Bilgi

Proton sızıntısı nedir?

Proton sızıntısı nedir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bu konuda biraz fikrim var. Aerobik solunum sırasında ayrışan proteinler yoluyla H+ iyonlarının savurgan geri akışı mı?

Teşekkürler


Kısa cevap: evet. Aynı zamanda, mitokondriyal iç zar protonlara karşı tamamen geçirimsiz olmadığından, ayrıştırıcı proteinlerin yardımı olmadan spesifik olmayan sızıntıyı da içerir. Örneğin, protonlar, proton pompalama komplekslerinden, diğer çözünen taşıyıcılardan veya zardaki diğer açıklıklardan veya düzensizliklerden geriye doğru düşebilir.


Mitokondriyal Proton Sızıntısının Düzenlenmesi ve Fizyolojisi

Mitokondri, bir elektrokimyasal proton gradyanı yoluyla ATP sentezine solunumu çiftler. İç zar boyunca proton sızıntısı, bağlantı verimliliğinin ayarlanmasına izin verir. Bu incelemenin amacı üç yönlüdür: 1) aşina olmayan okuyucuyu proton sızıntısı ve fizyolojik önemi ile tanıştırmak, 2) ayrışan proteinlerin rolünü ve düzenlemesini gözden geçirin ve 3) obezite, diyabet ve yaşa bağlı hastalıkları tedavi etmek için bir yol olarak proton sızıntısının beklentilerini ana hatlarıyla belirtir.


Mitokondriyal Reaktif Oksijen Türleri Lizofosfatidilkolin ile İndüklenen Endotel Hücre Aktivasyonuna Aracılık Eder

Amaç: Hiperlipidemi kaynaklı endotel hücre (EC) aktivasyonu, aterogenezde monosit alımından sorumlu ilk olay olarak kabul edilir. Bununla birlikte, hiperlipidemi kaynaklı EC aktivasyonunun altında yatan mekanizmanın ne olduğu tam olarak tanımlanmamıştır. Burada, mitokondriyal reaktif oksijen türlerinin (mtROS) erken aterosklerozda EC aktivasyonu için sinyal aracıları olarak hizmet ettiği yeni bir hipotezi test ettik.

Yaklaşım ve sonuçlar: Metabolomik ve transkriptomik analizler, 16:0, 18:0 ve 18:1 gibi birkaç lizofosfatidilkolin (LPC) türünün ve Pla2g7 ve Pla2g4c dahil olmak üzere bunların işleme enzimlerinin, apolipoprotein E nakavt farelerin aortalarında önemli ölçüde indüklendiğini ortaya çıkardı. erken ateroskleroz. Elektron spin rezonansı ve akış sitometrisini kullanarak, LPC 16:0, 18:0 ve 18:1'in, nikotinamid adenin dinükleotid fosfat oksidaz aktivitelerinden bağımsız olarak, birincil insan aortik EC'lerinde mtROS'u indüklediğini bulduk. Mekanik olarak, konfokal mikroskopi ve Seahorse XF mitokondriyal analizörü kullanarak, LPC'nin benzersiz kalsiyum giriş aracılı proton sızıntısı artışı ve mitokondriyal O2 azalması yoluyla mtROS'u indüklediğini gösterdik. Ek olarak, mtROS'un, aktivatör protein-1'in nükleer bağlanmasını düzenleyerek ve in vitro hücreler arası yapışma molekülü-1 gen ekspresyonunu indükleyerek LPC kaynaklı EC aktivasyonuna katkıda bulunduğunu bulduk. Ayrıca, mtROS inhibitörü MitoTEMPO'nun, intravital mikroskopi ve akış sitometrisi yöntemlerini kullanarak apolipoprotein E nakavt farelerde EC aktivasyonunu ve aort monosit alımını baskıladığını gösterdik.

Sonuçlar: ATP senteziyle bağlanmamış, ancak proton sızıntısıyla birleşmiş, mtROS artışı, erken ateroskleroz sırasında LPC'nin neden olduğu EC aktivasyonuna aracılık eder. Bu sonuçlar, mitokondriyal antioksidanların vasküler inflamasyon ve kardiyovasküler hastalıklar için umut verici tedaviler olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: ateroskleroz endotel hücresi hiperlipidemi mitokondri reaktif oksijen türleri.


Sonuçlar

Yaklaşım

Kavramsal olarak, solunum zincirinin üç proton yer değiştiren kompleksinin tümü (Şekil 1), ayrıntılı moleküler mekanizmalar çok farklı olmasına rağmen aynı şekilde işlev görür. Her durumda, negatif yüklü N tarafından iç mitokondriyal zarın pozitif yüklü P tarafına (burada reaksiyon 1 olarak tanımlanır) proton translokasyonunun enerjik olarak yokuş yukarı, endergonik veya "yönlendirilmiş" bir reaksiyonu ile uğraşıyoruz. Böyle bir reaksiyon kendiliğinden gerçekleşemez, ancak enerjik olarak yokuş aşağı, ekzergonik veya "sürüş" reaksiyonu (reaksiyon 2) ile birleştiğinde mümkün olur; bu, NADH'nin ubikinon tarafından oksidasyonu (kompleks I tarafından katalize edilir), ubikinolün ferrisitokrom tarafından oksidasyonu. C (kompleks III tarafından katalize edilir) veya ferrositokromun oksidasyonu C dioksijen (kompleks IV tarafından katalize edilir) veya bu üç fonksiyonun herhangi bir kombinasyonu ile (Şekil 1).

Protonmotor kompleksler I, III ve IV, zincirin ek bileşenleri, kompleks II, sitokrom ile birlikte iç zarda tasvir edilmiştir. C ve ubikinon (Q), hidrojen donörleri NADH ve süksinat ve alıcı, O2. N,N,N',N'-tetrametil-fenilen-diamin (TMPD) ve askorbat (açıklık için gösterilmemiştir, metne bakınız) kombinasyonu, elektronları doğrudan sitokroma bağışlar C ve böylece sadece karmaşık IV'ü devreye sokar. Siyah oklar zincirdeki hidrojen ve elektron transferlerini gösterir ve sonunda O2'yi azaltır.2 Suya. Kırmızı oklar, ilişkili protonmotiv olaylarını sembolize eder. Zn etkin protonmotif H + /e - stokiyometri, kompleks I ve kompleks IV için 2, kompleks III için 1 (bkz. “Yöntemler”) ve n kompleksin adıdır. Tipik ortalama redoks potansiyeli farkları (ΔE) her kompleksin karşısında verilmiştir. Net serbest enerji değişimi (ΔG) herhangi bir kompleks kombinasyonu için, ilgili redoks potansiyel farkının ve proton hareket kuvvetinin (Δ) aritmetik toplamı olarak verilir.P) H + /e - stokiyometri ile çarpılır (Z), nerede ΔE negatif bir işarete sahiptir ve Δ'den büyüktürP redoks kimyasının proton translokasyonunu yönlendirdiği durum için.

Bunu, dengede olmayan bağlı reaksiyonların genel termodinamiği seviyesinde ele alarak yazılabilir (bkz. ref. 14,15,16)

nerede J1 ve J2 birleştirilmiş reaksiyonların akışlarıdır ve x1 ve x2 karşılık gelen kuvvetlere bakın (serbest enerjiler). Elektron taşıma zinciri kompleksleri durumunda, bu şu hale gelir:

nerede JH proton akışıdır (protonlar zarın N'den P tarafına pompalandığında negatiftir), Je elektron akışıdır, ΔP protonmotor kuvvetidir ve ΔE düşünülen reaksiyonun verici ve alıcı tarafındaki redoks taşıyıcılarının redoks aralığı veya redoks potansiyelindeki farktır. çapraz kuplaj katsayıları L12 ve L21 birçok oksidatif fosforilasyon koşulu altında karşılanan Onsager simetrisi olarak adlandırılan eşit olduğu varsayılır (bkz. ref. 15,16 ve aşağısı). Bir pompa için, L11 ve L22 olumsuzdur ve L12 ve L21 pozitifler.

Mitokondriyal redoks bağlantılı proton translokasyonunu denklem 1 ile tedavi etmemizin, proton akışı, JH, F boyunca proton akışından değerlendirilecektirÖ ATP sentezine yol açan ATP sentaz kısmı (aşağıya bakınız). Denklem (1b), membran dielektrik boyunca proton akışını (proton sızıntısı) açıkça içermez. Bu tür proton sızıntısı ve ayrıca solunum komplekslerindeki elektronlar ve protonlar arasındaki eksik eşleşme (yani proton veya elektron "kayması", bkz. ref. 7,8,9,10,11,12,13,17 ve Şekil 2) , bunun yerine toplu olarak "bağlanma derecesi" olarak kabul edilir (Q) aşağıda tanımlanacağı gibi reaksiyon 1 ve 2'nin.

Karikatür, solunum zincirinin (solda) bir protonmotor redoks kompleksinin bir prototipini ve F'nin şematik bir görünümünü göstermektedir.1FÖ ATP sentaz (sağda), her ikisi de iç mitokondriyal fosfolipid zarına gömülü. Kırmızı oklar, ya bağlı (Je P ) zar boyunca proton pompalamak için (JH P ) veya ondan ayrılmış (“elektron kayması”, Je S ). JH L pompa mekanizmasındaki içsel bir proton sızıntısını gösterir (“proton kayması”). JH m Zar boyunca bir proton sızıntısı ile proton hareket kuvveti kaybı anlamına gelir. F boyunca proton akışıÖ ATP sentazın alanı (JH F ) önemli kaymalar olmaksızın ATP sentezine tam olarak bağlı olduğu varsayılır (metne bakınız). Stokiyometrik yönler (H + /e - ve H + /ATP oranları) netlik için atlanmıştır (ancak metne bakınız).

Çıktı ve girdi kuvvetleri ve akış oranlarının aşağıdaki gibi tanımlanması x (=ΔPE) ve J (=JH/Je), sırasıyla ve mekanik H + /e - stokiyometri, Z, birincil akış/kuvvet-birleştirme katsayıları arasındaki oranın karekökü olarak, yani. Z = √(L11/L22), bir Denklem'den elde edilir. (1) 14,15,16

nerede Q tarafından verilir:

Faktör Q girdi ve çıktı süreçleri 14 arasındaki bağlantı derecesi olarak adlandırılır ve 0 (bağlantı yok) ile 1 (tam bağlantı) arasında değişir. İki reaksiyonun tam birleşmesi ile (örn. Q = 1), akı oranı J eşittir -Z.

Oran J/Z, (H + /e - )/ değerine eşdeğerZ, termodinamik verimlilikle karıştırılmaması gereken “stoikiometrik verimlilik” 18 olarak adlandırılmıştır (aşağıya bakınız). J/Z ayrıca kuplaj derecesine eşdeğer değildir (Q), özel durum hariç x = 0, yani tahrik edilen reaksiyonun kuvveti sıfır olduğunda (ΔP = 0) ve bağlı reaksiyon bir yük olmadan devam eder (bkz. Denklem (2)). Bu özel durum "düzey akış" 14,15,16 olarak adlandırılmıştır ve genellikle H + /e - oranını deneysel olarak belirleme yöntemlerinin çoğunda denenen bir durumdur (ancak aşağıya bakınız). Böyle deneysel olarak türetilmiş bir H + /e - oranının (J) düz akışta gerçek mekanik stokiyometriye eşit değildir (Z), ancak bağlantı derecesi ile çarpılan bu değere, yani. qZ.

Odak

Bu çalışmanın bir amacı, redoks güdümlü proton translokasyonunun termodinamik verimliliğini değerlendirmektir. Termodinamik verimden beri (η) iki bağlı reaksiyonun çıkış ve giriş güçleri arasındaki oran olarak tanımlanır ve güç akının ürünü olduğundan (J) ve kuvvet (x) yazabiliriz

burada negatif işaret, tahrik edilen reaksiyon akışının (JH) eşlenik kuvvetine karşı bir yönde meydana gelir (ΔP), yani net proton akısına sızıntıdan ziyade pompalama hakimdir. Akış ve kuvvet oranlarının önceki tanımlarından (J ve x), bu denklemi basitleştirir

Böylece termodinamik verim (ηProton pompalaması proton sızıntısına eşit olduğundan, net proton akışı (J F H, Şekil 2) sıfıra yaklaşır. Bununla birlikte, her bir bireysel proton pompalama kompleksi, Durum 4'te hala yüksek verimlilikte çalışıyor olabilir, ancak proton pompaları tarafından iletilen enerji, zardan sızıntı yoluyla dağılır. Düzey akış 14,15,16 olarak da adlandırılan tamamen bağlanmamış durumda, proton hareket kuvveti (yani çıkış enerjisi, x1) sıfıra yaklaşır ve dolayısıyla η da sıfırdır. Açıkça, genel reaksiyonun maksimum verimliliği, statik yük ve seviye akışı arasında bir yerde elde edilir (Ayrıntılar için aşağıya bakınız). Sitokromun proton pompasının matematiksel bir modelinde C Oksidaz, Kim ve Hummer 19, termodinamik verimliliğin proton hareket kuvvetine, Şekil 3'te gösterilen teorik olarak çok benzer bir çan şeklinde bağımlılığı buldular.

Şekil, verimliliğin bağımlılığını göstermektedir (η) mekanik (ideal) H + /e − stokiyometri (Z) (ayrıca bkz. ref. 14 ), Denklem'e göre. (4), dört farklı bağlantı derecesi için (Q) Denklem ile tanımlandığı gibi. (7). Örnek eğriler, yalnızca redoks reaksiyonunun proton translokasyonunu yönlendirdiği "yokuş yukarı" durum için verilmiştir. İnce mavi çizgiler, izole edilmiş sıçan-karaciğer mitokondrisinin 3. Durumunda gözlemlenen yaklaşık kuvvet oranları ve verimlilik aralığını gösterir (bkz. Tablo 1). Verilerin kapsadığı alan mavi bir dikdörtgen ile gösterilir.

ADP ve inorganik fosfatın fazla olduğu Durum 3 (Pben), yüksek bir solunum hızını 6 ve Δ tarafından yönlendirilen ATP'nin eşzamanlı sentezini destekler.P, statik kafa ve seviye akışı arasında yer alır ve bu nedenle termodinamik verimliliğin belirlenmesi için uygun olan tek makul iyi tanımlanmış izole mitokondri durumudur.

Denklem kullanılarak verimliliğin belirlenmesi. (5) Durum 3'teki kuvvet oranı bilgisini gerektirir (x), NAD + /NADH, ubiquinone/ubiquinol, ferri-/ferrositokromun redoks dengesinin bulunduğu literatür verilerinden hesaplanabilir. C ve oksijen/su redoks çiftleri 20 rapor edilmiştir. Ancak, akı oranı (J) (yani, H + /e - oranı) Durum 3'te doğrudan ölçülemez. Neyse ki, transfer edilen elektron başına oluşan ATP miktarının bir meta-analizine erişimimiz var (ATP/2e - veya P/ olarak adlandırılır). O oranı) Durum 3 21'deki mitokondriyal solunum zincirinin farklı alanlarında. Bu tür ATP/2e − verileri, bağıntı ile H + /2e − oranlarına (akı oranlarının iki katı olan j) dönüştürülebilir.

burada H + /ATP, yani sentezlenen ATP molekülü başına iç zarın P tarafından N tarafına yer değiştiren protonların sayısı, ekstramitokondriyal olarak üretilen ATP durumunda hayvan mitokondrilerinde 3.67'dir. Hayvan mitokondrilerindeki ATP sentazının membran halka yapısının sekiz c alt birimi nedeniyle, sekiz proton, tam dönüş başına yer değiştirir ve bunun sonucunda üç ATP 22 molekülü sentezlenir ve 8/3 veya 2.67 H+/ATP verir. ADP ve P karşılığında, oluşan ATP'nin ekstramitokondriyal boşluğa daha fazla yer değiştirmesiben ters yönde, bir protonun daha 22 yer değiştirmesi karşılığında sırasıyla ADP/ATP ve fosfat taşıyıcılarında gerçekleşir.

Unutulmamalıdır ki akı oranı, J, bu yöntemle değerlendirilen yalnızca ATP sentezi için kullanılan üretken proton akışını ölçer (bakınız Şekil 2 ve aşağısı).

Eşleşme derecesini türetmek için (Q) Durum 3 mitokondride, mekanik stokiyometriyi bilmek yeterli değildir (Z) ve H + /e - oranı (J). Yukarıda da belirtildiği gibi, Q = J/Z sadece yükün olmadığı özel durumda, yani. x = 0. Durum 3 mitokondri düz akışta çalışmıyor (ΔP = 0), ancak önemli bir kuvvet oranında (x) ΔP genellikle ca. 170 mV 7,8,9,10,13,23 . Bu nedenle denklemi çözmek gerekir. (3) ile ilgili olarak Q, verim

Bağlanma derecesi (Q) bu işlemde bir sabit olarak kabul edilebilir, H + /e - oranı (yani akı oranı J) değildir, ancak artan yük ile azalır (x) maksimum değerinden qZ sıfır yükte 14,15,16 .

Termodinamik verimlilik

Tablo 1, Durum 3'te izole edilmiş mitokondrilerdeki üç redoks kompleksi için birlikte çalışan veya ayrı olarak değerlendirilen verileri gösterir (bkz. "Yöntemler"). Üç redoks kompleksi arasındaki karşılaştırma için, kuvvet oranı (x) mekanik H + /e - stokiyometri ile çarpılarak normalize edilir, Z, sırasıyla kompleks I, III ve IV için 2, 1 ve 2'dir (bkz. “Yöntemler”) ve akı oranı (J) ile bölünerek normalleştirilir Z. Tek tek kompleksler için veriler aşağıdaki gibi elde edildi (bakınız Şekil 1). ATP/2e - kompleks I için, NADH-bağlı substratlar ve süksinat ile ortalama oranlar arasındaki fark olarak alındı. Kompleks IV için oran, substrat olarak TMPD+ askorbat ile ortalama ATP/2e'ye dayanıyordu. Kompleks III'ün oranı, substratlar olarak süksinat ve TMPD+ askorbat ile ATP/2e - oranları arasındaki farka dayanıyordu.

Tablo 1'de gösterildiği gibi, hesaplanan termodinamik verim (η) arasında değişir

%67 ve %87, en yüksek olanı kompleks I'in verimliliğidir. Bir sonraki bölümde açıklanan kompleks IV için iki veri seti listelenmiştir.

Karmaşık IV'ün özel durumu (sitokrom C oksidaz)

Karmaşık IV verilerinin geleneksel tedavisi (Tablo 1, parantez içindeki veriler), solunum zincirinin terminal enziminin, kompleks III'ün (%78) ve kompleks I (%87). Bunun, genel karmaşık IV reaksiyonunun geri döndürülemez olduğu gerçeğiyle ilgili olduğundan şüphelenilebilir, bu nedenle O oluşumu2 protonmotor kuvvet tarafından tahrik edildiği için sudan mümkün değildir. Bununla birlikte, karmaşık IV kataliz 1,24 mekanizmasının aydınlatılması, tersinmezliğin, büyük ΔG 0, oksijene bağlı ara ürün A'nın ara ürün P'ye dönüştürüldüğü (bakınız ref. 25, Şekil 4), ne proton pompalamaya ne de zar-ötesi elektrona veya proton transferine bağlı olmayan bir reaksiyon 1,24. O'nun bağlanması2 ara R'ye tamamen tersine çevrilebilir 26,27 ve en önemlisi, katalitik döngünün diğer dört kısmi reaksiyonunun tümü, proton yer değiştirmesi 1,24 ile birleştirilir ve gerçekten de proton hareket kuvveti 28 tarafından tersine çevrildiği gösterilmiştir.

Binükleer merkez, hemden oluşan bir dikdörtgen olarak gösterilmiştir. a3 (Fe) yakındaki CuB (Cu) ve Cu'nun üç histidin ligandından birine kovalent olarak bağlı korunmuş tirozin (tyr-OH, tirozin tir-O - , tirozinat tyr-O*, nötr tirozin radikali)B. Cu'nun üç histidin ligandıB hem de proksimal histidin a3 netlik için gösterilmemiştir. Her bir ara durumun adı, her dikdörtgenin sağ köşesinin dışında bulunur. Kırmızı oklar, her biri düşük spinli hemmden bölgeye elektron transferini içeren reaksiyonları belirtir. aoksijen indirgeme kimyasını tamamlamak için membranın N tarafından bir substrat protonunun net transferi ve başka bir protonun alınması (N tarafından) ve salınması (P tarafına) (yani proton pompalaması). Bu nedenle, kırmızı oklar, yüksek Δ değerinde tersinir olan kısmi redoks reaksiyonlarını gösterir.P. Mavi ok, O'nun O–O bağının olduğu tersinmez kısmi reaksiyon adımını gösterir.2 enerji iletimi ile bağlantılı olmayan bir reaksiyonda kırılır. Klasik "demirli-oksi" ara ürünü A 26'nın, hem'nin bir demir-süperoksit durumu olarak daha doğru tanımlandığına dikkat edin. a3 5 .

Genel sitokromun tersinmezliği C bu nedenle oksidaz reaksiyonu, redoks kimyasının proton translokasyonuna gevşek bir şekilde bağlanmasını önermek için alınmamalıdır. Analizi bu birleştirilmiş reaksiyon adımlarına odaklamak için, A → P tersinmez reaksiyon adımının serbest enerji değişimini (Şekil 4 ca. 5 kcal/mol 25 ) genel standart itici kuvvetten çıkardık. Temel analizde (Tablo 1, parantez içindeki veriler), ortalama bir O konsantrasyonu varsaydık.2 itici gücün hesaplanmasında 120 μM. Ancak, Wilson ve ark. 29, vericinin redoks potansiyeli, sitokrom C, indirilmez (cyt. C oksijen konsantrasyonu yakl. 10 μM. Bu nedenle O'nun redoks potansiyelini ayarladık.2/2H2O çifti ile 12 μM O2 Gerçek verimliliğin daha iyi bir tahminini elde etmek için.Tablo 1'de gösterildiği gibi, bu iki değişiklik, tamamen kuvvet oranındaki değişiklik nedeniyle termodinamik verimi %67'den %77'ye yükseltir. Karmaşık IV'ün gerçek proton pompası elemanlarının ortalama termodinamik verimliliğinin (Şekil 4'teki kırmızı oklar) diğer komplekslerinkiyle oldukça karşılaştırılabilir olduğu ve karmaşık IV fonksiyonunun daha düşük toplam verimliliğine, tersinmez adımın neden olduğu sonucuna vardık. Üretim protonmotor kuvvetine bağlı olmayan O-O bağını kırmak.

Kuplaj derecesi

Tablo 1, bağlantı derecesinin sonuçlarını göstermektedir (Q) Denklem 3'e göre Durum 3 için hesaplanmıştır. (7). Burada esas olan, solunum zincirinin her üç kompleksi için de eşleşme derecesinin çok yüksek olmasıdır. Q 0,99'un çok üzerinde. Bundan dolayı, normalleştirilmiş çıktı/giriş kuvveti oranı (Zx) Durum 3'te, termodinamik verimliliğin adil bir yaklaşıklığını verir (bkz. Denklem (2) ve (5)), bu da bu oranın bir verimlilik göstergesi olarak kullanımına güvenir (örn., ref. 30). Bağlantı derecesi, burada 170 mV olduğu varsayılan Durum 3'teki proton hareket kuvvetine oldukça duyarsızdır (yukarıya bakın). eğer ΔP eğer 150 mV olsaydı, örneğin süksinat oksidasyonu (kompleksler III + IV) için bağlanma derecesi sadece 0.992'ye düşerdi.

Çok yüksek derecede bağlantı (Q Burada fosforile edici (Durum 3) mitokondri verilerinden bulunan > 0.99, mitokondriyal solunum hızlarının membran potansiyeline bağımlılığı temelinde daha önce yapılan sonuçlarla keskin bir tezat oluşturuyor gibi görünebilir. Örneğin, Hinkle ve ark. 23, fosforile edici Durum 3'teki ile aynı zar potansiyelinde ölçülen Durum 4 solunum hızının, Durum 3'teki solunum hızının önemli bir kısmı olduğunu buldu. Bu şekilde değerlendirilen enerji kaybı, substrat olarak süksinat ile neredeyse %4 idi. (karmaşık III + IV aktivite) ve

Yalnızca kompleks IV için %7 (ayrıca bkz. “Tartışma”). Bununla birlikte, burada gözlemlenen Durum 3'teki akı oranları (H + /e - ) normalleştirmeden sonra 0.95-0.98 idi. Z (Tablo 1), yukarıda belirtilen verilerle tutarlı olarak sızıntılarda %2-5'lik bir kayıp olduğunu göstermektedir. Kuplaj derecesi ideal olmadığı sürece (örn. Q < 1), akı oranı artan kuvvet oranı 14,15,16 ile azalmaya bağlıdır. Yukarıda zaten sonuçlandığı gibi, J eşittir qZ sadece x = 0, yani protonmotor kuvveti sıfır olduğunda akış seviyesinde.

Birleştirilmiş reaksiyonlar dengeye yakın çalışır

ΔG üç protonmotif kompleksin herhangi biri veya bunların kombinasyonu için oksidoredüksiyona bağlı proton translokasyonunun birleştirilmiş reaksiyonunun serbest enerji değişimini gösterir, yani.

Solunum zincirinin farklı kompleksleri için redoks aralığı (X2, veya ΔE) daha önce olduğu gibi literatürden elde edilebilir (Tablo 2 20,31). Durum 3 için, 170 mV'lik bir pmf varsaydık (yukarıya bakın) ve bu, yaklaşık olarak serbest enerji değişimi verir. −44 mV, I ve III kompleksleri için, buna karşılık gelen

-1 kcal/mol, bu durum 3'te bile bu komplekslerin termodinamik dengeye oldukça yakın çalıştığını gösterir. Karmaşık IV daha az tersine çevrilebilir görünür, ancak geri döndürülemez O–O bağ bölünmesi çıkarıldığında ve O2 konsantrasyon fizyolojik seviyelere ayarlandığında (yukarıya bakın), zardan proton transferini fiilen sağlayan reaksiyonların ortalama serbest enerji değişimi sadece −1.8 kcal/mol (−78 mV) düzeyindedir.

Durum 4 için değerler ayrıca Tablo 2'de listelenmiştir. Δ için deneysel bir değerin yokluğunda.P Muraoka & Slater deneylerinde 20, bunu aşağıdaki gibi tahmin ettik. Substratlar 20 olarak süksinat ve TMPD + askorbat ile solunumun çalışıldığı, kompleks I boyunca net elektron akışının olmadığı veya çok sınırlı olduğu durumları topladık. Bunun yerine, oluşturulan ΔP elektronları sitokromdan geriye doğru iter C ve ubikinon'u NAD +'ya, kompleks I'in redoks reaksiyonlarının Δ ile dengelenmesi gereken kararlı bir duruma ulaşılana kadarP. Bu koşullar altında, Δ olduğunu buldukE I kompleksi boyunca sırasıyla 373 ve 374 mV idi, yani bir Δ'ye karşılık geliyorP 10 mM inorganik fosfat 7,9 varlığında izole sıçan karaciğer mitokondri için çok iyi bir yaklaşık gibi görünüyor 187 mV,. Δ için bu değeri kullanmaP, kompleks I'in gerçekten de NAD bağlantılı substratların oksidasyonu sırasında Durum 4'te termodinamik dengeye çok yakın çalıştığını bulduk. Buna karşılık, III ve IV kompleksleri dengeden daha fazla sapar (Tablo 2, aşağıya bakınız).

Bağlanma derecesi sabit midir?

Durum 4 (statik kafa), net Δ oluşumunun olduğu durum olarak tanımlanır.P (J1) kaybolur. Eğer J denklemde sıfırdır. (2), o zaman sağ tarafın payı sıfır olmalıdır, bundan sonra kuvvet oranı, x = ΔPE, 14,15,16 kuplaj derecesinin doğrudan bir fonksiyonudur, öyle ki

Bu bir basitleştirmedir çünkü 7,8,9,10 membranından herhangi bir proton sızıntısı net Δ oluşumunu sağlayacaktır.P (J1) pompalama kompleksleri tarafından yine bu kaçak tarafından belirlenen bir oranda oluşur. Bununla birlikte, iyi eşleşmiş mitokondride, solunum zincirindeki ileri ve geri akışlara göre sızıntı yavaştır, böylece solunum komplekslerinin redoks reaksiyonları, Durum 4'te ve hatta Durum 3'te proton hareket kuvveti ile dengeye oldukça yakın kalır. (Tablo 2).

Denklemi uygulama (9) Devlet 4 verilerine (Tablo 2) şunu önermektedir: Q kompleks I için 0.99'dur, ancak kompleks III ve IV için sırasıyla sadece 0.84 ve 0.90'dır, ikincisi O–O bağ bölünmesinin tersinmezliği için ayarlanmış ve 12 μM O'da değerlendirilmiş olsa da2, yukarıda anlatıldığı gibi. Değerleri Q 0.99'dan önemli ölçüde daha küçük, daha önce izole edilmiş mitokondri 15 için rapor edilmiştir, ancak bunlar aynı zamanda Denk. (9) ve Devlet 4 durumu.

Bu sonuç, Devlet 4'te kompleks I'in oksido-indirgenme reaksiyonu ve bununla bağlantılı proton translokasyonu arasındaki termodinamik dengeye yakın bir yaklaşımı ve dolayısıyla, Durum 3'te bulunduğu gibi eşleşme derecesinin birliğe yakın olduğunu göstermektedir (Tablo 1). Buna karşılık, kompleks III ve IV için bağlanma derecesi, Durum 3'te bulunan değerden, yani aktif oksidatif fosforilasyon sırasında açıkça düşmüş görünmektedir.


Izole edilmiş mitokondri

Akılar: mitokondriyal proton akımı (solunum hızı)

Proton akımının ölçümü, yalnızca biri ölçülecekse, genellikle pmf ölçümünden daha bilgilendiricidir (ancak her ikisini de bilmek en iyisidir). Aynı şekilde, elektrik besleme kutunuzdaki voltaj düşüşünü bilmek yerine, ev aletlerinizin elektrik şebekesinden çektiği akımı bilmek daha bilgilendiricidir.

Hem mitokondrilerde hem de hücrelerde elektron taşınması ve proton ekstrüzyonu arasındaki sıkı bağlantı [35-37], belirli bir substrat için mitokondriyal oksijen kullanım oranının toplam proton akımının doğru bir ölçüsü olduğu anlamına gelir. Bu oran, tek bir işlemin aktivitesini ölçer: iki molekül su üretmek için dört elektronun karmaşık IV içinde bir oksijen molekülüne transferi. Bu belirgin sınırlamaya rağmen, deneyler, hücreye substrat taşınması, sitoplazmik metabolizma, mitokondriye taşınma, mitokondriyal metabolizma, solunum zincirine elektron verilmesi, kompleks I veya II, kompleks III, kompleks IV, ATP sentezi, proton sızıntısı, sitoplazmaya ATP ihracatı ve hücre ATP kullanımı. Çok çeşitli modüllerde ve reaksiyonlarda disfonksiyonu ortaya çıkarmak için solunum kullanma sanatı, disfonksiyonun en kolay şekilde tanınmasını ve ölçülmesini sağlamak için kontrolü bu reaksiyona taşıyan deneyler tasarlamakta yatar. Clark oksijen elektrotu, mitokondriyal solunumu ölçmek için 50 yıldır kullanılmaktadır [38], ancak plaka bazlı floresan tahlilleri gibi diğer yöntemler [39,40] aynı bilgiyi sağlayabilir.

Mitokondriyal solunum kontrolü: İzole mitokondride mitokondriyal fonksiyonun en iyi genel ölçüsü

Mitokondriyal biyoenerjetik fonksiyonu belirlemek için klasik oksijen elektrot deneyleri Chance ve Williams [38] tarafından geliştirilmiştir. Bir mitokondriyal inkübasyona substrat eklenir, ardından az miktarda ADP, ATP sentazın işlev görmesine, pmf'nin düşmesine ve elektron taşınmasının hızlanmasına izin verir ('durum 3')ADP'). ATP/ADP oranı dengeye yaklaştığında, pmf yükselir, sentaz yoluyla proton girişi durur ve solunum yavaşlar ('durum 4'). Uygulamada, inkübasyonda ATP'nin bulunması durum 4'te ek etkilere sahip olabilir. Herhangi bir kontamine edici ATPase aktivitesi (örneğin, bağlanmamış ATPaz'lı kırık mitokondri veya bir kas mitokondriyal preparasyonunda kalan kas lifleri) düşük solunumun eski haline gelmesini önleyecektir. Bu nedenle durum 3ADP ATP sentaz inhibitörü oligomisin eklenerek solunum sonlandırılabilir ve bir 'durum 4o' ('durum 4') elde edilir.oligomisin') ATP geri dönüşümünün katkıda bulunamadığı oran. Oligomisin ilavesini, FCCP (karbonil siyanür) gibi dikkatli bir şekilde titre edilmiş bir protonofor konsantrasyonu takip edebilir. P-triflorometoksifenilhidrazon), bağlanmamış solunum sağlamak için ('durum 3FCCP' veya 'durum 3u'). ATP sentaz aktivitesinin çok sınırlı olduğu kahverengi yağdan olanlar gibi bazı mitokondrilerde, durum 3u, maksimum durum 3'ten çok daha yüksek olabilir.ADP [41].

Bu klasik deneyde mitokondri davranışını ölçmek için hala iki 'kemiyosmotik öncesi' parametre kullanılmaktadır: 3. durumda solunum olarak tanımlanan mitokondriyal RCR [solunum kontrol oranı (durum 3/durum 4)]ADP 4 durumundaki buna bölünür ve P/O oranı, mol O başına sentezlenen mol ATP ( 1 /2Ö2) kullanılmış. Ayrılan proteini yağ asidi [42] tarafından aktive edilen kahverengi yağ mitokondrisi gibi nadir istisnalar dışında, doğru tasarlanmış inkübasyon koşulları altında 'sağlıklı' mitokondri yüksek solunum kontrolü gösterir: ADP ile solunum hızında büyük bir artış ve ardından 4. duruma dönüş Mitokondriyal solunum kontrolü, mitokondrinin ana işlevini kapsar: düşük hızda boşta kalma, ancak ATP'yi yüksek hızda yaparak ADP'ye yanıt verme yetenekleri. Yüksek bir RCR, mitokondrinin substrat oksidasyonu ve ATP devri için yüksek bir kapasiteye ve düşük bir proton sızıntısına sahip olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, değerler substrata ve dokuya bağlı olduğundan, işlevsiz mitokondrinin teşhisi için mutlak bir RCR değeri yoktur. Mitokondriyal solunum kontrolü, değeri çok sayıda faktöre bağlı olan karmaşık bir fonksiyondur ve bu karmaşıklık onun ana gücüdür: oksidatif fosforilasyonun hemen her yönündeki bir değişiklik RCR'yi değiştirecektir.

durum 3ADP ATP dönüşüm (öncelikle adenin nükleotid translokaz, fosfat taşıyıcı ve ATP sentaz) ve substrat oksidasyonunun (substrat alımı, işleme enzimleri, ilgili elektron-taşıma-zincir kompleksleri dahil) aktivitesi tarafından yaklaşık olarak eşit olarak (dokuya ve koşullara bağlı olarak) kontrol edilir, UQ (ubikinon) ve sitokrom havuz boyutları Cve [O2]) (Şekil 2C). Bu işlemlerden herhangi birinin engellenmesi durum 3 oranını azaltacaktır.

Durum 3u, yalnızca substrat oksidasyonu tarafından kontrol edilir ve solunum zinciri bileşenlerinde, substrat translokazlarında veya dehidrojenazlarda işlev bozukluğunu tespit eder. Farklı substratlar, çoklu metabolik yolların veya solunum komplekslerinin araştırılmasına izin verir.

Durum 4, ağırlıklı olarak proton sızıntısı ve sentezlenmiş ATP'yi ADP olarak geri dönüştüren herhangi bir kirletici ATPaz tarafından kontrol edilir (ve küçük bir ölçüde substrat oksidasyonunun aktivitesi ile) (Şekil 2C).

Durum 4o, proton sızıntısının aktivitesi ile kontrol edilir (ve yaklaşık %10 substrat oksidasyonu ile). Düşük bir durum hızı, mitokondrinin elektron taşınmasını kısıtlamak için yeterince yüksek bir pmf'yi koruduğunu gösterir (bkz. Şekil 2B'deki 'substrat oksidasyonu' eğrisine bakın, burada pmf, solunum hızını yavaşlatmak için >100-120 mV olmalıdır). Daha yüksek bir durum oranı 4o değiştirilmiş proton sızıntısını gösterir canlıda veya yapay bir proton sızıntısına neden olan uygun olmayan izolasyon teknikleri.

Böylece RCR'ler, ya durum 3ADP/durum 4 veya daha az bir ölçüde, durum 3u/durum 4o, oksidatif fosforilasyonun hemen hemen her işlevsel yönünden güçlü bir şekilde etkilenir, bu da onları işlev bozukluğunun iyi göstergeleri haline getirir. Bununla birlikte, kullanılan elektrot sistemi Teflon karıştırıcı çubuğundan (süspansiyondaki oksijenin yarısını tutabilen) veya çevreleyen kap veya atmosferden önemli miktarda oksijen geri difüzyonuna sahipse, oranlar ölçümdeki hatalara karşı çok hassastır. 4 oran önemli ölçüde küçümsenebilir, bu da literatürde bulunan çok yüksek görünen RCR değerlerinden bazılarıyla sonuçlanabilir. Bunun testi, RCR'nin düşük oksijen geriliminde aynı kalmasını sağlamak veya solunumu tamamen engellemek ve yukarı doğru kaymayı kontrol etmek için durum 3/durum 4 döngüsünü tekrarlamaktır.

Süksinat (ve uygun dokularda gliserol fosfat) gibi elektronları UQ havuzuna besleyen substratlar, elektron çifti başına NADH bağlantılı substratlardan daha az protonu yer değiştirir, bu nedenle aynı proton döngü hızı daha yüksek bir solunum hızı gerektirir. Hem durum 3 hem de durum 4 aynı faktör tarafından değiştiğinden, bu RCR'yi etkilemez. Bununla birlikte, kinetik ve termodinamik nedenlerle daha yüksek bir pmf ürettikleri için RCR bu substratlarla daha düşük olma eğilimindedir. Proton sızıntı hızı voltaja bağlı olduğundan [22] (Şekil 2B'deki 'proton sızıntısı' eğrisine bakın), bu, proton sızıntısında herhangi bir değişiklik olmaksızın durum 4 oranını arttırır. Ayrıca, aynı inkübasyon koşulları altında, farklı dokulardan mitokondri ile çok farklı RCR'ler görülebilir, bu da farklı substrat oksidasyon kinetiklerini ve endojen proton sızıntısının farklı fizyolojik rollerini yansıtır [43].

Sonuç olarak, solunum kontrol oranı, izole mitokondride tek ve en kullanışlı genel fonksiyon ölçüsüdür. Yüksek RCR, iyi işlevi gösterir ve düşük RCR genellikle işlev bozukluğunu gösterir. RCR'nin faydası karmaşıklığına dayanır: oksidatif fosforilasyondaki hemen hemen her değişiklik RCR'yi değiştirecektir. Mutlak oranlar ve RCR bir tedaviden etkilenmiyorsa, izole mitokondride genel bir biyoenerjetik işlev bozukluğunun olmadığını iddia etmek güvenlidir. RCR'de bir işlev bozukluğu belirlendikten ve bunun acil nedenleri belirlendikten sonra (durum 3 oranındaki değişiklik mi yoksa durum 4 oranında mı?), modüler kinetik analizler veya aday aktivite deneyleri kullanılarak birincil nedenleri saptamak için başka deneyler gerekecektir.

Mutlak solunum hızı, disfonksiyon mekanizması hakkında faydalı bilgiler verebilir.

İzole mitokondri fonksiyonunun basit bir göstergesi, protein veya sitokroma normalize edilmiş mutlak solunum hızıdır. a, durum 3'teADP veya durum 3u. Hasarlı bir elektron taşıma zinciri, örneğin önemli miktarda sitokrom varsa, yüksek solunum hızlarını destekleyemeyebilir. C dış zarın hasar görmesi nedeniyle zarlar arası boşluktan kaybolmuştur. Mutlak solunum hızındaki küçük değişiklikler, mitokondriyal disfonksiyonla doğrudan ilişkili olmayabilecek saflıktaki değişikliklerden kaynaklanabilir. RCR belirlendikten sonra, mutlak solunum hızları, disfonksiyonun bulunduğu bölge(ler) hakkında daha fazla bilgi edinmek için yararlı bir yoldur: solunum kontrolü, düşük durum 3u oranı (substrat oksidasyonuna lokalize disfonksiyon) nedeniyle mi yoksa sadece durum 3 hızı ( ATP sentezindeki fonksiyon bozukluğu) veya daha yüksek durum oranı (proton iletkenliğinde fonksiyon bozukluğu) veya sadece durum 4 oranı (ATPase kontaminasyonu ile fonksiyon bozukluğu) nedeniyle mi? Durum 3u düşükse, tüm substratlar için mi (kompleks IV kusuru) yoksa sadece belirli substratlar için mi (örn.

P/O oranı: mitokondriyal disfonksiyonun zayıf bir habercisi

P/O oranı, bir elektron çifti solunum zincirinden substrattan oksijene geçerken oluşan maksimum ATP molekülü sayısıdır. ATP sentezinin H + /ATP stokiyometrisine bölünen solunumun H + / O stokiyometrisidir ve bu nedenle herhangi bir özel substrat için mekanik bir sabittir. Kuplaj mekanizmasının kendisi değiştirilmedikçe (örneğin, solunum kompleksleri kayar ve normalden daha az proton pompalar) disfonksiyonda değeri değişmez. Değişen P/O oranlarının literatür raporları, neredeyse her zaman durum 3 ve durum 4 oranları değiştikçe proton sızıntısı düzeltmesindeki değişiklikleri yansıtır, bu nedenle bu oranları ve RCR'yi doğrudan bildirmek daha iyidir.

Etkili P/O oranı (veya birleştirme verimliliği), proton sızıntısı için herhangi bir düzeltme yapmayan, ancak ATP sentaz ve proton sızıntısı yollarındaki bağıl akışları rapor eden ampirik bir değerdir [44]. Durum 4'e yakın bağlantı verimliliği, proton sızıntısı ve ATP devrindeki değişikliklere duyarlıdır ve sağlam hücrelerde yararlı bir ölçüdür (aşağıya bakınız).

Kuvvetler: mitokondriyal pmf

Proton devresinin elektrik analogunda, oksijen elektrotu, bir evdeki cihazların toplam akım tüketimini izleyen elektrik sayacına karşılık gelir: televizyonu açın ve akım artar. Televizyonu açtığınızda voltaj düşüşü küçük olduğu için normalde şebeke voltajını ayrı olarak izlemiyoruz. Proton devresindeki eşdeğer değişken, pmf, daha az sabittir, durum 4–3 geçişi sırasında hafifçe düşer (%10-20) veya Ca2+ biriktiğinde veya substrat kaynağı artırıldığında hafifçe yükselir [45]. İdeal olarak solunumla paralel olarak pmf'nin izlenmesi, belirsizliğin giderilmesine yardımcı olabilir. Örneğin, bir tedavi, ayrılma veya ATP sentezinin uyarılmasıyla durum 4 solunumunu artırabilir veya paralel olarak izlenen artan substrat mevcudiyeti pmf ile birinci (depolarize edici) ve sonraki (hiperpolarize edici) arasında ayrım yapabilir.

pmf'nin iki bileşeni vardır: membran potansiyeli (Δψm) ve pH gradyanı (ΔpH) (denk 1). Δψ olmasına rağmenm aşırı koşullar altında (Ca2+ biriktiren fosfatsız mitokondri) her zaman baskındır, ΔpH pmf'nin %50'sine katkıda bulunabilir. Alternatif olarak, K+/H+ iyonofor nigerisin varlığında KCl bazlı bir ortamda ΔpH sıfırdır. Nigerisinin dikkatli kullanımı, pmf'nin Δψ ile eşitlenmesine izin vererek izole edilmiş mitokondri ile deneyleri basitleştirir.m, fosfat varlığında kalitatif çalışmalar için olmasına rağmen, Δψ'deki değişikliklerm ΔpH'deki benzer, ancak daha küçük değişikliklerle paralel olma eğilimindedir [45].

Hücresel elektrofizyolojinin aksine, zar potansiyelinin doğrudan belirlenmesi için tek tek hücrelere elektrotlar tarafından yamalı veya nüfuz edilebilir, çok daha küçük mitokondriler için dolaylı teknikler kullanılmalıdır. Δψm Nernst dengesini takiben inkübasyon ortamı ve mitokondriyal matris arasındaki kalıcı tek değerlikli katyonların (C+) dağılımı izlenerek tahmin edilir (denk 2):

Tipik Δψm 150–180 mV değerleri 300–1000 kat birikime karşılık gelir. Denklem (2)'deki logaritmik ilişki, sinyallerin potansiyeldeki küçük değişikliklere duyarlı olduğu, ancak düşük potansiyellerin tahminindeki hataların büyük olabileceği anlamına gelir.

Δψ'nin makul derecede doğru mutlak değerlerim katyonun görünen aktivite katsayısı için düzeltme ile katyon birikimi ve matris hacmi belirlenerek elde edilebilir. Matris hacmi, 3 H içeren ortamda mitokondri askıya alınarak tahmin edilebilir.2O ve [14C]sukroz, santrifüjleme ve peletin su geçirgen ve sakaroz geçirmeyen hacminin belirlenmesi [46]. Tipik bir hacim, mg mitokondriyal protein başına 0,5–1 µl'dir. Daha uygun olarak, probun görünen bağlanma katsayısı genellikle matris hacmine bağlıdır, bu nedenle Δψm Δψ'nin rutin ölçümüne izin veren önceden ölçülmüş hacme bağlı bağlama düzeltmesi kullanılarak hesaplanabilirm matris hacmini ölçmeye veya bir deney sırasında sabit kaldığını varsaymaya gerek kalmadan [47,48].

Δψ'yi izlemek için yaygın bir teknikm TPP + (tetrafenilfosfonyum iyonu) veya TPMP + (trifenilmetilfosfonyum iyonu) gibi düşük konsantrasyonlarda lipofilik membran geçirgen katyonlarla mitokondriyal inkübasyonları dengelemek ve harici bir makro tarafından izlenen ortam konsantrasyonundaki azalmadan katyonların alımını ölçmektir. -elektrot [48,49]. Ayırt edici absorbansa veya flüoresansa sahip olan membranda kalıcı katyonlar da kullanılır. En yaygın yöntem, mitokondriyi sıcaklık ayarlı karıştırılmış bir küvette veya çok oyuklu bir plakada askıya almak ve membran potansiyelinin efektörlerine yanıt olarak inkübasyonun toplam iletimi veya emisyonundaki değişikliği belirlemektir. Katyonlar, matris içinde kümelenme ve floresan söndürme ile sonuçlanmak için yeterli bir konsantrasyon aralığında kullanılır ve sonuç olarak küvetten gelen toplam sinyal, matris birikiminin bir fonksiyonu olarak azalır ve dolayısıyla Δψm. Floresan yanıtı genellikle valinomisin varlığında harici [K + ] değiştirilerek ve dahili sabit [K + ] [50] varsayılarak Nernst denklemi uygulanarak paralel olarak kalibre edilir. pmf'nin fizyolojik değerlerinde oksidatif fosforilasyonun üç modülü boyunca pmf ve akışlar arasında dik ilişkiler vardır (Şekil 2B), bu nedenle solunumdaki büyük değişiklikler pmf'deki oldukça küçük değişikliklerle ilişkilidir. pmf biyoenerjetik durumu rapor etse de, fonksiyondaki değişikliklere karşı daha az duyarlıdır ve genel olarak solunum hızı ölçümlerinden daha az faydalıdır. Bununla birlikte, pmf ve solunum hızlarının kombinasyonu, her birinin tek başına ölçülmesinden çok daha güçlü ve bilgilendiricidir.

Modüler kinetik analiz

Hem proton akımının hem de pmf'nin kantitatif ölçümü, modüler bir kinetik analiz sağlar ve fonksiyondaki herhangi bir değişikliğin ve bunun birincil ve ikincil etki alanlarının tam ve kantitatif bir açıklamasına izin verir. Örneğin, nicel Δψ'nin önemli bir rolüm solunumla birlikte belirleme, proton sızıntısındaki ince değişiklikleri ve mitokondriyal preparatlar arasındaki eşleşmenin etkinliğini saptamak ve ölçmektir. Eşdeğer elektrik devresinde (Şekil 1), bir bileşenin iletkenliği, Ohm yasası kullanılarak potansiyel fark birimi başına akım olarak tanımlanır. Mitokondriyal iç zarın proton iletkenliğini ölçmek için benzer bir yaklaşım kullanılmıştır. Δψm (veya daha iyisi, pmf), genellikle aynı inkübasyona yerleştirilen oksijen ve TPMP + elektrotları ile solunumla paralel olarak belirlenir. Net ATP sentezinin yokluğunda, bu, zarın bazal proton iletkenliğinin hesaplanmasını sağlar [21,45] bu, omik değildir, yüksek pmf'de orantısız bir şekilde artar [19,51]. Proton sızıntısı hakkında çoğu bilgiyi elde etmek için, bu nedenle, durum 4'te başlayarak ve örneğin malonatı izole edilmiş bir mitokondriyal inkübasyona oksitleyerek elektron taşınmasını kademeli olarak sınırlayarak, bir dizi potansiyel üzerindeki iletkenlik için bir akım/voltaj grafiği oluşturmak gerekir. süksinat ve aynı anda solunum ve pmf [19,22] veya Δψ belirlemem nigerisin varlığında bir TPMP elektrotu ile [33,52] (Şekil 2B'deki 'proton sızıntısı' eğrisi). Bu modüler kinetik analiz daha sonra oksidatif fosforilasyonun diğer iki modülü (substrat oksidasyonu ve ATP cirosu) için tekrarlanabilir ve mitokondrinin fonksiyonel durumunun tam resmini verir (Şekil 2B).

Modüler kinetik analiz, oksidatif fosforilasyondaki herhangi bir fonksiyonel değişikliği (sistem düzeyinde) tam olarak tanımlar. RCR ve mutlak solunum hızları ölçülerek bir işlev bozukluğu keşfedildiğinde, bu işlev bozukluğunun birincil ve ikincil nedenlerini ortaya çıkarmak için modüler kinetik analiz tercih edilen yöntemdir.

Aday komplekslerin ve enzimlerin konsantrasyonları ve aktiviteleri

Mitokondriyal biyoenerjetik işlev bozukluğunu ele almak için çok yaygın bir yaklaşım, birkaç aday elektron taşıma kompleksinin veya kompleks I, kompleks IV veya trikarboksilik asit döngüsü enzimleri gibi metabolik enzimlerin ekspresyonunu, konsantrasyonunu veya maksimum aktivitesini ölçmektir. Aday yaklaşımın popülaritesinin bir nedeni, spesifik transkriptlerin mikrodizilerde test edilebilmesi, spesifik proteinlerin antikor teknolojisi kullanılarak test edilebilmesi ve spesifik enzim aktivitelerinin ticari kitler kullanılarak test edilebilmesi kolaylığıdır. Örtük varsayım, bu proteinlerin solunum hızını ve biyoenerjetik işlevi kontrol ettiğidir, bu nedenle değiştirilirlerse işlev değiştirilmelidir ve değiştirilmezlerse işlevin sağlam olması gerekir. Bu iki nedenden dolayı yanlıştır. İlk olarak, izole edilmiş mitokondrilerde ATP devir hızı veya substrat oksidasyonu üzerindeki kontrol, hiçbir enzimin hız sınırlayıcı olmadığı ve koşullar değiştikçe kontrolün dağılımı değiştiği için yaygın olarak paylaşılır (örneğin, Şekil 2C). Aday, seçilen koşullar altında önemli bir kontrole sahip olabilir ve etkinliğindeki bir değişiklik, biyoenerjetik bir işlev bozukluğunu doğru bir şekilde bildirebilir. Bununla birlikte, aday kompleksin aktivitesindeki orta dereceli değişikliklerin, yanlış pozitiflere yol açan genel sistem davranışı üzerinde çok az etkisi olması muhtemeldir. İkinci olarak, işlev birçok işlemin bütünlüğüne bağlıdır, bu nedenle normal koşullar altında kontrolü olmayan adımlar bile tehlikeye girerlerse güçlü bir şekilde hız kontrollü hale gelebilir. Bu adımları aday listesinden çıkarmak yanlış negatiflere yol açacaktır.

Diğer spesifik işlevler ve işlev bozuklukları

Hangi işlev bozukluğunun ölçüleceği, sorulan belirli soruya bağlıdır. Mitokondrinin özel işlevleri arasında üre döngüsü, γ-aminobütirik asit döngüsü, amino asit metabolizması, tek karbon metabolizması, FeS protein sentezi, hem sentezi, yağ asidi metabolizması, kalsiyum taşınması ve homeostaz, reaktif oksijen türleri metabolizması, mitokondriyal geçirgenlik geçiş gözenek bulunur. sitokromun kontrolünde C salıverme ve apoptoz ve fisyon ve füzyon. Bu özel yollardaki işlev bozukluklarının tahlilleri, bu yazıda ana hatlarıyla belirtilen genel biyoenerjetik yaklaşımlardan ziyade özel yaklaşımlar gerektirecektir.

Özet: izole mitokondride disfonksiyon tayini

İzole mitokondrilerde enerjik disfonksiyon için en basit ve en açıklayıcı test, mitokondriyal solunum kontrolünü ölçmektir. Farklı durum ve koşullarda solunum hızlarının mutlak değerleri ve pmf'nin nitel ölçümleri mekanizmaları netleştirebilir, ancak mekanik içgörü kazanmanın en iyi yolu, hem solunum hızını hem de pmf'yi aynı anda titre etmek ve farklı oksidatif fosforilasyon modüllerinin kinetiğini çizmektir ( Şekil 2B). Spesifik komplekslerin ve enzimlerin miktarlarının veya aktivitelerinin, mitokondriyal morfolojinin ve spesifik stres faktörlerine verilen yanıtların aday analizleri, spesifik hipotezleri test etmek için faydalı olabilir, ancak genellikle yedekte tutulmalı ve mitokondriyal disfonksiyon için birincil test olarak kullanılmamalıdır.


Mitokondriyal Biyoloji

- Demir kümelerinin ortalama yükü Fe2+ ile Fe3+ arasındadır.

- Kümeler bir seferde sadece bir elektron tutabilir.

- Flavoprotein ve demir-kükürt kümelerine geçirilen NADH'den geçen elektrondan gelen enerji kuvveti tünelin yapısını değiştiren fiziksel bir kuvvete çevrilir.

- Yüklenen CoQ, karmaşık 3 yerleştirme alanına bağlanır. CoQH2'den iç mitokondriyal zar boşluğuna salınan 2 proton.

- Düşük enerjili elektron (ikisinden biri) bir kükürt-demir kümesinden sitokrom C'ye geçirilir.

- Daha yüksek enerjili elektron, kompleks 3 içinde Sitokrom B'den taşınır ve daha sonra CoQH yaparak CoQ'ya zorlanır. COQ'NUN (CoQH) RADİKAL ŞEKLİ.

- Radikal form oldukça kararsız olduğundan, sitokrom B'den geçen başka bir elektron alır (kompleks 3'te farklı bir ikinci CoQH2'den gelir). Bu, onu tekrar CoQH2 yapan radikali yerine getirir. Bu, karmaşık 3 bağlanma bölgesine geri gider ve daha sonra yeni oluşan CoQH2 ile ilişkili iki protonu serbest bırakır.


Radyasyon Uygulamaları

  • Kanser tedavisi: Radyasyon kanserli hücreleri yok etmek için kullanılır. Geleneksel radyoterapi, kanseri hedeflemek için yüksek enerjili x-ışınları veya gama ışınları kullanır. Uzun menzilleri nedeniyle bu, çevredeki sağlıklı hücrelere zarar verebilir. Bu riski en aza indirmek için, tedaviler tipik olarak çoklu küçük dozlar halinde planlanır. Proton ışını tedavisi nispeten yeni bir tedavi şeklidir. Hücreleri hedeflemek için yüksek enerjili protonları (parçacık hızlandırıcıdan) kullanır. Protonlar gibi ağır iyonlar için enerji kaybı oranı, aşağıda gösterildiği gibi belirgin bir Bragg eğrisini takip eder. Eğri, protonların yalnızca iyi tanımlanmış bir mesafeye kadar enerji depolayacağını ve dolayısıyla sağlıklı hücrelere verilen hasarın azaldığını göstermektedir.

Proton gibi ağır bir iyon için enerji kaybı hızının kat edilen mesafe ile değişimini gösteren tipik bir Bragg eğrisi şekli. Keskin düşüş (Bragg tepe noktası), proton ışını tedavisi ile kullanılır.


6. Koruyucu tasarım

Bu bölümde, insanları başıboş radyasyondan korumak için kalkan tasarımını kısaca gözden geçireceğiz. Özellikle toplu koruyucu bariyerlere (ör. duvarlar, tavanlar) ve labirentlere odaklanacağız. Toplu koruma, tesis tasarımının son derece önemli bir yönüdür, çünkü proton tedavisi ekipmanı, ölümcül seviyelerde başıboş radyasyon üretme yeteneğine sahiptir. Ek olarak, toplu koruma, ekipman ve personel için mevcut alana izinsiz girer ve pahalıdır. Birçok yönden, toplu koruma tasarımı, güvenlik, fayda ve maliyet gibi rekabet eden niteliklerin kabul edilebilir bir dengesini içeren bir çözüm geliştiren klasik bir mühendislik problemidir.

Genel olarak, ekranlama tasarlamak için, ekranlama bariyerlerinde başıboş radyasyon üretimi, taşınması ve zayıflaması hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. Ek olarak, koruyucu tasarım hedefleri, yani işgal edilen bir yerde izin verilen maruz kalma oranı, bir alanın işgal edildiği zamanın kesrine, kontrollü veya kontrolsüz bir alan olarak belirlenmesine ve mevcut bireylerin türüne, yani hastalar, personele bağlıdır. radyasyon çalışanları) ve genel halk. Genellikle yerine getirilmesi gereken birden çok tasarım hedefi vardır, ör. biri kısa vadeli maruziyetler için (ortalama bir saatten fazla) ve diğeri uzun vadeli maruziyetler için (ortalama bir yıldan fazla). Genel olarak, kimse bilmiyor Önsel hangi tasarım hedefi nihai olarak ekranlama tasarımını yönetecek ve birden fazla senaryoyu temsil eden ekranlama hesaplamaları gerektirecektir.

Ekranlama tasarımının temel fiziğini tartışmadan önce, ekranlama bariyerlerinin etkili bir radyasyondan korunma programının birkaç gerekli bileşeninden biri olduğuna kısaca değinmek istiyoruz. Koruyucu bariyerler tek başına güvenliği sağlamaz. Çağdaş proton terapi sistemlerinin sınırsız kullanımı için kendi başlarına yeterli koruma sağlayan kalkanlar inşa etmek, son derece pahalı olmakla birlikte pratik değildir. Bu nedenle, kiriş kullanımına ilişkin idari kontroller gereklidir ve bariz nedenlerden dolayı, koruyucu tasarım sürecinde beklenen kiriş kullanımı dikkate alınmalıdır. Proton ışını kullanımının bilgisinin, özellikle ışın üretimi ve dağıtım sistemlerindeki nötron üretiminin çok az bilindiği türünün ilk örneği arıtma üniteleri için genellikle tahmin edilmesi zordur. Ek olarak, bir klinik araştırmanın gelecekteki sonucu veya sağlık hizmeti politikasındaki bir değişiklik, proton ışını kullanımını önemli ölçüde değiştirebilir. Bu belirsizlikleri bir kenara bırakırsak, tedavi konumlarının her birinde yalnızca ışın kullanımının (enerjiler, yükler ve akımlar ve hareket yönleri) değil, aynı zamanda hızlandırıcıdaki, enerji seçim sistemindeki tüm karşılık gelen proton kayıp oranlarının bilinmesi gerekir. varsa), ışın taşıma sistemi ve tedavi başlığı. Kayıp proton kayıpları ve nötron üretimi, proton demeti enerjisi ve diğer faktörlerle (bkz. ve diğerleri 2002d). Proton terapi tesislerinin korunmasının birçok yönü, başka bir yerde ayrıntılı olarak gözden geçirilmiş olan foton terapi tesisleri için olanlara benzer (NCRP 2008).

Şekil 22. (Üst) Proton terapi tesisi tedavi seviyesi: 235-MeV siklotron (1), değişken kalınlıkta grafit enerji düşürücü (2), momentum analiz mıknatısları (3), yarıklar (4), pirinç kolimatör (5) ve izomerkezde ışın durdurucu (6). Plan ayrıca ana kontrol odasını (b), tedavi odası labirent çıkışını (m, n, o, a) ve çeşitli koridorları ve yukarıdaki seviyede (c–k) dolu odaları gösterir (Newhauser ve diğerleri 2002c). (Alt) 235 MeV'lik bir proton ışını tarafından üretilen portal odası ve labirentindeki l–o konumlarındaki hesaplanmış nötron dozu eşdeğer spektrumları ve labirenti (bkz. şekil 1). Ordinat, nötron akışından doza eşdeğer dönüşüm katsayısının ürününe karşılık gelir HΦ, nötron spektral akışı ΦEve nötron enerjisi Enürünün toplam nötron dozu eşdeğerine normalize edildiği durumlarda H. Bu spektrumlar, termal nötronlar, buharlaşma nötronları ve kademeli nötronlar nedeniyle tepe noktalarından gelen nispi katkılardan dolayı şekillerdeki farklılıkları ortaya koymaktadır. 1/'ye karşılık gelen 10 –6 ve 10 –2 MeV arasındaki bölgeEn toplam doz eşdeğerine nispeten az katkıda bulunur (Newhauser'ın izniyle çoğaltılmıştır). ve diğerleri 2002c).

Kiriş kullanımının, doluluk faktörlerinin ve diğer yönlerin bilindiği varsayımıyla, bir levha koruyucu bariyerin (ör. duvar, tavan, vesaire.) paralel ve uzakta olan a göre proton ışını

nerede H(EP, θ, d/λ) kalkanın ötesindeki ortam dozu eşdeğeridir, EP proton ışın enerjisidir, θ proton kayıp noktasından ve ilgi noktasından emisyon açısı, r proton kaybı noktası ile ilgi noktası arasındaki mesafedir, NS kalkanın kalınlığı, λ(θ) kalkan malzemesinin zayıflama uzunluğu, HÖ(EP, θ) kaynak terimdir, α kalkana çarpan radyasyonun geliş açısıdır ve g(a) karşılık gelen eğiklik faktörüdür. Moyer'in (1962) çalışmasına dayanan bu yarı deneysel yaklaşım, büyük bağımlılıkların dahil edilmesi, basitlik ve hesaplama hızı dahil olmak üzere birçok çekici özelliğe sahiptir. Elli yıl sonra, sınırlamalarına rağmen, Moyer modeli, özellikle hız ve rahatlığın doğruluktan daha önemli olduğu durumlarda hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

Personel, erişim korumalı kasalara hızlı bir şekilde girip çıkabilmelidir, örn. hasta bir hastaya müdahale gibi acil durumlarda verimli rutin klinik operasyon için ve hızlandırıcı ve ışın taşıma sisteminin bakımı ve onarımı için. Bu, toplu koruyucu duvarlarda büyük açıklıklar gerektirir. Açıkçası, bu tür açıklıklar, geri yüklenmesi gereken zayıflamada bir azalmaya neden olur. Tipik olarak, gerekli zayıflama, açıklığın genellikle bir labirent veya labirent olarak adlandırılan uzun ve kavisli bir koruyucu tünel ile takılmasıyla geri yüklenir. Labirent, üzerine gelen radyasyonu iki şekilde zayıflatır: duvarları labirent duvarlarına gelen derinlemesine nüfuz eden radyasyonu zayıflatır ve labirentin ağzına giren daha az nüfuz eden radyasyonu bir saçılma ve soğurma kombinasyonu ile zayıflatır. radyasyon labirentte yayılırken süreçler.

Tipik olarak tedavi odalarının labirentleri, erişim sürelerini önemli ölçüde artırabildikleri için devasa korumalı kapılarla donatılmamıştır. Öte yandan, nadiren erişilen tonozlar (örneğin, hızlandırıcı ve ışın taşıma sistemi için) genellikle büyük bir koruyucu kapı ile donatılmış bir labirent kullanır.

Labirent girişine (kasanın içine) giren saçılan radyasyondan labirent dışında (kapı olmadan) doz eşdeğer oranı şu şekilde verilir:

nerede r1 labirent labirentinin ilk (kaynağa en yakın) ayağında kaynaktan ilgi noktasına olan görüş hattı mesafesidir, HÖ(a) mesafedeki doz eşdeğeridir a kaynaktan, a kaynaktan ilk ayağın girişine kadar olan mesafedir ve Fben(rben) labirentin sonraki ayakları için zayıflama faktörleridir (Agosteo 2009). Bunlar tarafından verilir

nerede rben girişine olan uzaklıktır benbacaktaki ilgi noktasına ve nerede Aben kesit alanıdır benlabirentin inci ayağı (Agosteo 2009). Ek olarak, labirent duvarlarının dışına çarpan radyasyonun zayıflaması (örneğin Moyer modeli kullanılarak) ve labirent kapılarındaki zayıflama, kullanıldığı durumlarda yine (ayrı olarak) dikkate alınmalıdır. Labirentin zayıflaması, bacakların sayısı ve uzunluğu, labirent duvarlarının kalınlığı ile artar ve kesit alanı ile azalır. Labirentlerin tasarımının yüksek göreli önemini abartmak zor olurdu. Neyse ki, klinik proton tedavisi tesislerinde iyi anlaşılmış, doğru ve ölçümlerle doğrulanmış birkaç tasarım yöntemi mevcuttur.

Toplu koruyucu bariyerler ve labirentler için kullanılan malzemeler, koruyucu materyallerin maliyetine ve mevcudiyetine ve koruyucu bariyerlerin kapladığı alanın maliyetine bağlı olarak biraz farklılık gösterir. Tipik olarak, büyük hidrojen içeriği ve kütle yoğunluğu (2.35 g cm -3 ), yüksek mukavemeti, iyi kullanılabilirliği ve düşük maliyeti nedeniyle çelik takviyeli sıradan beton kullanılır. Çağdaş proton terapi merkezleri, birkaç metre kalınlığa kadar beton koruyucu bariyerler kullanır (Newhauser ve diğerleri 2002, Titt ve Newhauser 2005). Nötron zayıflama uzunluğu veya olay akısını 1/faktör oranında azaltmak için gereken kalınlıke, sıradan beton için şekil 23'te gösterilmektedir. Yüksek enerji sınırında, zayıflama uzunluğu yaklaşık 50 cm normal betondur (Moritz 2001).Betonun yoğunluğu ve zayıflatıcı özellikleri, yüksek yoğunluklu agrega malzemesi kullanılarak önemli ölçüde artırılabilir, ancak çoğu durumda yüksek maliyeti engelleyicidir. Bazı tesisler nispeten küçük 'yerel' kalkanlar kullanmıştır, örn. daha büyük yığın kalkanların zayıflama gereksinimlerini azaltmak için bol miktarda nötron üreten ışın hattı bileşenlerini korumak için. Bazı durumlarda, demir (7.9 g cm -3 ) veya tungsten (19.25 g cm -3 ) alaşımları gibi daha yüksek yoğunluklu malzemeler, beton veya diğer malzemelerden daha kompakt hale getirilebildikleri için yüksek enerjili nötronlara karşı koruma için avantajlı olabilir. toplu koruyucu malzemeler. Birincil proton ışınının yığın koruyucuya çarpmasını önleyen proton ışını durdurucuları, plastik ve çelik dahil olmak üzere çeşitli malzemelerden yapılmıştır.

Şekil 23. Betondaki nötronların zayıflama uzunluğu e karşı proton ışını enerjisi (Agosteo'nun izniyle çoğaltılmıştır) ve diğerleri 2007).

Proton terapi tesisleri için en sık kullanılan koruyucu tasarım yöntemleri, analitik formüller ve Monte Carlo simülasyonlarıdır. Bu yöntemlerin her ikisinden de tahminlerdeki belirsizliklerin bilgisi eksiktir. Newhauser ve diğerleri (2002c), 235 MeV'lik bir proton terapi merkezinde ölçülmüş, hesaplanmış (kütük ve labirent perdeleme geometrileri için geliştirilmiş yarı deneysel analitik modeller kullanılarak) ve simüle edilmiş nötron doz hızları ve analitik modelin çoğu pozisyonda nötron dozunu olduğundan fazla tahmin ettiğini bulmuşlardır. ölçümlerle karşılaştırıldığında, Monte Carlo simülasyonları ölçümlerle daha yakından anlaştı. Ancak, genelleştirilmiş çözümlerin yakınsamasını elde etme ihtiyacından ve otomatik varyans azaltma tekniklerinden yoksun olduğundan Monte Carlo yöntemi çok daha zordur. Titt ve Newhauser (2005), analitik tahminleri çeşitli reseptör konumlarında nötron eşdeğer dozlarının ayrıntılı Monte Carlo simülasyonları ile karşılaştırarak Monte Carlo kalkanlama tekniği ile ilişkili belirsizliği değerlendirdi. Monte Carlo simülasyonları için optimum reddetme kriterini %10 istatistiksel belirsizlik olarak bulmuşlardır. Bu reddetme kriteri, neredeyse tüm kabul edilen simüle edilmiş sonuçların yakınsadığı için ek güven sağladı.

Yayınlanmamış bir çalışmada, içimizden biri (WN), tipik bir çok odalı proton tedavisini korumak için kullanılan beton ve çeliğin maliyetini yaklaşık 6 M USD olarak tahmin etti ve geliştirilmiş nötron kalkanlama tasarımları sayesinde koruma maliyetlerini neredeyse üçte bir oranında azaltma potansiyeline sahip. . Açıkça, iyileştirilmiş ekranlama tasarım yöntemleri geliştirerek ve ekran tasarımlarını optimize ederek maliyet tasarrufu ve diğer faydalar elde etmek için önemli bir potansiyel vardır.

Bu bölümde ışın hattı bileşenlerinin küçük yerel kalkanlarını tartışmamış olsak da, önceki bölümde sunulan malzeme ile önemli ölçüde örtüşme vardır, kısacası burada bir tedavi odasının içindeki başıboş radyasyonu dikkate almayacağız.


İnsan fizyolojisinde ayrıştırıcı protein 3'ün rolü

Endokrinoloji, Diyabet ve Tıbbi Genetik Anabilim Dalı ve Tıp Anabilim Dalı, Güney Karolina Tıp Üniversitesi ve Ralph H. Johnson Gazi İşleri Tıp Merkezi, Charleston, Güney Karolina, ABD

Adres yazışmaları: W. Timothy Garvey, Endokrinoloji, Diyabet ve Tıbbi Genetik Bölümü, Klinik Bilim Binası 816, Güney Karolina Tıp Üniversitesi, 96 Jonathan Lucas Street, Charleston, Güney Carolina 29425, ABD. Telefon: (843) 876-5372 Faks: (843) 876-5133 E-posta: [email protected]

15 Şubat 2003 tarihinde yayınlandı - Daha fazla bilgi

Obezite, basitçe, enerji alımı ve tüketimi arasında kilo alımı lehine bir dengesizlik olarak anlaşılır. Bununla birlikte, gıda tüketimi ve enerji kaybı arasındaki insan biyolojik arayüzü, yeme davranışında, fiziksel aktivitede ve yakıt depolama ve metabolizma verimliliğinde geniş bireysel farklılıklara neden olur. Özellikle, toplam enerji harcamasının en büyük kısmını oluşturan bazal metabolizma hızı, bireyler arasında neredeyse iki kat farklılık gösterebilir. Klasik olarak, üç ana biyokimyasal sistemin bazal termojeneze katkıda bulunduğuna inanılır: boş döngüler, Na + /K + ATPaz aktivitesi ve mitokondriyal proton sızıntısı. İkincisi en önemli kantitatif katkıdır ve bazal metabolizma hızının %50'ye kadarını açıklayabilir (1). Enerji dengesinin anlaşılmasındaki önemine ve obezite tedavisi için terapötik bir hedef olma potansiyeline rağmen, mitokondriyal proton sızıntısının moleküler temeli belirsizdir. Hesselink ve meslektaşlarının bu sayısında yer alan makale JCI (2), ayrılmayan protein 3'ün insan iskelet kasındaki mitokondriyal proton sızıntısına katkıda bulunup bulunmadığını ele alır.

Yağ asitlerinin ve piruvatın oksidasyonu, hücresel süreçlerde kullanılmak üzere enerjinin ATP'ye dönüştürüldüğü mitokondride gerçekleşir. İndirgeyici eşdeğerler substratlardan ekstrakte edilir ve sırayla elektron donörlerinden (indirgeyicilerden) alıcılara (oksidanlar) mitokondriyal solunum zinciri boyunca moleküler oksijene iletilir. Elektron taşıma sistemi, oksidasyon adımlarının taşıma zinciri tarafından protonların matristen dışarı atılmasına bağlı olduğu iç mitokondriyal zar üzerinde bulunur. Bu, iç zar boyunca bir elektrokimyasal potansiyel farkı ve protonun F yoluyla yeniden girişi için bir itici güç oluşturur.1F0-ATP sentaz. ATP sentaz, ADP'yi ATP'ye dönüştürerek protonun yeniden girişi üzerine salınan potansiyel enerjiyi yakalar. Bu şekilde, elektron taşınması oksidatif fosforilasyona bağlanır. Mükemmel eşleştirilmiş bir sistemde, protonlar sadece ADP'nin varlığında ATP sentaz yoluyla mitokondriyal matrise girer, bu solunum şekli durum 3 olarak sınıflandırılır (yani, O2 yalnızca substrat ve ADP varlığında tüketilir). Bununla birlikte, mitokondrinin, protonların F içermeyen bir mekanizma yoluyla matrise geri sızdığında meydana gelen ADP yokluğunda bile oksijen kullandığı gözlemlenebilir.1F0-ATPaz. Bu proton sızıntısı, ATP oluşumunu sağlayan proton gradyanını azaltır ve oksidatif fosforilasyondan solunumu ayırır. ADP'nin yokluğunda veya tamamen bağlanmamış mitokondride oksijen kullanımı, durum 4 solunumu olarak adlandırılır.

ATPazdan bağımsız proton sızıntısına aracılık eden mekanizmalar, memeli kahverengi yağ dokusu (BAT) dışında tanımlanmamıştır. BAT, mitokondri ve lipid damlacıkları bakımından zengindir ve çoğu memeli tarafından soğuğa direnmek için kullanılan titremeyen bir termojenezin ana kaynağıdır. Bu fonksiyona, ilk olarak 1985'te klonlanan ayrıştırıcı protein 1 (UCP1) (önceden ayrıştırıcı protein veya termojenin olarak bilinir) aracılık eder (3). UCP1, mitokondriyal iç zara yerleşir ve protonları zarlar arası boşluktan matrise geri taşıyarak zar ötesi potansiyeli dağıtır. Bu, ATP oluşumunu sağlayan proton hareket gücünü azaltır ve bağlanmamış mitokondride solunum ilerler, yakıt enerjisini yalnızca ısı olarak serbest bırakır. İnsanlarda ve diğer büyük memelilerde, BAT bebeklikten sonra kaybolur ve yetişkinlerde minimum düzeyde UCP1 ifadesi saptanabilir veya hiç yoktur. Bununla birlikte, UCP1'in yokluğunda bile, iç zar boyunca basit difüzyonla açıklanamayan sonlu bir proton sızıntısı vardır (4). Bu, araştırmacıları daha geniş doku ekspresyonuna sahip ek ayrıştırıcı proteinler aramaya yönlendirdi ve ayrılmayan protein ailesinin diğer iki üyesi 1997'de tanımlandı. İnsan UCP2 (5 , 6) ve UCP3'ü ( 7 , 8) kodlayan genler, birbirine çok yakın konumdadır. 11q13 kromozomu üzerinde birbirlerine bağlıdırlar ve UCP1 ile sırasıyla %55 ve %57 amino asit özdeşliğini paylaşırlar. UCP2 mRNA, çoklu dokularda yaygın olarak eksprese edilirken, UCP3, iskelet kası ve kahverengi yağ dokusu ile sınırlı daha sınırlı dokuya özgü ekspresyon sergiler. UCP'ler, polar halkalarla birbirine bağlanan ve iç mitokondriyal membrana lokalize olan altı transmembran bölgesinden oluşan benzer tahmini topolojiye sahiptir. Daha yakın zamanlarda, beyinde eksprese edilen ve UCP1 ile (%30-40) nispeten daha düşük amino asit özdeşliğine sahip olan iki ek UCP benzeri gen, UCP4 ve UCP5/beyin mitokondriyal taşıyıcı protein-1 tanımlanmıştır.

UCP1 ile homolojileri ve yetişkin dokularındaki ifadeleri nedeniyle, UCP2 ve UCP3, enerji harcamasına dahil olan proteinler için hemen çekici adaylar olarak kabul edildi. Maya ve memeli hücre hatlarında eksprese edildiğinde, UCP1 gibi hem UCP2 hem de UCP3'ün, mitokondriyal membran potansiyelindeki bir azalma ve mitokondriyal durum 4 solunumunda, tüm hücre O'daki artışlarla kanıtlandığı gibi, ayırıcılar olarak hareket ettiği gösterilmiştir.2 tüketimi ve ısı üretimi. Ek olarak, UCP1, UCP2 ve UPC3, β3-adrenoreseptör agonistleri, triiyodotironin, gıda alımı ve soğuğa maruz kalma dahil olmak üzere enerji dengesinde önemli faktörler tarafından düzenlenme yeteneğini ortak olarak paylaştılar (soğuk, UCP2 ve UCP3 üzerinde öncekinden daha mütevazı etkiler gösterse de). UCP1). Ancak, tüm hayvan deneylerinden elde edilen sonuçlar dikkate alındığında paradigma çözülmeye başladı. Birincisi, kemirgenlerde hem aç hem de yüksek yağlı beslenmenin, birincisi enerji harcamasında bir azalmaya neden olmasına ve ikincisinin tam tersi etkiye sahip olmasına rağmen, UCP2 ve UCP3'ü artırdığı bulundu (3). İkincisi, UCP2 ve UCP3 nakavt fareler, geleneksel veya yüksek yağlı yem tüketirken normal vücut ağırlığının yanı sıra oda sıcaklığında ve soğuğa tepki olarak normal vücut sıcaklığı sergiledi (9, 10). Paradoksal olarak, UCP3 null farelerin iskelet kasından izole edilen mitokondrinin, vahşi doğada mevcut olduğunda UCP3 için bir ayırma etkisi ile tutarlı olarak proton sızıntısında azalma, ATP/ADP oranında bir artış ve durum 4 solunumunda bir azalma olduğu bulundu. -tip fareler. UCP3'ü aşırı eksprese eden transgenik fareler, hiperfajik olmalarına rağmen vücut ağırlığının azalması ve artan istirahat O2 ile karakterize edildi.2 tüketimi ve artan kas sıcaklığıyla, ancak çekirdek sıcaklığıyla değil. Aynı zamanda, izole edilmiş mitokondri, azalmış transmembran potansiyeli ve artan durum 4 solunumu sergiledi. Transgenik farelerdeki bu sonuçlar, bir mitokondriyal ayırıcı olarak UCP3'ün rolüyle daha tutarlıydı.

Hesselink et al. (2) UCP3 ekspresyonunda diyete bağlı bir artışın ardından insan iskelet kasında bir ayırıcı olarak hareket etme UCP3'ün kapasitesini incelediler. Sağlıklı erkek gönüllüler, yüksek yağlı bir diyet tüketirken, düşük yağlı bir diyet tüketenlere göre iskelet kasında %44 daha fazla UCP3 proteini ifade etti. Araştırmacılar, anoksik kas kasılmalarını takiben fosfokreatin resentezini ölçerek in vivo mitokondriyal fonksiyonu değerlendirdi. Hızlı kas kasılma patlamalarına izin vermek için, yüksek enerjili fosfat bağları, fosfatın ATP'den kreatin kinaz tarafından katalize edilen kreatine aktarılmasıyla oluşturulan fosfokreatin olarak depolanır. Fosfokreatin yeniden sentez oranı, mitokondriyal F yoluyla ATP sentetik oranlarını yansıtır1F0-ATPase, mitokondriyal ayrışmanın boyutundan etkilenir. Yazarlar, yüksek yağlı ve düşük yağlı beslenen alt gruplarda benzer zaman dilimlerinde fosfokreatin replikasyonu gözlemlediler; bu, yüksek yağlı beslenme ile UCP3'ün fizyolojik yukarı regülasyonunun in vivo mitokondriyal proton sızıntısını etkilemediğini gösterdi. Yazarlar ayrıca, serbest karnitin ve açilkarnitin miktarlarının her iki alt grupta da benzer olduğunu bulmuşlardır, bu da substrat mevcudiyetinde (en azından uzun zincirli yağ asitlerinden) hiçbir farklılık olmadığını doğrulamıştır. Yazarlar ilk hipotezlerini reddedebildiler ve UCP 3'ün bu fizyolojik koşullar altında insan kasında bir mitokondriyal ayırıcı olarak hareket etmediği sonucuna vardılar.

Makale birkaç nedenden dolayı öğreticidir. İlk olarak, yazarlar, iyi karakterize edilmiş ve spesifik afinite ile saflaştırılmış antikorlar kullanarak protein seviyesinde UCP3 ekspresyonunu nicelendirdiler. Mevcut antikorlar özgüllüğe sahip olmadığından, bugüne kadarki literatür, UCP2 ve UCP3 ekspresyonunu incelemek için büyük ölçüde mRNA ölçümlerine dayanmıştır. İkincisi, yazarlar, UCP3 seviyelerinin diyete bağlı fizyolojik bir bozulmanın ardından in vivo mitokondriyal ayrışmayı değerlendirdiler. Nakavt farelerde, UCP2 veya UCP3'ün bir ayırıcı olarak işlev gördüğüne dair kanıtlar, sağlam dokularda değil, izole edilmiş mitokondride ex vivo gerçekleştirilen deneylerden türetilmiştir. Bu farelerde enerji metabolizması ve vücut ağırlığı üzerindeki etkilerin olmaması, izole edilmiş mitokondrilerdeki ayrılmanın ya in vivo meydana gelmediğini ya da fizyolojik olarak önemli olmadığını düşündürür. Buna ek olarak, Brand ve meslektaşları yakın zamanda, transfekte edilmiş mayalarda ve UCP3 transgenik farelerde elde edilen yüksek seviyelerde, suprafizyolojik UCP3 hiper-ekspresyonunun varlığında ayrılmanın artefakt tarafından indüklendiğini ve doğal proteinin özelliklerini temsil etmediğini bulmuşlardır (11). . Bu gözlem, vahşi tip farelerde (11) UCP3'ü 50 kattan fazla aşırı eksprese eden transgenik fareler (12), çalışmasından anlamlı fizyolojik bilgiler elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Ortaya çıkan tablo, doğru fizyolojik bilginin, mitokondriyal ayrılmanın UCP düzenlemesinin fizyolojik aralığı içinde in vivo olarak değerlendirilmesi durumunda en güvenli şekilde elde edilebileceğidir.

Üçüncüsü, yazarlar insanları inceledi. Transgenik fare deneyleri, birinci basamak biyomedikal dergiler tarafından büyük ölçüde ödüllendirilirken, insan fizyolojisini içeren deneyler, benim görüşüme göre, nispeten hafife alındı. Özellikle enerji harcaması alanında, yetişkin insanlarda kahverengi yağ olmadığından ve insanlarda vücut ağırlığının kilogramı başına ısı üretimi kemirgenlere göre çok daha düşük olduğundan, transgenik farelerdeki verileri insan fizyolojisine tahmin etmek sorunludur. Bu ders, kemirgenlerde vücut ısısı üzerinde büyük etkiler gösteren leptin durumunda öğrenilirken, bu fizyolojik etki insanlarda belirgin şekilde zayıflamış veya eksiktir (13, 14). Hesselink ve arkadaşlarının gözlemleri. ( 2 ) yalnızca insan fizyolojisi ile doğrudan ilgili değildir, aynı zamanda bir ayrıştırıcı olarak UCP3'ün temel biyokimyasal rolünü ele alan herhangi bir sistemdeki en güçlü verilerden bazılarını oluşturur. Her ne olursa olsun, makale, insan fizyolojisini anlamak istiyorsanız, bazen sadece insanları incelemeniz gerektiğini söyleyen eski atasözünü kanıtlıyor gibi görünüyor.

Verilerin yorumlanmasında da sınırlamalar vardır. Yazarlar, fosfokreatinin yenilenme hızının mitokondriyal substrata duyarlı olduğuna dair yazarlar tarafından sıralanan kanıtlara rağmen, diyet bozukluklarının UCP3'ün ayrılma etkisini modüle eden başka bir faktörü indükleme veya bir ayırma etkisinin bu metodolojiyi kullanarak ayırt etmek için çok zayıf olma olasılığını dışlayamazlar. kullanılabilirlik. Yazarlar ayrıca, UCP3 yukarı regülasyonunun, UCP2 aşağı regülasyonuyla (veya diğer tanımlanamayan kuplörlerinkiyle) dengelenmiş olabileceğine ve mitokondriyal proton sızıntısında net bir değişiklik olmamasına dikkat çekiyorlar. Yazarlar, UCP2 mRNA seviyelerinin değişmemiş olmasının iki nedeni için bu olasılığı göz ardı etmektedir ve diğer yazarlar, UCP2 mRNA'nın varlığına rağmen UCP2 proteininin kasta eksprese edilmediğine dair immünolojik kanıtlar sağlamıştır (15). Öyle olsa bile, bu son gözlemler kemirgen kasında rapor edildi ve UCP2 proteininin insan kasında bulunma olasılığını açık bıraktı.

Yazarların sonuçları doğruysa, UCP3'ün insanlarda biyokimyasal rolü nedir? Bu soru, gelecekteki araştırmalar için ilgi çekici ve önemli bir konu olmaya devam etmektedir. Birkaç araştırmacı, UCP2 ve UCP3'ün reaktif oksijen türlerinin oluşumunu azaltmada rol oynadığı ve böylece hücreleri zararlı etkilerinden koruduğu fikrini desteklemektedir (16). Reaktif oksijen türleri, mitokondriyal solunum sırasında transmembran potansiyeli ile orantılı bir şekilde üretilir, bu nedenle bu rol, UCP3'ün bir ayırıcı olarak işlev görmesini gerektirecektir. Bir başka heyecan verici hipotez, UCP3'ün bir FFA anyon taşıyıcısı olarak hareket ederek lipid oksidasyonunu kolaylaştırabilmesidir. Yüksek dolaşımdaki FFA seviyeleri, enerji harcamasındaki herhangi bir değişiklikten bağımsız olarak çeşitli fizyolojik durumlarda (açlık, yüksek yağlı beslenme, lipid infüzyonu, diyabet, obezite) artan kas UCP3 ekspresyonu ile ilişkilidir (3 , 17 , 18 ). Ek olarak, Gullah konuşan Afrikalı Amerikalılarda bazal lipid oksidasyon hızlarında belirgin bir azalma ve istirahat solunum bölümünde bir artış ile ilişkili olan UCP3'te bir ekson 6 ek donör/alıcı polimorfizmi tanımladık (19). Uzun zincirli FFA'nın karnitin palmitoiltransferaz I yoluyla girişi ve ardından oksidasyonun CoA'ya esterifikasyon gerektirdiğinden, bir FFA anyon taşıyıcısının FFA oksidasyonunu nasıl kolaylaştırabileceğini açıklamak zordur. Bununla birlikte, yüksek asil-CoA akışı ve lipid oksidasyonu koşulları altında, bu moleküller membranlara zarar verebilecek güçlü yüzey aktif maddeler olduğundan ve uzun zincirli FFA esterleri şeklinde CoA'nın aşırı sekestrasyonu inhibe edebileceğinden, açil-CoA'nın birikmesi mitokondriyal fonksiyona zararlı olacaktır. β-oksidasyon ve trikarboksilik asit döngüsü aktivitesi. UCP'lerin mitokondriyal matristen FFA anyonunu ihraç edebildiği bilinmektedir (20), ancak bu, yalnızca FFA'dan CoA'yı çıkarmak için bir tiyoesteraz mevcutsa açil-CoA birikimini hafifletmeye yardımcı olabilir. Yakın zamanda Moore ve ark. mitokondriyal tiyoesteraz-1'in UCP3-hiper-eksprese eden farelerde up-regüle edildiğini göstermişler ve bu enzimin, yüksek asil-CoA akışı ayarlarında bu işlevi yerine getirebileceğini öne sürmüşlerdir (21). Bu nedenle, UCP3'ün FFA anyonunun ihracatı yoluyla artan lipid oksidasyon oranlarının sürdürülmesine yardımcı olabileceğini önermek mümkündür. Her halükarda, UCP3'ün gerçek fizyolojik rolünün araştırılması devam ederken, insan fizyolojisine ilişkin güvenilir sonuçlar, insanlarda çalışmalar gerektirecektir.

479. sayfada başlayan ilgili makaleye bakın.

Çıkar çatışması: Yazar, herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Kullanılan standart olmayan kısaltmalar: kahverengi yağ dokusu (BAT) ayırma proteini 1 (UCP1).


Referanslar

Ricquier D, Bouillaud F. Ayrılmayan protein homologları: UCP1, UCP2, UCP3, StUCP ve AtUCP. Biochem J. 2000, 345: 161-179. 10.1042/0264-6021:3450161. UCP'lerin kapsamlı bir incelemesi.

Solanes G, Vial-Puig A, Grujic D, Flier JS, Lowell BB: İnsan ayrıştırıcı protein-3 geni. J Biol Chem. 1997, 272: 25433-25436. 10.1074/jbc.272.41.25433. UCP3 geninin yapısının açıklaması.

Walker JE, Runswick MJ: Mitokondriyal taşıma proteini süper ailesi. J Bioenerg Biomembr. 1993, 25: 435-446. Metabolitlerin mitokondriyal taşıyıcıları tarafından oluşturulan protein süper ailesinin karakteristik özelliklerinin bir tanımını içeren bir derleme.

PROZİT. Protein aileleri ve etki alanlarının bir veritabanı, [http://ca.expasy.org/prosite/]

Saier MH: Vektörel metabolizma ve taşıma sistemlerinin evrimi. J Bakteriyol. 2000, 182: 5029-5035. 10.1128/JB.182.18.5029-5035.2000. Tüm ulaşım sistemlerinin ortak bir atadan evrimleştiği hipotezini sunan bir inceleme.

Jarmuszkiewicz W, Sluse-Goffart CM, Hryniewiecka L, Sluse FE Acanthamoeba castellani. J Biol Chem. 1999, 274: 23198-23202. 10.1074/jbc.274.33.23198.Bu amipten izole edilen mitokondrinin biyoenerjetik özellikleri, memeli UCP'lerine benzer bir ayrışma proteininin varlığını düşündürür.

Miroux B, Frossard V, Raimbault S, Ricquier D, Bouillaud F: Bir füzyon proteinleri kütüphanesi tarafından ortaya çıkarılan antijenik bölgelerine karşı antikorlarla belirlenen kahverengi yağ dokusu mitokondriyal ayrılma proteininin topolojisi. EMBO J. 1993, 12: 3739-3745. UCP1'deki altı transmembran bölgesinin gösterilmesi.

Trézéguet V, Le Saux A, David C, Gourdet C, Fiore C, Dianoux AC, Brandolin G, Lauquin G: Mitokondriyal ADP/ATP taşıyıcısının bir kovalent tandem dimeri işlevseldir canlıda. Biochim Biophys Acta. 2000, 1457: 81-93. 10.1016/S0005-2728(99)00115-2. Taşıyıcılar homodimerler olarak çalışır ve iki monomer birlikte ifade edildiğinde taşıyıcı tamamen işlevseldir.

Schleiff E, McBride H: Merkezi matris döngüsü, ayrılmayan protein 1'in mitokondriye alınmasını sağlar. J Hücre Bilimi. 2000, 113: 2267-2272. UCP1'in mitokondriye hedeflenmesi ve yerleştirilmesi mekanizmasının gösterilmesi. ayrışan proteinler veya bunlardan bazıları

Arechaga I, Ledesma A, Rial E: Mitokondriyal ayrışma proteini UCP1: kapılı bir gözenek. IUBMB Hayat. 2001, 52: 165-173. 10.1080/15216540152845966. UCP1'in taşıma özellikleri üzerine bir inceleme ve UCP1'in merkezinde bir yer değiştirme gözeneğinin varlığının önerisi.

Nicholls DG, Ferguson SJ: Bioenergetics 3. 2002, London: Academic Press, Membran biyoenerjetiği ve kemiozmotik teoriye kapsamlı bir giriş içeren standart ve güncel bir ders kitabı.

Nicholls DG, Locke RM: Kahverengi yağda termojenik mekanizmalar. Physiol Rev. 1984, 64: 1-64. Kahverengi yağ dokusunda termojenezin klasik bir incelemesi ve düzenlenmesi.

Cassard-Doulcier AM, Gelly C, Fox N, Schrementi J, Raimbault S, Klaus S, Forest C, Bouillaud F, Ricquier D: Mitokondriyal ayrılmayan protein geninin dokuya özgü ve β-adrenerjik regülasyonu: tarafından kontrol cis- 5'-yan bölgede etkili elemanlar. Mol Endokrinol. 1993, 7: 497-506. UCP1 geninin yapısının kapsamlı açıklaması.

Yamada M, Hashida T, Shibusawa N, Iwasaki T, Murakami M, Monden T, Satoh T, Mori M: Fare ayırma proteini 2 (UCP2) geninin genomik organizasyonu ve promotör işlevi. FEBS Lett. 1998, 432: 65-69. 10.1016/S0014-5793(98)00835-7. UCP2 geninin yapısı.

Pecqueur C, Alves-Guerra MC, Gelly C, Levi-Meyrueis C, Couplan E, Collins S, Ricquier D, Bouillaud F, Miroux B: Uncoupling protein 2, canlıda dağılım, oksidatif stres üzerine indüksiyon ve translasyon düzenlemesi için kanıt. J Biol Chem. 2001, 276: 8705-8712. 10.1074/jbc.M006938200. UCP2 ve doku dağılımının çeviri düzenlemesi.

Acín A, Rodriguez M, Rique H, Canet E, Boutin JA, Galizzi JP: İnsan ayırma proteini 3 (UCP3) geninin 5' yan bölgesinin klonlanması ve karakterizasyonu. Biochem Biophys Res Commun. 1999, 258: 278-283. 10.1006/bbrc.1999.0530. UCP3'te promotör bölgesinin karakterizasyonu.

Echtay KS, Winkler E, Klingenberg M: Koenzim Q, protein fonksiyonunu ayırmak için zorunlu bir kofaktördür. Doğa. 2000, 408: 609-613. 10.1038/35046114. UCP1 için bir kofaktör olarak ubikinon rolünün bir açıklaması.

Rial E, González-Barroso MM: Ayrılan proteinler UCP1 ve UCP2'de taşıma aktivitesinin fizyolojik düzenlenmesi. Biochim Biophys Acta. 2001, 1504: 70-81. 10.1016/S0005-2728(00)00240-1. UCP1 yönetmeliği üzerine tarihsel bir bakış açısıyla bir inceleme.

Klingenberg M, Echtay KS: Ayrılan proteinler: biyokimyacı bakış açısından sorunlar. Biochim Biophys Acta. 2001, 1504: 128-143. 10.1016/S0005-2728(00)00242-5. Memeli UCP'lerinin taşınması ve düzenlenmesi mekanizması üzerine bir inceleme.

Garlid KD, Jaburek M, Jezek P: Ayrılan protein eyleminin mekanizması. Biochem Soc Trans. 2001, 29: 803-806. 10.1042/0300-5127:0290803. Bir yağ asidi anyon taşıyıcısı olarak UCP1'in taşıma mekanizmasını özetleyen bir inceleme.

Jezek P: Mitokondriyal ayrışma proteinlerinin olası fizyolojik rolleri-UCPn. Int J Biochem Cell Biol. 2002, 34: 1190-1206. 10.1016/S1357-2725(02)00061-4. Memelilerin ayrıştırıcı proteinlerinin rolüne ilişkin hipotezler üzerine bir inceleme.

Nicholls DG: Kahverengi yağ dokusu mitokondri. Biochim Biophys Acta. 1979, 549: 1-29. 10.1016/0304-4173(79)90016-8. Kahverengi yağ mitokondrisinin biyoenerjetik özellikleri ve ayrılmayan protein UCP1 üzerine bir inceleme.

Fleury C, Neverova M, Collins S, Raimbault S, Champigny O, Levi-Meyrueis C, Bouillaud F, Seldin MF, Surwit RS, Ricquier D, Warden CH: Uncoupling protein-2: obezite ve hiperinsülinemi ile bağlantılı yeni bir gen. Nat Genet. 1997, 15: 269-272. UCP2'nin varlığının ilk açıklaması.

Arsenijevic D, Onuma H, Pecqueur C, Raimbault S, Manning BS, Miroux B, Couplan E, Alves-Guerra MC, Goubern M, Surwit R, ve diğerleri: Farelerde ayrılmayan protein-2 geninin bozulması bağışıklıkta bir rol olduğunu ortaya koyuyor ve reaktif oksijen türlerinin üretimi. Nat Genet. 2000, 26: 435-439. 10.1038/82565. UCP2 -/- nakavt fareler enfeksiyona karşı daha dirençlidir ve daha yüksek ROS üretimine sahiptir.

Zhang CY, Baffy G, Perret P, Krauss S, Peroni O, Grujic D, Hagen T, Vidal Puig J, Boss O, Kim YB, ve diğerleri: Protein-2'yi ayırmak, insülin salgısını negatif olarak düzenler ve obezite arasında önemli bir bağlantıdır, beta hücre disfonksiyonu ve tip 2 diyabet. Hücre. 2001, 105: 745-755. 10.1016/S0092-8674(01)00378-6. UCP2 -/- nakavt fareler, pankreas adacıklarında daha yüksek ATP seviyeleri ve artan insülin salgısı gösterir.

Krauss S, Zhang CY, Lowell BB: Sağlam timositlerde mitokondriyal proton sızıntısının önemli bir kısmı UCP2'nin ifadesine bağlıdır. Proc Natl Acad Sci ABD. 2002, 99: 118-122. 10.1073/pnas.012410699. UCP2 olan ve olmayan timositlerin biyoenerjetik özelliklerinin karşılaştırılması, proteinin ayrılma aktivitesi ile tutarlıdır.

Diehl AM, Hoek JB: Mitokondriyal ayrılma: protein anyon taşıyıcılarının ayrıştırılmasının rolü ve termojenez ve ağırlık kontrolü ile ilişkiler "Kontrolü kaybetmenin faydaları ". J Bioenerg Biomembr. 1999, 31: 493-506. 10.1023/A:1005452624640. UCP1, UCP2 ve UCP3'ün fizyolojik fonksiyonu üzerine bir inceleme.

Echtay KS, Roussel D, St-Pierre J, Jekabsons MB, Cadenas S, Stuart JA, Harper JA, Roebuck SJ, Morrison A, Pickering S, Clapham JC, Marka MD: Superoxide, mitokondriyal ayrılma proteinlerini aktive eder. Doğa. 2002, 415: 96-99. 10.1038/415096a. UCP2'nin bir süperoksit iyon taşıyıcısı olarak hareket ettiğini gösteren bir rapor.

Samec S, Seydoux J, Dulloo AG: İskelet kaslarında ve kahverengi yağ dokusunda UCP homologlarının rolü: termojenez aracıları veya yakıt substratı olarak lipid düzenleyicileri. FASEB J. 1998, 12: 715-724. Açlığın UCP2 ve UCP3 seviyelerinde bir artışa yol açtığına dair paradoksal gözlem.

Wang MY, Lee Y, Unger RH: Leptin tarafından indüklenen yeni lipoliz formu. J Biol Chem. 1999, 274: 17541-17544. 10.1074/jbc.274.25.17541. Leptin beyaz yağ dokusunda lipolizi indükler, ancak yağ asitleri dışarı atılmak yerine adipositte oksitlenir.

Boss O, Samec A, Paoloni-Giacobino A, Rossier C, Dulloo A, Seydoux J, Muzzin P, Giacobino JP: Uncoupling protein-3: Dokuya özgü ekspresyona sahip mitokondriyal taşıyıcı ailesinin yeni bir üyesi. FEBS Lett. 1997, 408: 39-42. 10.1016/S0014-5793(97)00384-0. UCP3'ün varlığının ilk açıklaması.

Gong DW, Monemdjou S, Gavrilova O, Leon LR, Marcus-Samuels B, Chou CJ, Everett C, Kozak LP, Li C, Deng C, ve diğerleri: Ayrılmayan farelerde obezite ve açlık ve tiroid hormonuna normal tepki eksikliği protein-3. J Biol Chem. 2000, 275: 16251-16257. 10.1074/jbc.M910177199. UCP3 nakavt fareler, tüm vücut metabolizmasında değişiklik olduğunu kanıtlamaz.

Cline GW, Vidal Puig AJ, Dufour S, Cadman KS, Lowell BB, Shulman GI: canlılarda Ayrılan protein-3 gen bozulmasının mitokondriyal enerji metabolizması üzerindeki etkileri. J Biol Chem. 2001, 276: 20240-20244. 10.1074/jbc.M102540200. UCP3 nakavt farelerden alınan kas mitokondrisinin daha yüksek bir enerji verimliliği gösterdiğinin ve dolayısıyla canlıda UCP3'ün bir ayırma aktivitesi vardır.

Weigle DS, Selfridge LE, Schwartz MW, Seeley RJ, Cummings DE, Havel PJ, Kuijper JL, Beltran del Rio H: Yükseltilmiş yağ asitleri kasta protein 3 ekspresyonunu indükler: açlığın etkisi için potansiyel bir açıklama. Şeker hastalığı. 1998, 47: 298-302. UCP3 ifadesi, enerjiyi dağıtma ihtiyacından ziyade yağ asitlerinin yakıt olarak kullanılmasıyla bağlantılıdır.

Himms-Hagen J, Harper ME: UCP3'ün fizyolojik rolü, yağ asidi oksidasyonunun baskın olduğu durumlarda mitokondriden yağ asitlerinin ihracatı olabilir: bir hipotez. Exp Biol Med. 2001, 226: 78-84. UCP3'ün fizyolojik işlevi üzerine, rolünün mitokondriyal matristen yağ asitlerinin ihracatı olduğu hipotezini sunan bir inceleme.

Boss O, Hagen T, Lowell BB: Ayrılan proteinler 2 ve 3: Mitokondriyal enerji metabolizmasının potansiyel düzenleyicileri. Şeker hastalığı. 2000, 49: 143-156. UCP2 ve UCP3'ün fizyolojik işlevi üzerine bir inceleme.

Curtin NA, Clapham JC, Barclay CJ: Ayrılan protein-3'ü aşırı ifade eden farelerden izole edilmiş kaslar tarafından aşırı geri kazanım ısısı üretimi. J Physiol. 2002, 542: 231-235. 10.1113/jphysicol.2002.021964. UCP3'ü aşırı eksprese eden transgenik farelerden elde edilen kas hücrelerinin daha düşük bir enerji verimliliğine sahip olduğunun gösterilmesi.

Harper ME, Dent R, Monemdjou S, Bézaire V, Van Wyck L, Wells G, Kavaslar GN, Gauthier A, Tesson F, McPherson R: Diyete dirençli obezlerin iskelet kasında mitokondriyal proton sızıntısında azalma ve ayrılmayan protein 3 ifadesinin azalması Kadınlar. Şeker hastalığı. 2002, 51: 2459-2466. UCP3'ün insanlarda enerji tüketen rolünü gösteren bir rapor.

Considine MJ, Daley DO, Whelan J: Mangoda meyve olgunlaşması sırasında alternatif oksidaz ve ayrıştırıcı proteinin ifadesi. Bitki Fizyol. 2001, 126: 1619-1629. 10.1104/s.126.4.1619. Mangodaki UCP, meyve olgunlaşma sürecinde önemli bir rol oynar.

SWISS-PROT/TrEMBL. SWISS-PROT, küratörlü bir protein dizisi veritabanıdır ve TrEMBL, SWISS-PROT'un bilgisayar açıklamalı bir ekidir., [http://ca.expasy.org/sprot/]

Gen Bankası. Protein ve DNA dizilerinin veri tabanı., [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank]