盟发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L-苹果酸、α-酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP/O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

萌发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L—苹果酸、a—酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP／O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

猪心线粒体F_1-ATP酶的水解活性与色、酪氨酸残基相关的构象的关系

线粒体H~ -ATP酶具有双向功能,即ATP的合成与ATP的水解。H~ -ATP酶的头部F_1具有催化这二种功能的活性部位,F_1的活性表现位与它结合核苷酸的类型、数目以及亲和力有关。至于F_1分子活性部位中什么结构与这两种功能有关,目前尚不肯定。自1960年以来关于线粒体F_1的水解功能与其结构中氨基酸残基关系的研究,多采用特异的化学试剂去修饰某些氨基酸残基,然后测其水解活力被抑制的情况。Senior认为不是含—SH基的半胱氨酸而是酪氨酸残基,还可能包括色氨酸残基与ATP的水解有关。也有报道认为是与组氨酸、谷氨酸或精氨酸残基有关。现在蛋白质结构     

川芎Ⅲ号碱对鼠肝线粒体氧化磷酸化作用的研究

 川芎Ⅲ号碱是中药川芎中的一种生物碱。本文实验观察到:川芎Ⅲ号碱有降低鼠肝线粒体氧耗量,氧化磷酸化解偶联和减少ATP的生成作用。并发现:该化合物在低浓度(<10μmol/L)可阻断NAD~+链的电子传递,其作用点在NADH脱氢酶系统鱼籐酮敏感部位。此外,该化合物通过激活线粒体ATP酶水解活性,加速ATP的分解。作者对上述结果进行了简要的讨论。     

生物膜能量偶联ATP酶的比较研究——Ⅰ.鼠肝线粒体内膜与ATP酶(F_1)的人工重组及ANS萤光探针与ATP酶的结合

本文报导了大鼠肝线粒体内膜ATP酶的析离和重组,以及膜对ATP酶的结构和功能的影响。用(1)胰蛋白酶-尿素、(2)硅钨酸盐和(3)枯草杆菌蛋白酶三种方法分别制备的去ATP酶(F_1)的线粒体内膜与可溶性的F_1重组后,完全恢复或部分恢复到天然线粒体内膜的ATP酶活力水平。寡霉素敏感性测定、ANS结合的发射萤光光谱测定、电镜负染标本观察和低温处理试验等都一致证明,ATP酶与膜重组后表现了一系列与天然膜相似的性质。ANS萤光探针与线粒体内膜结合的萤光增强效应主要在于ANS与ATP酶(F_1)的结合并与F_1的分子构象有密切关系。经胰蛋白酶-尿素处理去掉F_1的线粒体内膜基本上丧失了ANS的萤光增强效应。可溶性F_1经0℃处理2小时后,丧失酶水解活力的84%和ANS萤光增强效应的96.4%。F_1与膜结合后,则表现了对0℃低温的稳定性。结果提示,ANS可能与ATP酶分子的疏水微区相结合;ATP酶分子疏水结构的存在对于表现酶的水解活力和ANS的萤光增强效应是必要的条件;低温处理破坏了酶分子内的疏水结构;膜与ATP酶结合则有稳定酶分子的疏水结构和分子构象的作用。     

蛋白质嵌入脂质体的研究——Ⅱ.猪心线粒体腺三磷酶复合体在脂质体上进行重组的研究

本文报导从猪心线粒体内膜腺三磷酶复合体拆离疏水蛋白(基部、F_0),成功地与偶联因子F_1组装在脂质体上。并比较了疏水蛋白嵌入脂质体的三种方法(超声法、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果。(1)摸索了从线粒体、亚线粒体提取活力较高的疏水蛋白(F_0)的最适条件。当F_0嵌入脂质体后,腺三磷酶水解活力增高4～6倍,并表现出对寡霉素敏感的特性,酶活力受寡霉素抑制约50%左右。(2)将可溶性腺三磷酶(F_1)与嵌有F_0的脂质体(LF_0)进行重组,~(32)Pi-ATP交换活力、腺三磷酶水解活力以及萤光强度的增加都表明重组获得成功。(3)根据腺三磷酶抑制剂(寡霉素、二环己基碳二亚胺)和解偶联剂(碳酰氰-P-三氟甲氧苯腙)等对重组后上述各项指标的影响,也都表明重组获得成功。(4)对三种嵌入方法(超声、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果进行了比较。实验结果表明,各项指标的表现往往并不一致,重组后~(32)Pi-ATP交换活力以超声法为最高,胆酸盐透析法交换活力最低。     

生物膜能量偶联 ATP 酶的研究:鼠肝线粒体 ATP 酶(F_1)的解离和重组

纯化的鼠肝线粒体ATP 酶(F_1)在1MKCl-TEA 缓冲液(Tris-SO_4~-,50mM;EDTA,1mM;ATP,2mM;pH=7.6)中,2～3℃下处理40～90分钟丧失ATP 水解活力,比活力从70～100下降到0.5～1.0。7%聚丙烯酰胺凝胶电泳证明,随着酶活力的下降和F_1的电泳酶带的消失,在凝胶柱上出现三条F_1的解离蛋白带。解离后的F_1于30℃对TEA(pH5.7)介质透析脱盐能重新出现有活力的F_1,活力恢复到原来酶活力的19～22%,此种重组的F_1在pH 中性偏碱条件下保持稳定。重组过程不需外加Mg~( )的促进和SH 基的保护。重组的F_1与去F_1的Tu 膜可重新结合,完全恢复原来线粒体内膜的ATP 酶水解活力和对DCCD 的敏感性。     

生物膜能量偶联ATP酶的研究:鼠肝线粒体ATP酶(F_1)~*的解离和重组

纯化的鼠肝线粒体ATP酶(F_1)在1MKCl-TEA缓冲液(Tris-So_4~-,50mM;EDTA,1mM;ATP,2 mM;pH=7.6)中,2～3℃下处理40～90分钟丧失ATP水解活力,比活力从70～100下降到0.5～1.0。7%聚丙烯酰胺凝胶电泳证明,随着酶活力的下降和F_1的电泳酶带的消失,在凝胶柱上出现三条F_1的解离蛋白带。解离后的F_1于30℃对TEA(pH5.7)介质透析脱盐能重新出现有活力的F_1,活力恢复到原来酶活力的19～22%,此种重组的F_1在pH中性偏碱条件下保持稳定。重组过程不需外加Mg~( )的促进和SH基的保护。重组的F_1与去F_1的Tu膜可重新结合,完全恢复原来线粒体内膜的ATP酶水解活力和对DCCD的敏感性。     

蛋白质嵌入脂质体的研究——Ⅱ.猪心线粒体腺三磷酶复合体在脂质体上进行重组的研究

本文报导从猪心线粒体内膜腺三磷酶复合体拆离疏水蛋白(基部、F_0),成功地与偶联因子F1组装在脂质体上。并比较了疏水蛋白嵌入脂质体的三种方法(超声法、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果。(1)摸索了从线粒体、亚线粒体提取活力较高的疏水蛋白(F_0)的最适条件。当F_0嵌入脂质体后,腺三磷酶水解活力增高4～6倍,并表现出对寡霉素敏感的特性,酶活力受寡霉素抑制约50%左右(2)将可溶性腺三磷酶(F_1)与嵌有F_0的脂质体(LF_0)进行重组,~(32)pi-ATP 交换活力、腺三磷酶水解活力以及萤光强度的增加都表明重组获得成功。(3)根据腺三磷酶抑制剂(寡霉素、二环己基碳二亚胺)和解偶联剂(碳酰氰-P-三氟甲氧苯腙)等对重组后上述各项指标的影响,也都表明重组获得成功。(4)对三种嵌入方法(超声、胆酸盐稀释法、胆酸盐透析法)的重组效果进行了比较。实验结果表明,各项指标的表现往往并不一致,重组后~(32)Pi-ATP 交换活力以超声法为最高,胆酸盐透析法交换活力最低。     

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。     

无机磷影响叠氮钠对ATP合成酶合成活性的抑制

利用ADP和放射性磷直接合成ATP的方法,研究了无机磷(P_i)和叠氮钠对猪心线粒体ATP合成酶（F₁F_O-ATPase）ATP合成活性的影响.结果发现无机磷除作为合成ATP的底物参与F₁F_O-ATPase的合成反应外,还对F₁F_O-ATPase的合成活性呈现抑制作用,在1 mmol/L ADP存在时,随着P_i浓度由0.01～10 mmol/L增加,抑制合成作用越来越强.与叠氮钠在低浓度时(小于1 mmol/L)只抑制ATP水解,不影响ATP合成的观点不同.实验结果显示0.1 mmol/L叠氮钠表观激活F₁F_O-ATPase的ATP合成活性,且激活程度与反应体系中所加P_i的浓度呈负相关.当固定P_i浓度（0.1 mmol/L）后,随着叠氮钠浓度的增加表观激活程度也在变化,叠氮钠与磷浓度相等时表观激活程度最大,直至叠氮钠浓度接近0.5 mmol/L时,开始呈现表观抑制现象,叠氮钠浓度高于1 mmol/L之后,就出现解偶联现象.     

绿豆子叶线粒体发育过程中腺苷酸的变化及其对细胞能量代谢的影响

本文研究了绿豆子叶线粒体发育过程中腺苷酸能荷(AEC)的变化及其和细胞能量状态的关系。观察到吸胀2小时的绿豆子叶线粒体发育不完全,吸胀12小时线粒体内膜出现明显的内嵴。随着线粒体完整性的增加,H~ -ATPase 的活性明显增大,细胞的 ATP 水平也明显提高,AMP 水平下降,AEC 值剧增,但此时线粒体本身的腺苷酸水平及 AEC 值变化不大。经1×10~(-4)mol/1和5×10~(-4)mol/1 DNP 处理的子叶,细胞中 ATP 含量大大降低,AMP 增多,AEC 随之下降,而线粒体的腺苷酸及 AEC 仍然保持衡定,腺苷酸激酶(AK)的活性不但不受 DNP 的抑制,反比对照增加约50%。线粒体能量状态的维持可能受 AK 的调节。     

园二色性光谱研究不同醇对猪心线粒体F_1-ATP酶和H~+-ATP酶复合体构象及其与水解活力的关系

本文测定了ATP酶复合体和F_1—ATP酶(简称F_1)在低浓度甲、乙、正丙、异丙、叔丁醇中的远紫外圆二色(CD)光谱。并且比较了二者受这些醇作用时的水解活力变化。 结果表明:除10％—20％正丙醇。20％的乙醇。异丙醇和叔丁醇使F_1的CD双负峰明显变小。α螺旋量减少外其它5％—20％的各种醇均可使F_1的CD谱双负峰略微变大。α—螺旋量也相应变大。而外加5％—20％的各种醇对ATP酶复合体的CD谱影响不大。α—螺旋量也无明显变化。同时发现ATP酶复合体的水解活力不易受这些醇影响,而F_1的水解活力容易受醇类影响。显然,与游离的F_1相比,ATP酶复合体中疏水蛋白(F_0)及部分磷脂的存在,使其构象及水解功能均呈现了对醇的稳定性。水介活性与CD变化之间的关系文中作了讨论。     

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。     

线粒体ATP合酶抑制因子1在线粒体稳态中的调节作用

线粒体作为细胞的重要能量来源,其数量、质量及功能的稳定对维持细胞的正常活动至关重要,且其稳态的调节依赖于线粒体质量控制系统(包括线粒体自噬、线粒体融合/分裂及线粒体生物合成等)。线粒体蛋白ATP合酶抑制因子1(ATP synthase inhibitor 1, IF1)是线粒体基质中抑制F1FoATP酶/合酶活性的天然小分子蛋白质。在细胞缺氧缺血等特殊生理情况下, IF1通过改变自身的聚合状态,抑制F1FoATP酶水解ATP的活性,从而抑制细胞内的ATP被过度水解。最近的研究证实, IF1的抑制作用是双向的,其即可抑制F1FoATP酶活性,又可抑制F1FoATP合酶活性。因此, IF1可通过靶向F1FoATP酶/合酶活性及相关信号通路,参与调节线粒体质量,维持线粒体稳态。该文综述IF1在线粒体质量控制中的相关调节机制,包括IF1维持线粒体氧化还原平衡、IF1介导线粒体自噬、IF1促进线粒体融合/分裂三条通路,以及三者之间相互作用的关系,为探索IF1在相关疾病的发生、发展及治疗中的作用提供理论参考。     

氧化磷酸化作用和有关同题的研究 VI.可溶性因子在鼠肝线粒体碎片琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原中的作用

鼠肝线粒体经超声波处理得到的碎片在用适当量水洗一次后很不稳定,催化琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原的活力很低,此时加入线粒体经超声波处理后47,000×g离心的清液后线粒体碎片催化NAD~+需能还原的活力即显著地增大。由上清液所促进的NAD~+需能还原也同样地被Amytal与DNP所抑制。实验结果表明在上清液中合有线粒体催化琥珀酸氧化偶联NAD~+需能还原所必需的可溶性因子,上清液中可溶性因子甚不稳定,在25℃放置50分钟活力丧失60%,用pH沉淀及DEAE离子交换纤维素柱层析分离等方法可以将可溶性因子提纯约100倍。提纯后的可溶性因子ATP酶活力甚低。     

Mg~(2+)对线粒体H~+-ATP酶的F_O在脂质体重建时的影响

线粒体ATP合成酶是由具有H~+转运活性的F_0亚基,可溶性的催化中心F_1和连接二者的致寡霉素敏感蛋白(OSCP)所组成. 将纯化的猪心线粒体H—ATP酶复合体的F_0亚基,用胆酸盐透析法在有Mg~(2+)和无Mg~(2+)条件下在大豆磷脂脂质体上重建得脂酶体(L·F_0).用探剂9-AA荧光淬灭法和电权法测定了两种脂酶体的质子转运活力.由两种方法所得的实验结果均表明,在透返介质中加入1mmolmg~(2+)条件下形成的脂酶体(L·F_0)+Mg~(2+)较无Mg~(2+)者的质子转运活性明显增加.前者的荧光强度变化较后者增加约30%;由电极法测得的质子转运的初速度,前者为5nmolH~+′sF_0,后者为3nmolH~+′s·nmolF_O,质子转运活性高约一倍.这进一步支持Mg~(2+)通过调节脂的物理状态而诱导F_O具有较适合的构象,并进而将这一影响传递至F_1,使整个H~+—AhP酶具有较高活性的假设.     

Mg~(2+)对线粒体H~+-ATP酶的F_O在脂质体重建时的影响

线粒体ATP合成酶是由具有H~+转运活性的F_0亚基,可溶性的催化中心F_1和连接二者的致寡霉素敏感蛋白(OSCP)所组成. 将纯化的猪心线粒体H—ATP酶复合体的F_0亚基,用胆酸盐透析法在有Mg~(2+)和无Mg~(2+)条件下在大豆磷脂脂质体上重建得脂酶体(L·F_0).用探剂9-AA荧光淬灭法和电权法测定了两种脂酶体的质子转运活力.由两种方法所得的实验结果均表明,在透返介质中加入1mmolmg~(2+)条件下形成的脂酶体(L·F_0)+Mg~(2+)较无Mg~(2+)者的质子转运活性明显增加.前者的荧光强度变化较后者增加约30%;由电极法测得的质子转运的初速度,前者为5nmolH~+′sF_0,后者为3nmolH~+′s·nmolF_O,质子转运活性高约一倍.这进一步支持Mg~(2+)通过调节脂的物理状态而诱导F_O具有较适合的构象,并进而将这一影响传递至F_1,使整个H~+—AhP酶具有较高活性的假设.     

线粒体蛋白酶与人类疾病

线粒体是真核细胞的重要细胞器,在能量转换、细胞应激、脂质合成以及细胞凋亡中具有调节作用.许多线粒体蛋白酶参与蛋白质运输、加工激活和降解过程.其中, ATP依赖性的线粒体蛋白酶通过其AAA+结构域(ATP associated multiple activity domain, AAA domain)利用ATP水解来执行线粒体蛋白质质量控制和调节蛋白降解.线粒体蛋白酶活性的改变会导致线粒体功能障碍,从而导致多种人类疾病,包括心血管疾病、神经退行性疾病、衰老和肿瘤等.本文重点综述线粒体蛋白酶1(Lon protease 1, LONP1)、酪蛋白水解蛋白酶P(caseinolytic protease, ClpP)、m-AAA(IMM-embedded AAA face to matrix)和i-AAA(IMM-embedded AAA face to intermembrane space)蛋白酶四种ATP依赖性线粒体蛋白酶及其功能,并阐述其与人类疾病的相关性和临床意义.     

线粒体ATP合成酶抑制因子1在细胞能量代谢中的调节作用

ATP除了为细胞提供能量外,还发挥重要的信号作用。因此,细胞内ATP水平的调节机制引起了越来越多的关注。ATP合成酶抑制因子(ATPase inhibitory factor 1,ATPIF1,简称IF1)是线粒体基质中的一个蛋白,其与呼吸链中的F_1Fo-ATP合酶结合,调控后者合成和水解ATP的活性。该分子在肿瘤研究方面已有综述,但是在糖脂代谢领域还缺乏相关综述。该综述从能量代谢角度出发,阐明IF1分子在调节细胞ATP水平中的作用。IF1蛋白半衰期较短,其表达呈现组织特异性,活性受基因表达和蛋白修饰的双重调节。IF1活性在其质子化后或过表达条件下升高,使线粒体ATP合成减少,引起细胞能量代谢重新编程,糖酵解合成ATP增多,并且线粒体产生活性氧增加。这些作用可解释IF1促进癌细胞生长和提高细胞炎症反应的作用。相反,IF1活性在蛋白磷酸化后或基因敲除条件下降低,由此介导的代谢编程提高细胞对恶劣环境的适应能力,提高细胞的生存力,增加局部组织的抗炎能力。总之,IF1的这些作用为探索细胞内ATP水平调节机制和细胞能量代谢稳态机制提供了重要的指导意义。