光动力过程中线粒体膜电位和细胞存活关系

以1-anilionaphthalene-8-sulfonate(ANS)作荧光探针,通过其荧光光谱研究了苯硫基酞菁锌PcS)、苯硫基铝酞菁(AIPcS)和烷氧基铝酞菁(AIPc)这三种金属酞菁配合物作为光敏剂的光动力作用对癌细胞线粒体膜表面电位的影响．研究表明,光动力作用后线粒体膜表面电位降低,表面电荷数面密度增加．ZnPcS的影响最大,这与酶联免疫检测光动力作用后对癌细胞的杀伤效果相一致,提示细胞线粒体膜可能是金属酞菁配合物在光动力过程中的作用位点。通过比较细胞线粒体膜表面电位以及表面电荷数面密度与细胞存活之间的关系,阐述了光动力作用的物理学机制．同时,由于线粒体膜电位与细胞凋亡的密切关系,金属酞菁配合物对线粒体膜表面电位的影响提供了一个衡量药物疗效的判据。     

光对植物线粒体磷酸化活力及耗氧的影响

Gordon等(1960)曾报道红光和远红光对燕麦线粒体氧化磷酸化活力有抑制作用。但是,我们在膜的组合实验中却发现光下较暗中都有一定磷酸化脉冲增益。当线粒体经蔗糖密度梯度提纯后或经低渗溶液涨破离心提纯后,这种光下增益仍可观察到(表1)。因而在氧化磷酸化反应条件下了解光对线粒体的增益效应,照光30秒转暗可以看到增益甚高(表3)。说明光有触发效应。连续照光2分钟较之照光30秒后转暗90秒的处理效应反低,而不同光波下都有这种现象。说明光可能又有抑制效应(表5)。比较不同波长光的增益效应时,红光和远红光都有促进,而红光效应最高(表4、5)。与Gordon等结果不同。 线粒体基础耗氧(State Ⅱ)受光的促进,照光30秒大于连续照光的增益效应(比较图2—A、B、C)。说明光有触发效应和抑制效应。当偶联磷酸化后(State Ⅲ),光的触发效应仍存在,但此时的抑制效应不甚明显(比较图2—A、B、C偶联磷酸化部分)。所以光对嵴膜小囊的影响在耗氧和偶联磷酸化反应上并不相同。     

消炎痛对大鼠肝线粒体微粒体^45Ca摄取及膜流动性的影响

我们曾报道消炎痛预处理在大鼠能引起明显的肝保护作用,为了进一步探讨消炎痛肝保护作用的机制,本工作观察了它对大鼠肝线粒体、微粒体钙调节作用及膜流动性的影响。结果表明,经消炎痛整体预处理的大鼠肝线粒体和微粒体的钙摄取及膜流动性均明显增加,但是,将消炎痛直接加入由正常大鼠分离的线粒体或微粒体中,则反而使膜的流动性降低。这些变化可能与消炎痛的肝保护作用有关。     

大鼠肝细胞过氧化物酶体的提取

:采用蔗糖密度梯度离心法 ( 950 0 0× g,2 h)提取大鼠肝细胞过氧化物酶体 ,所得过氧化物酶体形态完整 ,纯度与肝匀浆相比提高了 2 6倍 ,仅有少量 ( 0 .5%～ 0 .9%)的微粒体和线粒体污染 ,回收率为 1 2 %。为研究过氧化物酶体提供了有效的分离方法。此法还可将过氧化物酶体、微粒体、线粒体同时进行分离。     

中华眼镜蛇毒膜毒素对鼠肝线粒体膜的作用位点的研究

中华眼镜蛇毒膜毒素C(MT-C)对鼠肝完整线粒体的呼吸有明显抑制作用,但不影响完整线粒体的氧化磷酸化活力以及线粒体碎片上F_1-ATP酶的活力表现。根据膜毒素(MT-C)明显地抑制Ca~(++)诱导下的线粒体6态呼吸速度和质子释放,本文认为膜毒素(MT-C)在鼠肝线粒体上的真正作用位点可能位于内膜上Ca~(++)的结合位点附近,而不在呼吸酶系或磷酸化酶系本身。     

生物膜组分对膜功能和膜相变的调控 Ⅱ、膜脂组分对水稻线粒体α-酮戊二酸氧化酶活力的影响

以四种抗冷性不同的水稻芽鞘为材料,分析了它们的线粒体膜脂脂肪酸成分和含量、线粒体α-酮戊二酸氧化酶活力,并在线粒体上添加含油酸酯的吐温80和清洗吐温80之后测定了α-酮戊二酸氧化酶活力的变化。 四种抗冷性不同的水稻种子,其干胚膜脂脂肪酸成分相同,但是它们的脂肪酸不饱和指数(IUFA)有明显差异,这种差异与品种抗冷性成正相关。品种间芽鞘线粒体膜脂脂肪酸成分相同,它们的脂肪酸不饱和指数也有明显差异,与品种抗冷性也成正相关。四个水稻品种的芽鞘线粒体α-酮戊二酸氧化酶活力在10～42℃间存在着两个温度折点,其中低温折点可能与品种抗冷性有关。秈稻“二九青”芽鞘线粒体添加吐温80和清洗吐温80后,线粒体α-酮戊二酸氧化酶活力的温度折点均比对照线粒体低。证明增加膜脂中不饱和脂肪酸能降低膜结合酶活力的温度折点,膜脂脂肪酸不饱和度与膜结合酶活力和水稻抗冷性密切相关。     

光合磷酸化偶联机制的研究寡霉素对PSP、ATP酶和ATP_b-Pi交换反应的作用

在过去工作基础上,我们进一步研究类囊体膜上牢固结合的ATP_b 与Pi 的交换反应和PSP 的关系。主要结果是:①在线粒体中对ATP 酶复合体的疏水蛋白专一敏感的寡霉素,对叶绿体中ATP 的光下形成和水解均表现为抑制,其中对ATP 酶活力的抑制要比对ATP 形成的抑制强烈得多,对核苷酸交换和光下H~ 吸收也有明显的抑制作用(表1)。②去除内源游离核苷酸的叶绿体悬浮液,与Pi(~(31)Pi ~(32)Pi)照光(不外加ADP),发现在适当的寡霉素浓度(20微克/毫克蛋白)下显著促进此系统ATP 中~(32)Pi 参入的数量;并且在所测温度下均促进,温度升高(30℃),促进作用更为明显(表2,3)。③用荧光素酶测定ATP 的方法对上述系统的反应产物进行鉴别,并与~(32)Pi酯化法相比较,证明寡霉素促进的是ATP_b-Pi 交换(图1,2;表4,6)。④ATP_b-Pi 交换反应与类囊体膜的能量转换有密切的关系。这交换反应需光、需辅助因子,也受解联剂的影响(表5),是需能反应。这ATP_b-Pi 交换,较之PSP 受解联剂的影响要小得多,可能它与膜上高能态有更为直接的联系。     

生物膜能量偶联ATP酶的比较研究——Ⅱ.鼠肝线粒体ATP酶(F_1)与人原发性肝癌线粒体内膜的杂交重组及其对肝癌发生的遗传控制的初步分析

1974到1975年,我们用人原发性肝癌细胞的线粒体内膜进行ATP酶活力测定,结果证明人肝癌线粒体ATP酶活力极低(0.04～0.1微克分子/分/毫克蛋白)只相当于正常大鼠线粒体的1/10～1/25(0.49～1.07微克分子/分/毫克蛋白)。Walker肉瘤和人肝硬变组织的线粒体与人肝癌的酶活力相近。电镜负染标本观察证明肝癌线粒体内膜大部分失去特征性的直径为90(?)的ATP酶颗粒,表现为光滑膜。ANS萤光探针的发射萤光光谱测定和2,4-二硝基酚的激活试验均证明人肝癌细胞线粒体内膜的ATP酶大量消失是肝癌细胞的特征之一。用提取的大鼠肝线粒体ATP酶(F_1)与人肝癌线粒体内膜进行人工杂交重组,结果证明,重组后的杂交膜的ATP酶活力比人肝癌线粒体内膜高6～11倍;寡霉素敏感性也显著提高。电镜负染标本观察表明杂交膜出现了典型的直径为90(?)的ATP酶的颗粒形态;ANS萤光增强效应测定证明杂交膜的萤光强度比肝癌膜高276%(相对单位);0℃低温处理2小时,ANS萤光强度不变;酶活力在0℃2小时后,仍相当于原来活力的90%。此项试验结果证明杂交重组获得成功。鼠肝线粒体ATP酶与人肝癌线粒体内膜杂交后的特性表现了与天然线粒体内膜的ATP酶的一系列相似的特性。讨论了ATP酶复合体杂交重组试验在探索肝癌发生与细胞中两个遗传系统控制的可能关系问题。     

生物膜组分对膜功能和膜脂相变的调控——Ⅰ.吐温表面活性剂对玉米根端线粒体ATP酶活力的影响

膜脂流动性和膜结合酶的关系极为密切,同时膜脂组分也明显地制约着膜的流动性。本试验选用了三种不同脂肪酸碳链的吐温表面活性剂(Tween 20,Tween40,Tween 80)作为线粒体的添加物,观察对玉米根端线粒体ATP 酶活力的调节作用。结果看到玉米根端线粒体ATP酶在8～32℃范围内活化能在15.5℃处出现了一个折点。添加吐温20、40、80后在8～32℃范围内都出现了二个活化能的折点,分别为26.5℃和12.3℃;25.4℃和15.3℃;22.8℃和12.8℃。清洗吐温后ATP 酶活化能的转折点温度与添加吐温时没有明显差异,表明吐温的脂肪酸链可能与线粒体膜相结合,因而改变了线粒体ATP 酶的活化能的折点温度。     

生物膜组分对膜功能和膜脂相变的调控 Ⅰ.吐温表面活性剂对玉米根端线粒体ATP酶活力的影响

膜脂流动性和膜结合酶的关系极为密切,同时膜脂组分也明显地制约着膜的流动性。本试验选用了三种不同脂肪酸碳链的吐温表面活性剂(Tween 20,Tween40,Tween 80)作为线粒体的添加物,观察对玉米根端线粒体ATP酶活力的调节作用。结果看到玉米根端线粒体ATP酶在8～32℃范围内活化能在15.5℃处出现了一个折点。添加吐温20、40、80后在8～32℃范围内都出现了二个活化能的折点,分别为26.5℃和12.3℃;25.4℃和15.3℃;22.8℃和12.8℃。清洗吐温后ATP酶活化能的转折点温度与添加吐温时没有明显差异,表明吐温的脂肪酸链可能与线粒体膜相结合,因而改变了线粒体ATP酶的活化能的折点温度。     

NG-硝基-L-精氨酸对大鼠局灶性缺血脑区线粒体损伤的影响

目的:观察非选择性一氧化氮合酶抑制剂NG-硝基-L-精氨酸(NG-nitro-L-arginine,L-NA)对局灶性脑缺血大鼠脑线粒体的损伤作用,以探讨其改善缺血性脑损伤的作用机制。方法:将大鼠随机分为假手术组、缺血对照组、L-NA治疗组,采用线栓法阻断大鼠大脑中动脉(MCAO)复制局灶性脑缺血模型,分别于缺血后2h、6h、12h给药治疗3d,迅速断头取脑,差速离心法提取缺血侧脑组织线粒休,迅速测定线粒体膜肿胀度及线粒体活力,测定线粒体总ATP酶、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,以及线粒休一氧化氮(NO)、丙二醛(MDA)含量:电镜观察缺血后皮层神经元超微结构的改变及L-NA对其影响。结果:在大鼠MCAO后线粒体膜肿胀度增加,线粒体活力下降,线粒体NO、MDA含量明显增加,线粒体总ATP酶、SOD、GSH-Px活性均明显下降:缺血后2h、6h、12h给予L-NA治疗3d与缺血对照组相比NO含量明显下降,缺血后12h治疗组线粒体膜肿胀度、线粒体活力、总ATP酶、SOD、GSH-Px活性均显著升高、MDA含量下降。电镜结果显示脑缺血后皮层神经元水肿,线粒体肿胀、嵴断裂、溶解、消失,且随缺血时间延长损伤加重;缺血后12h给予L-NA治疗能明显改善脑缺血引起的神经元水肿、线粒体肿胀和空泡化。结论:L-NA能明显抑制脑缺血后线粒体NO生成,在缺血早期给予L-NA对缺血性脑损伤无改善作用:缺血后期给予L-NA,能明显降低线粒体膜肿胀程度,改善线粒体能量供应,增强线粒体抗氧化作用及其活力,从而减轻脑缺血损伤。     

金属酞菁光敏剂的三阶非线性光学性能研究

从光动力治疗癌症的疗效着眼研究酞菁配合物的三阶非线性光学性能。用时间分辨简并四波混频方法测量苯硫基钛菁锌(C56H32S4Zn),苯硫基铝酞菁(C56H32AlN8O4)以及烷氧基铝酞菁(C56H32AlN8O4)的三阶非线性光极化率;测量四波混频响应的衰减过程;研究时间响应的超快过程和慢过程及其动力学机制,它们分别对应于单态和三线态的寿命。在荧光显微成像系统中观察三种酞菁光敏剂对人肝癌细胞杀伤的形态变化,并用MTT方法检测细胞存活率。对三种酞菁配合物的三线态量子产率和寿命进行测定,结果与它们对人肝癌细胞的光动力杀伤作用相关联。     

外源胆固醇对水稻根端线粒体ATP酶活力的影响

外源胆固醇无论是通过根系吸收或是直接与离体线粒体一起温育的方式,在试验浓度范围内均能提高水稻根端线粒体ATP酶的活力,同时观察到外源胆固醇能明显降低ATP酶表现活化能(Apparent activation energy,AEa)在Arrhenius图上的折点温度。其中通过根系吸收进入线粒体膜内后,其线粒体ATP酶AEa的两个折点温度由对照的27.7℃和15.5℃分别降低到24.5℃和12.7℃;直接与离体线粒体一起温育的两个折点温度分别降低到18.8℃和9.6℃。试验结果证明,适量的外源胆固醇不仅对水稻根端线粒体ATP酶活力具有明显的促进作用,而且对降低线粒体膜脂的相变温度也有明显的调节作用。     

羟基自由基对兔脑微粒体膜脂及膜蛋白的损伤

本文研究了过氧化氢与亚铁离子体系产生的羟基自由基对兔脑微粒体脂质过氧化作用及对膜上(Na~++K~+)-ATP酶活性的影响.结果表明,羟基自由基导致兔脑微粒体脂质过氧化,增加丙二醛的含量.羟基自由基还使微粒体膜巯基数下降,(Na~++K~+)-ATP酶活力受到抑制.阿魏酸钠对抑制微粒体脂质过氧化及对膜巯基和(Na~++K~+)-ATP酶均有保护作用.自旋捕集实验结果进一步证明药物对羟基自由基的猝灭作用.     

光质对油菜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

用 40 μE·m- 2 ·s- 1 的白光和红光对油菜幼苗照光处理 9d ,结果表明 ,红光促进油菜幼苗的生长 ,使其抗坏血酸过氧化物酶 (APX)活性明显升高 ,过氧化物酶 (POD)活性下降 ,但对过氧化氢酶 (CAT)活性无明显影响。     

昆虫线粒体发生的生化和亚显微结构的研究

线粒体在细胞中的发生目前有各种观点的争论,其理论意义涉及到真核细胞的起源和进化、染色体和线粒体两个遗传体系之间的相互关系以及生物膜合成和组装机理等。我们对处于分化中的昆虫胸肌线粒体的观察结果是:(1)对粘虫变态期的呼吸和细胞色素氧化酶活力测定表明蛹期第8天的组织形成阶段是胸肌细胞分化和其线粒体发生的开始。电镜观察表明,线粒体形成分两个阶段:由颗粒结构(可能是酶蛋白与脂的复合体)装配成膜片和膜泡;由膜泡分化出内嵴,进而发育为线粒体。(2)QO₂值,P/O比和ATP酶活力的出现与膜结构的分化发育相平行。α-甘油磷酸氧化酶系统比谷氨酸氧化酶系统装配早;电子传递酶系比磷酸化酶系装配早。(3)蝗虫胸肌分化过程的电镜观察证明;先形成内膜小泡(直径约0.1微米左右),后形成外膜,组成简单线粒体;后者进一步分化发育为成熟线粒体。(4)QO₂值,P/O比和ATP酶活力与膜结构分化发育相平行。ATP酶的出现与能量转涣功能呈平行关系。膜形成早期和“幼稚”线粒体阶段,ATP酶尚未装配。(5)综合上述结果:线粒体膜由非膜结构逐步组装形成,线粒体内膜的各酶系组装次序不同步,线粒体DNA控制合成的膜蛋白在膜结构形成中似乎起核心和骨架作用;线粒体总组装过程在不同细胞中表现为多种途径和方式。     

多炔化合物氧化胁迫下稗草细胞保护酶系的反应

用多炔类化合物1-苯基-4-(3,4-亚甲二氧)-苯基丁二炔(简称化合物5)处理稗草(Echinochloa crusgalli)愈伤组织,经紫外光(320～400nm)照射后,诱导细胞内形成氧化胁迫环境。利用生化酶学方法,测定几种保护酶系在氧化环境下的活性变化。发现经化合物5和照光处理后,可诱导激活细胞内的谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和过氧化物酶(POD)的活性,而超氧化歧化酶(SOD)则表现为活性受抑制。以0．1～10mg／L的浓度处理,所测GST、GSH-Px和POD的照光诱导活性明显高于未经照光处理的活性。其中以10mg／L,的浓度处理,照光所提高3种酶活性的百分率分别为10．47％、113．68％和166．68％。以1mg／L和10mg／L的浓度处理,照光对SOD的抑制百分率分别为50．25％和76．46％。测定结果表明：在外源光敏物质引起细胞内的氧化胁迫环境下,可激活细胞内保护酶的活性,用于抵御氧化逆境对细胞的损伤。而SOD则可能是化合物5光活化抑制稗草生长的生化作用靶标酶之一。     

硫化氢对低温胁迫下甜樱桃柱头和子房线粒体功能的影响

为探索低温胁迫下外源硫化氢(H₂S)对甜樱桃花的柱头和子房线粒体功能的影响,本研究以甜樱桃品种‘早大果’花枝为试材,在-2 ℃低温下喷施0.05 mmol·L^-1硫氢化钠(NaHS,H₂S供体)和15 μmmol·L^-1 次牛磺酸(HT、H₂S清除剂),测定柱头和子房线粒体中活性氧、抗氧化酶和线粒体膜通透性转换孔(MPTP)开放程度、膜流动性、膜电位和细胞色素(Cyt c/a)比值变化。结果表明: 低温胁迫导致线粒体内过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量显著增加,线粒体MPTP明显增大,膜流动性降低,膜电位和线粒体Cyt c/a吸光度比值、膜H⁺-ATPase活性显著下降,线粒体结构受到损伤。低温胁迫下,外施0.05 mmol·L^-1 NaHS可显著降低低温胁迫下柱头和子房线粒体H₂O₂和MDA含量,在较长时间内维持较高的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,减小线粒体MPTP开放程度,增强线粒体膜流动性,提高线粒体膜电位、Cyt c/a值和膜H⁺-ATPase活性;NaHS清除剂HT则抵消NaHS对上述参数的影响。综上所述,外源H₂S可以提高低温胁迫下甜樱桃柱头和子房线粒体抗氧化酶活性,减少H₂O₂和MDA积累,提高膜H⁺-ATPase活性,稳定线粒体膜结构和功能,进而缓解低温胁迫对花器官的伤害。     

寡霉素在叶绿体中的作用部位

寡霉索可抑制光下DTT激活的Mg~(2 )-ATP酶活力并促进质子流出,这两种效应对温度的反应相似,并受膜能化状态的影响。 寡霉素对在光下以胰蛋白酶激活的叶绿体膜上Mg~(2 )-ATPase和脱离了膜的Ca~(2 )-ATPase都有抑制作用,但对经NEM修饰的叶绿体膜上Mg~(2 )-ATPase活力没有影响,且其促进质子流出的效应也消失,在暗中经胰蛋白酶活化的Ca~(2 )-ATPase对寡霉素不敏感。由此推断寡霉素抑制光激活的ATPase和促进质子流出的效应是光引起膜能化导致CF_1变构,γ亚基暴露,而使寡霉素能与之结合的结果,因此寡霉素在叶绿体上的作用部位是在CF_1中,而与线粒体在F_0上有所不同。     

线粒体ATP合酶抑制因子(ATPIF1)在能量代谢中的作用

线粒体是真核细胞中动态双层膜结构的细胞器,由外至内可以划分为四个功能区,分别是线粒体外膜(OMM),线粒体膜间隙,线粒体内膜(IMM)和线粒体基质。在线粒体内膜上的复合体V(complex V)即为ATP合酶,其主要功能是合成ATP。实际上,ATP合酶既合成也水解ATP,对细胞ATP水平有双向调节作用。ATP合酶的活性受抑制因子(ATPIF1)的调节。ATPIF1与ATP合酶结合后,对其ATP合成和水解功能进行抑制,从而影响线粒体和细胞内ATP水平。ATPIF1活性受到组氨酸质子化状态和丝氨酸磷酸化修饰的调节。在缺氧,交感神经兴奋和肿瘤等条件下,ATPIF1发挥重要代谢调节作用,但其在代谢紊乱疾病中的作用尚不明确。本文在综述ATPIF1文献的基础上,对其在糖脂代谢紊乱疾病中的作用进行分析及展望。