SESJA 6

SESJA 6
BŁONY KOMÓRKOWE:
SYGNALIZACJA
I BIOENERGETYKA
WYKŁADY
140
SESJA 6 WYKŁADY
W06-01
METABOLIZM NUKLEOTYDÓW W SERCU ZWIERZĄT I CZŁOWIEKA
Mariusz M. Żydowo
Katedra Biochemii AM w Gdańsku
Porównawcze badania nad metabolitami nukleotydów purynowych i pirymidynowych pojawiającymi się w perfuzatach niedotlenionych serc szczura i serca człowieka – doprowadziły do wykrycia urydyny jako głównego ilościowo katabolitu mukleotydów pirymidynowych w sercu człowieka, natomiast uracylu w sercu szczura. Stwierdzono, że ta międzygatunkowa różnica jest spowodowana bardzo niewielką aktywnością fosforylazy urydyny w
sercu człowieka. Wykazano że równie niewielka w porównaniu z sercem szczura, jest w sercu człowieka aktywność fosforylazy nukleozydów purynowych. Znaczenie tych różnic dla fizjologii serca będzie dyskutowane ze
wskazaniem głównie roli nukleozydów jako sygnałów odbieranych przez swoiste receptory.
Sygnałowe, a nie tylko energetyczne znaczenie trifosfonukleozydów, głównie ATP będzie przedstawione na
przykładzie działania ATP jako allosterycznego efektora deaminazy AMP izolowanej z serc niektórych zwierząt.
Ten efekt ATP był obserwowany dla enzymu z serc niektórych gatunków, z innych nie. Deaminaza AMP z serca
zdrowego szczura jest wrażliwa na ATP, jednakże enzym izolowany z serc szczurów, u których wywołano doświadczalną martwicę mięśnia sercowego-utracił tę wrażliwość. Będą krótko przedyskutowane medyczne implikacje oraz molekularne przyczyny tego zjawiska.
Przedstawiona będzie w referacie historia zmian poglądów w badaniach nad metabolizmem i istotą metabolicznego oraz fizjologicznego znaczenia nukleotydów. Po okresie fascynacji znaczeniem nukleotydów dla generacji i
transformacji energii w tkankach wszystkich żywych organizmów i po ugruntowaniu znaczenia sekwencji nukleotydów w cząsteczkach DNA i RNA dla przenoszenia i ekspresji informacji genetycznej, nastąpiła era badań nad
inną „informatyczną” rolą nukleotydów. Wiadomo dzisiaj że niemal wszystkie nukleotydy a także produkty ich
katabolizmu w tkankach, odgrywają rolę swoistych sygnałów dla odpowiednich enzymów i receptorów. Szczegółowa wiedza na ten temat tej sygnałowej roli takich cząsteczek, które wydawały się przedtem jedynie odpadowymi produktami rozpadu, wciąż rośnie. Można pokusić się już dzisiaj o uogólnienie że nukleotydy są związkami
o uniwersalnym znaczeniu w procesach życiowych, w szczególności zaś one same jak i niemal wszystkie produkty
ich rozpadu są nośnikami informacji ważnych dla regulacji funkcjonowania żywych organizmów, ich zdrowia i
wychodzenia z choroby.
BŁONY KOMÓRKOWE: SYGNALIZACJA I BIOENERGETYKA
141
W06-02
BIAŁKO ROZPRZĘGAJĄCE W MITOCHONDRIACH ROŚLIN WYŻSZYCH I MIKROORGANIZMÓW
Wiesława Jarmuszkiewicz
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Instytut Biologii Molekularnej I Biotechnologii, Poznań
Mitochondrialne białko rozprzęgające (uncoupling protein, UCP) pozwala na powrót protonów obecnych w
przestrzeni mitochondrialnej do matriks, pomijając syntezę ATP a więc rozpraszając różnicę potencjału elektrochemicznego. Działanie UCP jest zatem związane ze wzrostem oddychania mitochondrialnego i rozproszeniem
energii w postaci ciepła. Proponowane mechanizmy działania UCP zakładają, że białko to funkcjonuje badź jako
przenośnik protonów aktywowany przez kwasy tłuszczowe, badź jako przenośnik anionowych form wolnych
kwasów tłuszczowych pozwalający na protonoforyczny cykl tychże kwasów w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej. Do roku 1995, w którym odkryto istnienie UCP w mitochondriach niektórych roślin wyższych uważano, że białko to wystepuje jedynie w brunatnej tkance tłuszczowej ssaków (UCP1). W ciągu ostatnich dwóch
lat zidentyfikowano UCP w innych tkankach ssaków (UCP2,3,4) oraz u niektórych mikroorganizmów. Odkrycie
UCP w mitochondriach prostego organizmu niefotosyntetycznego jakim jest ameba Acanthamoeba castellanii
(AcUCP) oraz w mitochondriach niefermentujących drożdży Candida parapsilosis (CpUCP) dowodzi, że białko to
może wystepować u wszystkich przedstawicieli eukariotów. W mitochondriach roślin wyższych i niektórych mikroorganizmów UCP stanowi drugi, obok odpornej na cyjanek oksydazy alternatywnej, system rozpraszający
energię. Omówione zostanie wzajemne powiązanie obu białek oraz charakterystyka działania UCP w mitochondriach tych organizmów.
Finansowane przez KBN 6 P04A 005 18.
142
SESJA 6 WYKŁADY
W06-03
WEWNĄTRZKOMÓRKOWE KANAŁY POTASOWE I CHLORKOWE
Adam Szewczyk, Anna Kicińska, Grażyna Dębska
Instytut Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego, Warszawa
Kanały jonowe są białkami błonowymi umożliwiającymi szybki przepływ jonów przez błony biologiczne. Struktura i funkcja białek kanałowych błon plazmatycznych została w ostatnich latach stosunkowo dobrze poznana. Natomiast nadal dysponujemy ograniczoną ilością informacji o strukturze i funkcji kanałów jonowych obecnych w
błonach wewnątrzkomórkowych. Wewnątrzkomórkowe błony biologiczne stanowią ponad 90% błon komórki i
we wszystkich rodzajach błon wewnątrzkomórkowych wykryto aktywność kanałów potasowych i chlorkowych.
Aktywność kanałów jonowych obserwowano m.in. w pęcherzykach synaptycznych, błonie jądrowej oraz w
błonach mitochondrialnych [A.Szewczyk (1998) The intracellular potassium and chloride channels: properties, pharmacology and function. Molec. Membr. Biol. 15, 49–58.]. Doniesienia opublikowane ostatnio wskazują na kluczową role
mitochondrialnych kanałów jonowych w tak ważnych zjawiskach jak kardioprotekcja, egzocytoza, czy transmisja
synaptyczna. W wykładzie zostaną przedstawione najnowsze doniesienia dotyczące właściwości i funkcji
wewnątrzkomórkowych kanałów potasowych i chlorkowych. Szczegółowo zostaną przedstawione kanały potasowe i chlorkowe wewnętrznej błony mitochondrialnej. Mitochondrialny kanał potasowy regulowany przez ATP
(kanał mitoKATP) stanowi interesujący przykład udziału wewnątrzkomórkowego kanału jonowego w tak
złożonym zjawisku jak kardioprotekcja [A. Szewczyk, E. Marban (1999) Mitochondria: A new target for potassium channel
openers? Trends Pharmacol. Sci. 20, 157–161.]. Niedawno opisany kanał potasowy w mitochondriach komórek gliomy oraz kanał chlorkowy obecny w wewnętrznej błonie mitochondrialnej keratynocytów stanowią prawdopodobnie ważny element procesu apoptozy komórek.
BŁONY KOMÓRKOWE: SYGNALIZACJA I BIOENERGETYKA
143
W06-04
ROLA MITOCHONDRIÓW W METABOLIZMIE WAPNIOWYM
Krzysztof Zabłocki, Agnieszka Makowska, Jerzy Duszyński
Instytut Biologii Doświadczalnej im. Nenckiego, PAN, Warszawa
W traktowanych tapsygarginą i oligomycyną komórkach limfoidalnych Jurkat, inkubowanych w środowisku o pH
7,2 w obecności glukozy, dodanie czynnika rozprzęgającego mitochondria (CCCP) powoduje zmianę szybkości
napływu jonów wapnia (wyrażoną jako przyrost [Ca2+]c w czasie) przez błonę komórkową (PM), z ok. 2800
nM/min do ok. 800 nM/min. W tych warunkach dodanie CCCP nie obniża poziomu komórkowego ATP. Sugeruje
to, że udział mitochondriów polega na zależnym od delta psi pobieraniu Ca2+, co może powodować lokalne obniżanie [Ca2+]c i zmniejszanie hamującego wpływu jonów wapnia na ich napływ przez PM. Szybkość pobierania
Ca2+ przez komórki Jurkat zależy od pH środowiska i wynosi 2800 nM/min w pH 7,2 i 4500 nM/min w pH 7,8. Należałoby więc oczekiwać, że rola mitochondriów jako bufora Ca2+ ma szczególne znaczenie w środowisku o podwyższonym pH. Jednakże dodanie CCCP nie obniża szybkości pobierania Ca2+ przez komórki Jurkat inkubowane
w środowisku o pH 7,8. Oznacza to, że ta hipoteza nie jest prawdziwa. Wykazano też, że na skutek ponownego
zapełnienia magazynów wapniowych napływ Ca2+ przez PM ustaje. Pozwala to na oszacowanie połowicznego
czasu aktywacji kanałów wapniowych. Wynosi on ok. 22s w komórkach inkubowanych w pH 7,2 i ok. 34 s w komórkach inkubowanych w pH 7,8. Dodanie CCCP nie wpływa na wartość tego parametru w komórkach inkubowanych w pH 7,2. A zatem hamujący wpływ CCCP na napływ Ca2+ do komórek Jurkat nie polega na skróceniu
połowicznego czasu otwarcia kanałów wapniowych w PM. Inne mechanizmy wyjaśniające rolę mitochondriów
w regulacji napływu Ca2+ do komórek będą dyskutowane.