Регуляция ионами кальция функциональный активности и ультраструктурный митохондры сердца крыс
ВВЕДЕНИЕ
Са2+ представляет один из важнейших внутриклеточных сигналов, регулирующих многочисленные биохимические и физиологические (патофизиологические) процессы в клетке. В последнее время становится очевидным, что митохондрии являются основным сенсором, регулятором и депо ионов кальция. Для тонкой регуляции кальциевого сигнала в клетке существует широкий спектр молекул-мишеней, индуцирующих и декодирующих изменения концентрации Са2+ в клетке (помпы, каналы, Са2+-связывающие белки, Са2+-зависимые ферменты, локализованные как в цитоплазме, так и в органеллах). Аккумулирование в митохондриях избыточного цитоплазматического кальция происходит при помощи кальциевого унипортера, а высвобождение кальция происходит посредством натрий/кальциевого и кальций/протонного антипортеров. В свою очередь, избыточное накопление кальция в митохондриях приводит к формированию пор высокой проницаемости в митохондриях, которые играют важную роль в гибели клеток при многих патологиях.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………............4
ГЛАВА 1. Обзор литературы…………………………………………………5
1.1. ЭФФЕКТ ИОНОВ ЭКЗОГЕННОГО КАЛЬЦИЯ НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ МИТОХОНДРИЙ СЕРДЦА КРЫС…………………………5
1.1.1. Типы митохондрий сердца……………………….6
1.1.2. Динамика митохондрий сердца…………………….7
1. 1.3. Дисфункция митохондрий сердца………………10
1.2. МИТОХОНДРИИ, КАЛЬЦИЕВЫЙ ГОМЕОСТАЗ И КАЛЬЦИЕВАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ…………………………….12
1.2.1. Кальциевая сигнализация………………………….14
1.2.2. Транспорт ионов Ca2+ в клетку и митохондрии………………………….15
1.2.3. Роль митохондрий в регуляции Ca2+-сигнала…………………………….18
1.3. МЕМБРАННЫЕ РЕЦЕПТОРЫ И ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ КАЛЬЦИЙ….19
1.3.1. Вход ионов Ca2+ в цитоплазму……………………………… ………….20
1.3.2. Удаление ионов Ca2+ из цитоплазмы…………….…..22
1.3.3. Мишени и механизмы действия Ca2+…………………23
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ…………………….25
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение……………………….27
3.1 ЭФФЕКТ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ НА УЛЬТРАСТРУКТУРУ МИТОХОНДРИЙ СЕРДЦА КРЫС……………………………………………….27
3.2-Регуляция ионами кальция респираторной активности митохондрий сердца крыс
3.3-Регуляция ионами кальция процесса формирования пор высокой проницаемости в митохондриях сердца крыс
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………31
ВЫВОДЫ………………………………………………32
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………….33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Кальциевая сигнализация в клетке / Н.Г. Головач [и др.] // Веснік ГрДУ імя Янкі Купалы. Сер. 5, Эканоміка. Сацыялогія. Біялогія. – 2015. – № 3 (202). – С. 143–148]. 2.Allarakha, Sh. What are the four main functions of the heart? [Electronic resource]. – Mode of access: medicinenet.com. – Date of access: 10.10.2019.
3.Заводник, И.Б. Митохондрии, кальциевый гомеостаз и кальциевая сигнализация. Лекция / И.Б. Заводник // Биомедицинская химия. – 2016. – Т. 62, № 3. – С. 311–317.
4.Гурин А. М. Структурно–функциональные особенности сердечной мышечной ткани человека / А. М. Гурин // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – №11. – С. 28–40.
5.Calcium – induced mitochondrial permeability transitions: parameters of Ca2+ ion interactions with mitochondria and effects of oxidative agents / N. G. Golovach [et al.] // J Membr Biol. – 2017. – V. 250. – P. 225–236].
6.Dorn, G. W. Evolving concepts of mitochondrial dynamics / G. W. Dorn // Annu Rev Physiol. – 2019. – Vol. 81. – P. 1–17.
7.Severs N. J. The cardiac muscle cell / N. J. Severs // BioEssays. – Vol. 22. – P. 188–199.
8.Hollander, J. M. Physiological and structural differences in spatially distinct subpopulations of cardiac mitochondria: influence of cardiac pathologies / J. M. Hollander, D. Thapa, D. L. Shepherd // Am J Physiol Heart Circ Physiol. – 2014. – Vol. 307. – P. H1–H14.
9.Shimada, T. Morphological studies of different mitochondrial populations in monkey myocardial cells / T. Shimada [et al.] // Cell Tissue Res. – 1984. – Vol. 238. – P. 577–582.
10.Fawcett D. W. The ultrastructure of the cat myocardium. I. Ventricular papillary muscle / D. W. Fawcett, N. S. McNutt // J Cell Bio. – 1969. – Vol. l42. – 1–45.
11.Lukyanenko V. Mitochondria in cardiomyocyte Ca2+ signaling / V. Lukyanenko, A. Chikando, W.J. Lederer // Int. J. Biochem. Cell Biol. – 2009. – Vol. l41. – P. 1957–1971.
Внутриклеточная концентрация ионов Ca2+ может резко повышаться (изменяться) при воздействии управляющих сигналов, регулирующих открытие кальциевых каналов и включение кальциевых насосов (Ca2+-АТРаз) в плазматической и внутриклеточной (саркоплазматический/эндоплазматический ретикулум, митохондрии) мембранах. Ионные каналы в плазматической мембране и мембранах внутриклеточных депо быстро доставляют ионы Ca2+ в цитоплазму клетки, медленное удаление ионов обеспечивает активный экспорт из цитоплазмы. В настоящее время идентифицированы несколько основных белковых комплексов, которые контролируют транспорт Ca2+ в клетке. В первую очередь – это группа кальциевых насосов, Ca2+-ATPаз, различающихся по локализации, строению, способу регуляции: Ca2+-ATPаза плазматической мембраны (plasma-membrane Ca2+-ATPase, PMCA), удаляющая ионы кальция из цитоплазмы во внеклеточную среду, Ca2+-ATPаза мембран сарко(эндо)плазматического ретикулума (sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+-ATPase, SERCA), “закачивающая” ионы кальция в сарко(эндо) плазматический ретикулум. Существуют также многочисленные рецепторы/ионные каналы. В плазматической мембране клетки присутствуют депо – управляемые Ca2+ каналы (store-operated channels, SOC), открывающиеся при опустошении внутриклеточных депо ионов Ca2+, потенциал – зависимые Ca2+ каналы (voltage-gated Ca channels, VGCC) L типа (long-lasting, долгоживущие каналы, сохраняющие активное состояние довольно долго), рецептор – управляемые каналы (receptor – operated channels, ROC). Каналы VGCC L типа блокируются некоторыми лекарственными соединениями: производными 1,4-дигидропиридинов (нифедипином), верапамилом, дилтиаземом. Регуляция активности канала VGCC L типа осуществляется его фосфорилированием под действием cAMP-, кальмодулин- cGMP- зависимых протеинкиназ.