Обзор литературы. Системы транспорта ионов калия в митохондриях

Известно, что во внутренней мембране митохондрий локализуются ферменты синтеза АТФ, системы транспорта ионов и субстратов дыхания, а также переносчики электронов дыхательной цепи. При работе последних на мембране митохондрий создается потенциал (DY) около 190 мВ, который используется для синтеза АТФ. Существование высокого отрицательного DY создает предпосылки для входа в митохондрии катионов, среди которых основным является калий. Вход катионов К+ ведет к набуханию митохондрий и нарушению их структуры. Поэтому было предположено, что для поддержания объема митохондрий в них, наряду с системой потенциалозависимого входа, должна существовать система выхода катиона [44]. В дальнейшем это было подтверждено экспериментально [24, 56].

Так как скорость входа калия в митохондрии мала [14], первоначально полагали, что он осуществляется лишь благодаря диффузии иона через мембрану, проявляющейся в незначительных токах утечки [25]. Действительно, кажется маловероятным, что на внутренней мембране митохондрий, при наличии столь высокой электродвижущей силы, природа создала специфические каналы для калия. Однако, еще в 1981 году в лаборатории митохондриального транспорта Г. Д. Мироновой [4], а в дальнейшем и другими исследователями [17], из внутренней мембраны митохондрий был выделен селективный для калия канал, выполняющий функцию унипортера, причем антитела к этому белку-каналу специфически ингибировали работу данного канала, не влияя на другие функции митохондрий [6]. В настоящее время уже общепринято, что в митохондриях существует две системы транспорта калия: система унипортера, осуществляющего вход калия по электрохимическому потенциалу, и K+/H+-обменник, транспортирующий калий из митохондрий в обмен на Н+ [26,27]. То есть, в митохондриях существует так называемый калиевый цикл (рис 1).

Рис 1. Митохондриальный калиевый цикл

(по Garlid and Paucek, 2003).

ЭТЦ – электрон-транспортная цепь; ММП – межмембранное пространство.

Первым компонентом этого цикла, выполняющим функцию унипортера, является белок-канал с молекулярной массой 55 кДа [3, 4, 43]. Этот белок, при встраивании в бислойные липидные мембраны (БЛМ), формирует селективные для ионов калия каналы. Позднее было обнаружено, что данный канал ингибируется АТФ [53]. Существование природного ингибитора канала вполне логично, так как закрытие канала предотвращает неконтролируемое набухание митохондрий. К настоящему времени митоКАТФ был обнаружен во внутренней мембране интактных митохондрий методом петч-кламп в нескольких лабораториях [12, 15, 20, 31, 45, 64].

Другим компонентом калиевого цикла является К+/Н+ - антипортер, который в настоящее время также выделен из внутренней мембраны митохондрий и молекулярная масса которого, по данным профессора Гарлида, равна 82 кДа [37]. Предполагается, что антипортер ответственен за поддержание объема митохондрий при увеличении скорости входа калия через внутреннюю митохондриальную мембрану. Открытие митоКАТФ кратковременно сдвигает баланс между К+ - унипортером и К+/Н+ - антипортером до тех пор пока скорость выхода К+ через последний не достигает скорости входа К+.

В настоящее время установлено, что митоКАТФ участвует не только в поддержании объема митохондрий, но и в адаптации животных к экстремальным воздействиям. По результатам, полученным на моделях гибернирующего суслика и адаптированных к холоду животных, в лаборатории митохондриального транспорта было высказано предположение об участии митоКАТФ в несократительном термогенезе [2,18]. Продолжение исследований в этом направлении может иметь значение для решения проблем анабиоза и гипотермического наркоза. Кроме того, в настоящее время стала широко изучаться роль митоКАТФ в кардиопротекции, что будет обсуждаться ниже.


Это интересно:

Количество пептидов средней молекулярной массы в плацентарной ткани в норме и при хронической внутриутробной гипоксии плода
Согласно результатам исследования при хронической внутриутробной гипоксии плода содержание пептидов средней молекулярной массы в плацентарной ткани повышалось в 1,86 раза по отношению к норме (рис. 3). Рис. 3. Содержание пептидов средн ...

Аденилаткиназная реакция
Аденилаткиназная реакция протекает в мышечных клетках в условиях значительного накопления в них АДФ, что обычно наблюдается при наступлении утомления. Аденилаткиназная реакция ускоряется ферментом аденилаткиназой, который находится в сарк ...

Теория самоорганизации
Небезызвестный Г.Беккер недaвно получил Нобелевскую премию зa теорию экономической мотивaции социaльных явлений, однaко те же сaмые мотивaции элементaрно следуют из принципa нaименьшего действия, известного в физике кaк минимум сотню лет. ...