Ca2+-dependent regulation of the proton permeability of the inner membrane of lupine cotyledon mitochondria

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

change in volume, and proton permeability of the inner membrane of mitochondria isolated from cotyledons of etiolated seedlings of narrow-leaved lupine (Lupinus angustifolius L.) was studied. The mitochondria used in the work were characterized by a strong coupling of oxidation and phosphorylation processes. The high functional activity of mitochondria was confirmed by their ability to generate a transmembrane gradient of protons on the inner membrane (membrane potential or ∆Ψ) during the oxidation of succinate and also sustainably maintain it for a long time , both due to the operation of the electron transport chain and due to ATP hydrolysis under conditions of anaerobiosis. It was shown that the presence of 60–120 µM CaCl2 in the mitochondrial incubation medium had no significant effect on the rate of succinate oxidation and the parameters of oxidative phosphorylation; however, it induced ∆Ψ dissipation under conditions of oxygen depletion in the incubation medium. The most complete removal Ca2+  from the medium in the presence of chelators (EGTA, EDTA) prevented the membrane potential dissipation. Ca2+-dependent depolarization of the inner membrane was inhibited by dithiothreitol, suggesting involvement in this process of reactive oxygen species. The reset of the membrane potential was not accompanied by swelling of mitochondria and was not sensitive to cyclosporine A. Using metallochromic Ca2+-indicator arsenazo III, it was shown that the mitochondria of lupine cotyledons are able to actively absorb exogenous Ca2+ and store it in the matrix. Ca2+-induced dissipation of ∆Ψ under conditions of anaerobiosis was accompanied by the release of Ca2+ from mitochondria, the rate of which sharply increased in the presence of calcium ionophore A23 (A23187). It is assumed that the accumulation of Ca2+ and an increase in the level of reactive oxygen species in the matrix induces reversible permeabilization of the inner mitochondrial membrane of lupine cotyledons under conditions of anaerobiosis, which is due to the opening of a pore of nonspecific permeability in a state of low conductivity permeable to protons and, possibly, to other small cations (Na+, K+, Ca2+).

作者简介

A. Shugaev

Timiryazev Institute of Plant Physiology, Russian Academy of Sciences

Email: fizrast@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow

P. Butsanets

Timiryazev Institute of Plant Physiology, Russian Academy of Sciences

Email: fizrast@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow

N. Shugaeva

Timiryazev Institute of Plant Physiology, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: fizrast@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Azzolin L., von Stockum S., Basso E., Petronilli V., Forte M.A., Bernardi P. The mitochondrial permeability transition from yeast to mammals // FEBS Lett. 2010. V. 584. P. 2504. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.04.023
  2. Bernardi P., Rasola A., Forte M., Lippe G. The mitochondrial permeability transition pore: channel formation by F-ATP synthase, integration in signal transduction, and role in pathophysiology // Physiol. Rev. 2015. V. 95. P. 111. https://doi.org/10.1152/physrev.00001.2015
  3. Vercesi A., Castilho R.F., Kowaltowski A., de Oliveira H.C.F., de Souza-Pinto N.C., Figuella T.R., Busanello E.N.B. Mitochondrial calcium transport and the redox nature of the calcium-induced membrane permeability transition // Free Radical Biol. Med. 2018. V. 129. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiolmed.2018.08.034
  4. Ichas F., Mazat J.-P. From calcium signaling to cell death: two conformations for the mitochondrial permeability transition pore. Switching from low- to high-conductance state // Biochim. Biophys. Acta. 1998. V. 1366. P. 33.
  5. Sileikyte J., Forte M. The mitochondrial permeability transition in mitochondrial disorders // Oxidative medicine and cellular longevity. 2019. art. ID 3403075. https://doi.org/10.1155/2019/3403075
  6. Tajeddine N. How do reactive oxygen species and calcium trigger mitochondrial membrane permeabilisation? // Biochim. Biophys. Acta. 2016. V. 1860. P. 1079. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2016.02.013
  7. Zancani M., Casolo V., Petrussa E., Peresson C., Patui S., Bertolini A., De Col V., Braidot E., Boscuttiand F., Vianello A. The permeability transition in plant mitochondria: the missing link // Front.Plant Sci. 2015. V. 6. Art. 1120. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01120
  8. Fortes F., Castilho R.F., Catisti R., Carnieri E., Vercesi A.E. Ca2+ induces a cyclosporin A-insensitive permeability transition pore in isolated potato tuber mitochondria mediated by reactive oxygen species // J. Bioenerg. Biomembr. 2001. V. 33. P. 43. https://doi.org/10.1023/A:1005672623709
  9. Arpagaus S., Rawyler A., Braendle R. Occurrence and characteristics of the mitochondrial permeability transition in plants // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 1780. https://doi.org/10.1074/jbc.M109416200
  10. Virolainen E., Blokhina О., Fagersted K. Ca2+-induced high amplitude swelling and cytochrome c release from wheat (Triticum aestivum L.) mitochondria under anoxic stress // Ann. Bot. 2002. V. 90. P. 509. https://doi:101093/aob/mcf221
  11. Martins I.S., Vercesi A.E. Some characteristics of Ca2+ transport in plant mitochondria // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1985. V. 129. P. 943. https://doi.org/10.1016/0006-291X(85)91982-5
  12. De Col V., Petrussa E., Casolo V., Braidot E., Lippe G., Filippo A., Peresson C., Bertolini A., Giorgio V., Checcgttto V., Vianello A., Bernardi P., Zancani M. Properties of the permeability transition of pea steam mitochondria // Front. Physiol. 2018. V. 9. P. 1626. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01626
  13. Petrussa E., Casolo V., Peresson C., Braidot E., Vianello A., Macri F. The K+ ATP channel is involved in a low-amplitude permeability transition in plant mitochondria // Mitochondrion. 2004. V. 3. P. 297. https://doi.org/10.1016/j.mito.2004.01.002
  14. Шугаев А.Г., Буцанец П.А., Шугаева Н.А. Салициловая кислота индуцирует протонную проницаемость внутренней мембраны митохондрий семядолей люпина // Физиология растений. 2016. Т. 63. С. 765. https://doi.org/10.7868/S0015330316060099
  15. Буцанец П.А., Шугаева Н.А., Шугаев А.Г. Влияние мелатонина и салициловой кислоты на генерацию АФК митохондриями семядолей люпина // Физиология растений. 2021. Т. 68. С. 421. https://doi.org/10.31857/S0015330321040035
  16. Шугаев А.Г., Буцанец П.А., Андреев И.М., Шугаева Н.А. Влияние салициловой кислоты на метаболическую активность митохондрий растений // Физиология растений. 2014. Т. 61. С. 555. https://doi.org/10.7868/S0015330314040186
  17. Chance B., Williams G.R. The respiratory chain and oxidative phosphorylation // Adv. Enzymol. 1956. V. 17. P. 65.
  18. Bredford M.M. A rapid and sensitive method the quantitation of microgram quatities of protein utilizing the principle of protein-die binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
  19. Moore A.L., Bonner W.D. Measurements of membrane potentials in plant mitochondria with the safranine method // Plant Physiol. 1982. V. 70. P. 415. https://doi.org/10.1104/pp.70.5.1271
  20. Scarpa A. Measurements of cation transport with metallochromic indicators // Met. Enzymol. 1979. V. 56. P. 301. https://doi.org/10.1016/0076-6879(79)56030-3
  21. Silva M.A.P., Carnieri E.G.S., Vercesi A. Calcium transport by corn mitochondria // Plant Physiol. 1992. V. 98. P. 452. https://doi.org/10.1104/pp.98.2.452
  22. Curtis M.J., Wolpert T.J. The oat mitochondrial permeability transition and its implication in victorin binding and induced cell death // Plant J. 2002. V. 23. P. 295. http://doi.org/101046/j.0960-7412.2001.01213.x
  23. Deryabina Y.I., Bazhenova E.N., Saris N.-E.L., Zvyagilskaya R.A. Ca2+ efflux in mitochondria from the yeast Endomyces magnusii // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 47801. https://doi.org/10.1074/jbc.M103685200
  24. Wagner S., De Bortoli S., Schwarzlander M., Szabo I. Regulation of mitochondrial calcium in plants versus animals // J. Exp. Bot. 2016. V. 67. P. 3809. https://doi.org/10.1093/jxb/erw100
  25. Akerman K.E.G., Moore A.L. Phosphate dependent, ruthenium red insensitive Ca2+ uptake in mung bean mitochondria // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1983. V. 114. P. 1176. https://doi.org/10.1016/0006-291x(83)90686-1
  26. Blokhina O.B., Chirkova T.V., Fagerstedt K.V. Anoxic stress leads to hydrogen peroxide formation in plant cells // J. Exp. Bot. 2001. V. 52. P. 1179. https://doi.org/10.1093/jexbot/52.359.1179
  27. Chavez E., Melendes E., Zazueta C., Reyes-Vivas H., Perales S.G. Membrane permeability transition as induced by dysfunction of the electron transport chain // Biochem. Mol. Biol. Int. 1997. V. 41. P. 961. https://doi.org/10.1080/15216549700202021
  28. Bernardi P. The mitochondrial permeability transition pore: a mystery solved? // Front. Fhysiol. 2013. V. 4. Art. 95. https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00095
  29. Bernardi P., Petronilli V. The permeability transition pore as a mitochondrial calcium release channel: a critical appraisal // J. Bioenerg. Biomembr. 1996. V. 28. P. 131. https://doi.org/10.1007/BF02110643
  30. Huser J., Blatter L. Fluctuation in mitochondrial membrane potential caused by repetitive gating of the permeability transition pore // Biochem J. 1999. V. 343. P. 311. https://doi.org/10.1042/bj3430311
  31. De Marchi E., Bonora M., Giorgi C., Pinton P. The mitochondrial permeability transition pore is a dispensable element for mitochondrial calcium efflux // Cell Calcium. 2014. V. 56. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.ceca.2014.03.004

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (154KB)
3.

下载 (127KB)
4.

下载 (57KB)

版权所有 © Shugaev A.G., Butsanets P.A., Shugaeva N.A., 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».