І. Влияние неперемешиваемого примембранного слоя
на скорость выхода ионов калия, индуцированно
го низкими значениями рН 114
ІУ.2. Влияние неперемешиваемого примембранного слоя на систему эндогенного транспорта ионов калия,
индуцированную ХЭА I в митохондриях 121
ІУ.З. Влияние неперемешиваемого примембранного слоя на перенос Н+-кислоты из мембраны в водную
фазу 124
ІУ.4. Влияние величины отрицательного поверхностного
заряда на перенос Н+-кислоты из мембраны мито
хондрий в водную фазу 131
ІУ.5. Роль специфического связывания катионов щелочных
металлов в процессе переноса Н+-кислоты из мемб
раны в водную фазу 134
Глава У. Тиреоидные гормоны как дипольные модификаторы
фосфолипидных мембран 138
УЛ. Влияние дипольного модификатора флоретина на
ионный транспорт в митохондриях, индуцированный
ионофорами 139
У.2. Регуляция тиреоидными гормонами проницаемости
БЛМ для гидрофобных катионов и анионов 142
У.З. Влияние физиологически активных дипольных модификаторов Тп и Т^ на индуцированный ионный
транспорт в' митохондриях 151
У.4. Активация эндогенных систем ионного транспорта в мембране митохондрий под действием дипольных
модификаторов 151
ВЫВОДЫ 160
ЛИТЕРАТУРА 162
б -
Введение к работе
До настоящего времени основная масса работ в области мембра-
нологии и биоэнергетики была посвящена изучению мембраны как гид-
р рофобного барьера, определяющего локализацию субстатов и продуктов
метаболизма и неорганических ионов, осуществляющего их транспорт между различными компартментами клетки /1-3/.
Однако, в последнее время стало очевидно, что биологическая мембрана представляет собой сложную систему, включающую неперемеши-ваемые слои, ограничивающие диффузию метаболитов и неорганических ионов, поверхностный заряд мембраны и объемный заряд противоионов, специфически связанные с поверхностью органические и неорганические ионы, регулирующие взаимодействие заряженных частиц с мембраной. Гидрофобная зона мембраны характеризуется величиной дипольно-
транст го потенциала, который контролирует скорость^мембранного переноса
проникающих катионов и анионов /4-6/.
Целью настоящей работы является выявление и изучение роли перечисленных выше элементов структурной организации биологических мембран в ионном транспорте через митохондриальную мембрану и в функционировании системы окислительного фосфорилирования в митохондриях печени крыс.
Известно, что внутренняя мембрана митохондрий непосредственно участвует в сопряжении процессов трансформации энергии в клетке при окислительном фосфорилировании /5, 7, 8/. Имеются данные о том, что изменение ионного состава матрикса и среды инкубации митохондрий может контролировать скорость и эффективность работы митохонд-риальной системы окислительного фосфорилирования /9-12/. В настоящее время найдено несколько систем ионного транспорта в мембране
митохондий, которые могут регулировать ионный гомеостаз в клетке /13-27/.
Одним из направлений исследования явилось изучение взаимодействия катионов щелочных металлов с сопрягающей мембраной митохондрий и установление конкретного механизма их влияния на скорость работы ферментов дыхательной цепи и на эффективность сопряжения реакций окислительного фосфорилирования.
Кроме того, был поставлен вопрос о возможных способах регуляции ионного гомеостаза в клетке посредством направленного воздействия на системы ионного транспорта в мембране митохондрий. Конкретной задачей, связанной с этой проблемой, явилось изучение роли дипольного потенциала мембраны в регуляции трансмембранного переноса ионов в митохондриях.
В работе показано существование двух функциональных состояний митохондриальнои мембраны, которые характеризуются различным эффектом катионов щелочных металлов на сопряжение дыхания и фосфорилирования и реализуются при различной тоничности инкубационной среды. Обнаружено, что в условиях гипотонии (100 мОсм.) величина параметра АДФ/0 близка к теоретической и не зависит от ионного состава среды. В изотонических условиях (300 мОсм.) эффективность сопряжения контролируется специфическим связыванием катионов "щелочных металлов с сопрягающей мембраной митохондрий.
Исследовано влияние специфического связывания катионов щелочных металлов на эффективность работы системы сопряжения окислительного фосфорилирования в митохондриях. Найдена корреляция между влиянием поверхностного заряда мембраны и специфической сорбции катионов на величину АДР/0 и на процесс переноса Н-кислоты из гидрофобной зоны мембраны в водную фазу. При этом обнаружен новый механизм разобщения окислительного фосфорилирования, не связанный с
падением трансмембранного потенциала.
Исследовано влияние дипольного потенциала митохондриальной мембраны на индуцированный ионный транспорт. Показано, что действие гормонов щитовидной железы тироксина и трийодтиронина на индуцированный ионный транспорт в митохондриях аналогичен действию на него искусственных дипольных модификаторов. Сходство действия этих соединений на проницаемость фосфолипидных мембран для гидрофобных катионов и анионов подтверждено экспериментами на БЛМ.
В работе показано участие неперемешиваемого примембранного слоя в работе индуцированных эндогенных систем ионного транспорта в митохондриях.
Таким образом, впервые была продемонстрирована функциональная значимость различных элементов структурной организации митохондриальной мембраны - неперемешиваемого слоя, дипольного потенциала, поверхностного заряда и специфически адсорбированных катионов щелочных металлов.
Результаты настоящего исследования вносят новый вклад в понимание функциональной роли различных компартментов биомембран и роли ионного гомеостаза в процессах трансформации энергии в клетке. Обнаруженные новые свойства тиреоидных гормонов как дипольных модификаторов мембран могут быть использованы при расширенных исследованиях механизмов воздействия гормонов на биологические мембраны.
