Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс
Во фракциях митохондрий печени крыс разного возраста (молодые – 3–4 месяца, взрослые – 6–8 месяцев, старые – 24–26 месяцев) определяли количество мтДНК и белков, кодируемых мтДНК и яДНК. Три фракции митохондрий с различными константами седиментации отличаются содержанием и соотношением мтДНК и белко...
Збережено в:
| Дата: | 1993 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1993
|
| Назва видання: | Биополимеры и клетка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156276 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс / Л.С. Орличенко, Н.Н. Береговская, А.Я. Литошенко // Биополимеры и клетка. — 1993. — Т. 9, № 6. — С. 41-49. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-156276 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1562762019-06-19T01:25:02Z Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс Орличенко, Л.С. Береговская, Н.Н. Литошенко, А.Я. Структура и функции биополимеров Во фракциях митохондрий печени крыс разного возраста (молодые – 3–4 месяца, взрослые – 6–8 месяцев, старые – 24–26 месяцев) определяли количество мтДНК и белков, кодируемых мтДНК и яДНК. Три фракции митохондрий с различными константами седиментации отличаются содержанием и соотношением мтДНК и белков. Такие же изменения наблюдаются с возрастом в каждой фракции митохондрий. У старых крыс они выражены больше, чем у взрослых. С возрастом также неравномерно изменяется абсолютное и относительное содержание фракций в единице массы печени. Обсуждаются механизмы, нарушающие координацию процессов репликации и экспрессии митохондриального генома. У фракціях мітохондрій печінки щурів різного віку (молоді – 3–4 місяці, дорослі – 6–8 місяців, старі – 24–26 місяців) визначали кількість мтДНК і білків, що кодуються мтДНК і яДНК. Три різні за константою седиментації фракції мітохондрій відрізняються вмістом і співвідношенням мтДНК і білків. Такі самі зміни спостерігаються з віком у кожній фракції мітохондрій. У старих щурів вони виражені більше, ніж у дорослих. З віком також нерівномірно змінюється абсолютний та відносний вміст фракцій в одиниці маси печінки. Обговорюються механізми, що порушують координацію .процесів реплікації та експресії мітохондріальїного гедому. The contents of mtDNA and proteins encoded by mtDNA and nDNA were determined in liver mitochondrial fractions of rats of different ages (young – 3–4, adult – 6–8, old – 24–26 mo). Three mitochondrial fractions with different sedimentation constants have been varied by content and ratio of mtDNA and proteins as well. The absolute and relative content of the fractions were changed irregularly in liver mass unit with age. Furthemore, it was observed that the content and ratio of mtDNA and proteins changed in each mitochondrial fraction with age. These changes were more pronounced in the old rats as compared with adult ones. The mechanisms of coordination alterations of mitochondrial genome replication and expression are discussed. 1993 Article Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс / Л.С. Орличенко, Н.Н. Береговская, А.Я. Литошенко // Биополимеры и клетка. — 1993. — Т. 9, № 6. — С. 41-49. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00037F http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156276 612.67:612.35.014.1:575.113 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров |
| spellingShingle |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Орличенко, Л.С. Береговская, Н.Н. Литошенко, А.Я. Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс Биополимеры и клетка |
| description |
Во фракциях митохондрий печени крыс разного возраста (молодые – 3–4 месяца, взрослые – 6–8 месяцев, старые – 24–26 месяцев) определяли количество мтДНК и белков, кодируемых мтДНК и яДНК. Три фракции митохондрий с различными константами седиментации отличаются содержанием и соотношением мтДНК и белков. Такие же изменения наблюдаются с возрастом в каждой фракции митохондрий. У старых крыс они выражены больше, чем у взрослых. С возрастом также неравномерно изменяется абсолютное и относительное содержание фракций в единице массы печени. Обсуждаются механизмы, нарушающие координацию процессов репликации и экспрессии митохондриального генома. |
| format |
Article |
| author |
Орличенко, Л.С. Береговская, Н.Н. Литошенко, А.Я. |
| author_facet |
Орличенко, Л.С. Береговская, Н.Н. Литошенко, А.Я. |
| author_sort |
Орличенко, Л.С. |
| title |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс |
| title_short |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс |
| title_full |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс |
| title_fullStr |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс |
| title_full_unstemmed |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс |
| title_sort |
возрастные особенности содержания белков и мтднк во фракциях митохондрий печени крыс |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1993 |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156276 |
| citation_txt |
Возрастные особенности содержания белков и мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс / Л.С. Орличенко, Н.Н. Береговская, А.Я. Литошенко // Биополимеры и клетка. — 1993. — Т. 9, № 6. — С. 41-49. — Бібліогр.: 33 назв. — рос. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT orličenkols vozrastnyeosobennostisoderžaniâbelkovimtdnkvofrakciâhmitohondrijpečenikrys AT beregovskaânn vozrastnyeosobennostisoderžaniâbelkovimtdnkvofrakciâhmitohondrijpečenikrys AT litošenkoaâ vozrastnyeosobennostisoderžaniâbelkovimtdnkvofrakciâhmitohondrijpečenikrys |
| first_indexed |
2025-07-14T08:43:43Z |
| last_indexed |
2025-07-14T08:43:43Z |
| _version_ |
1837611219558596608 |
| fulltext |
УДК 612.67:612.35.014.1:575.113
Л. С. Орличенко, Η. Н. Береговская, А. Я. Литошенко
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКОВ И мтДНК
ВО ФРАКЦИЯХ МИТОХОНДРИЙ ПЕЧЕНИ КРЫС
Во фракциях митохондрий печени крыс разного возраста (молодые — 3—4 месяца,
взрослые — 6—8 месяцев, старые — 24—26 месяцев) определяли количество мтДНК и
белков, кодируемых мтДНК и яДНК. Три фракции митохондрий с различными констан-
тами седиментации отличаются содержанием и соотношением мтДНК и белков. Такие
же изменения наблюдаются с возрастом в каждой фракции митохондрий. У старых
крыс они выражены больше, чем у взрослых. С возрастом также неравномерно изме-
няется абсолютное и относительное содержание фракций в единице массы печени. Об-
суждаются механизмы, нарушающие координацию процессов репликации и экспрессии
митохондриального генома.
Введение. Универсальной характеристикой процесса старения является
снижение интенсивности энергетического обмена [1—3]. Основная роль
в таком обмене в клетках эукариот принадлежит митохондриям — ге-
нетически полуавтономным органеллам, биогенез которых контролиру-
ется как ядерным, так и митохондриальным геномами. Митохондриаль-
ная Д Н К ( м т Д Н К ) кодирует 13 полипептидов, синтезирующихся на
миторибосомах и являющихся субъединицами дыхательной цепи и
АТФазного комплекса внутренней мембраны митохондрий. Все осталь-
ные белки внутренней и наружной мембран, межмембранного простран-
ства и матрикса митохондрий кодируются ядерной Д Н К ( я Д Н К ) , син-
тезируются на циторибосомах и транслоцируются в митохондрии [4] .
Митохондрии в клетке не формируются de novo, а образуются за счет
деления предсуществующих органелл [5] . Их количество и морфоло-
гия зависят от функциональных особенностей клетки [6], причем ко-
личество органелл прямо пропорционально уровню ее энергетического
обмена [7] . Величина 'популяции митохондрий в клетке является про-
изводной двух противоположно направленных и одновременно проте-
кающих процессов — биогенеза и деградации органелл. Это обстоятель-
ство обусловливает также гетерогенность популяции митохондрий по
их структурным и функциональным характеристикам.
Предполагается , что митохондриям принадлежит триггерная роль
в механизмах старения клеток эукариот [8], и эти механизмы в пер-
вую очередь реализуются в самих митохондриях. Б ы л о показано, что
при старении снижаются энергетические потенции митохондрий [3] , за-
медляется скорость синтеза и обновления митохондриальных белков и
м т Д Н К [9—11] , уменьшается количество митохоадрий в клетке и уве-
личиваются их размеры [12]. Большинство подобных исследований вы-
полнено на клетках печени, что облегчает сопоставление полученных
результатов. Однако остается невыясненным, присущи ли возрастные
сдвиги всем митохондриям в равной мере или с возрастом изменяется
соотношение митохондрий, отличающихся по своим структурно-функ-
циональным свойствам.
Большая часть количественных структурных и функциональных ха-
рактеристик митохондрий представляет собой непрерывно распределен-
ный признак в популяции этих органелл в клетке. Поэтому митохонд-
рии можно разделить на условные фракции, ограниченные заданными
величинами того или иного признака . Наиболее распространенным под-
ходом в этом отношении является разделение популяции митохондрий
на отдельные фракции по величине константы их седиментации. Пока-
зано, что разделенные по этому 'признаку фракции митохондрий отли-
чаются активностью ряда ферментов, величиной мембранного потенци-
ала , содержанием цитохромов, скоростью дыхания и окислительного
фосфорилирования, содержанием Д Н К и белка и т. д. [5, 13—15]і.
© Л. С. Орличенко, Η. Н. Береговская, А. Я. Литошенко, 1993
41 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
Вышеизложенное обусловило цель настоящей работы — изучить
фракции митохондрий клеток печени крыс разного возраста в отноше-
нии содержания в них белков и м т Д Н К как показателей возрастных
особенностей биогенеза этих органелл.
Материалы и методы. В работе использованы белые крысы-самки
линии Вистар трех возрастных групп: 3—4 месяца (молодые), 6—8 ме-
сяцев (взрослые) и 24—26 месяцев (старые). Митохондрии из печени
животных выделяли методом дифференциального центрифугирования.
Все манипуляции проводили при 4 °С. Свежевыделенную печень про-
давливали через печеночный пресс и гомогенизировали в гомогениза-
торе типа Поттера в буфере, содержащем сахарозу (0,03 M трис-НС1,
рН 8,0, 0,25 M сахароза, О1,001 M ЭДТА) . Ядра и обломки клеток осаж-
дали центрифугированием гомогената при 2000 g в течение 10 мин. Из
супернатанта последовательно осаждали фракции тяжелых (4000 g,
10 мин), средних (7000 g, 10 мин) и легких (12 000 g, 10 мин) мито-
хондрий. Из митохондрий выделяли белки, кодируемые мтДНК, по спе-
циально разработанному для этого методу [16] и определяли как их
содержание, так и содержание тотальных митохондриальных белков по
[17]. Содержание митохондриальных белков, кодируемых я Д Н К , вы-
числяли по разнице концентраций тотальных и кодируемых м т Д Н К бел-
ков; м т Д Н К — п о [18].
Результаты обрабатывали методами вариационной статистики с
применением критерия Стьюдента. К а ж д а я числовая величина пред-
ставляет собой среднюю арифметическую+квадратическую ошибку
средней, полученную в 8—22 независимых экспериментах. Различия
рассматривались как статистически значимые, если их вероятность бы-
ла более 9 5 % ( р < 0 , 0 5 ) ; вероятность 90—95 % ( р < 0 , 1 ) принималась
за статистическую тенденцию к различиям.
Результаты и обсуждение. Об обеспеченности тканей и клеток ми-
тохондриями принято судить по содержанию тотальных митохондриаль-
ных белков. Из данных табл. 1 видно, что в печени молодых и взрос-
лых крыс суммарное содержание тотальных митохондриальных белков
одинаково, тогда как у старых крыс этот показатель статистически зна-
чимо ниже, чем у молодых, и проявляет тенденцию к снижению по
сравнению со взрослыми. Однако во фракциях митохондрий содержа-
ние тотальных белков, которое может рассматриваться как содержание
самих фракций, характеризуется возрастной динамикой, отличающейся
от таковой суммарной популяции митохондрий. У взрослых животных
почти вдвое по сравнению с молодыми уменьшается содержание фрак-
ции легких митохондрий, тогда как содержание фракций тяжелых и
средних митохондрий достоверно не изменяется. У старых крыс досто-
верно уменьшается содержание тяжелой и средней фракций и обнару-
живается тенденция к увеличению легкой фракции при сравнении со
взрослыми животными; однако эта тенденция не ведет к нивелированию
различий в содержании легкой фракции между старыми и молодыми
крысами.
Таким образом, содержание (масса) митохондрий в клетках печени
уменьшается лишь при старении, что соответствует результатам цито-
морфологических исследований [12]. В основе этого явления лежит не
монотонное возрастное снижение содержания всех митохондриальных
фракций в одинаковой мере, а изменения носят более сложный харак-
тер, что проявляется в неравномерности возрастных сдвигов и относи-
тельного содержания фракций митохондрий (рис. 1). Видно, что вся
популяция митохондрий печени молодых крыс распределена почти рав-
номерно между тремя фракциями. В печени взрослых животных это
соотношение резко меняется: достоверно увеличивается доля тяжелых
митохондрий и уменьшается — легких. В связи с тем, что количество
легких митохондрий служит показателем скорости роста популяции
этих органелл [5, 13], уменьшение этой фракции в клетках печени
взрослых крыс может рассматриваться как свидетельство снижения
скорости образования митохондрий. Действительно, у взрослых крыс
42 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
3 - 4
6 - 8
P 2 — 1
24—26
Рз- і
Рз-2
9,08±0,75
10,56=1=0,76
8,024=0,50
<0 ,01
7,86+0,59
8,34=Ь0,70
6,41+0,54
< 0 , 1
<0 ,05
6,26+0,47
3,77±0,42
<0,001
4,73±0,33
< 0 , 0 5
<0,1
22,89+1,10
22,72=1=1,38
19,42+1,01
<0 ,05
<0,1
2,28+0,25
2,37+0,21
1,73±0,Ί9
<0,1
<0,06
1,38+0,16
0,78=1=0,08
<0,01
0,44+0,06
<0,001
<0 ,01
0,49+0,09
0,57+0,06
0,59+0,11
4,35+0,37
3,78+0,28
2,76+0,26
<0 ,01
<0,02
6,88±0,90
8,37+0,66
6,26+0,59
< 0 , 0 5
6,30+0,52
8,78+0,37
<0,001
5,95+0,50
<0,001
5,99+0,59
3,38=fc0,49
<0,01
4,23±0,35
<0,02
19,20+1,29
Ί9,82± 1,68
16,58+1,09
П р и м е ч а н и е . Здесь и далее — Т, С и Jl обозначают соответственно тяжелую, среднюю и легкую фракции митохондрий; цифры в подстрочном индексе при
ρ отвечают значениям вероятности различий для молодых (1), взрослых (2) и старых (3) животных.
Т а б л и ц а 2
Содержание мтДНК во фракциях митохондрий печени крыс разного возраста
мтДНК
Возраст (месяцы)
и показатель
мкг/г ткани мкг/мг тотальных белков митохондрий
вероятности
различий (р) T С Л Сумма T с л Сумма
3 - 4
6 - 8
P 2— 1
24—26
Рз-1
Рз-2
6,86+0,46
6,12+0,44
8,25+0,61
< 0 , 1
<0 ,01
2,99=1=0,24
3,77+0,38
< 0 , 1
3,18+0,19
2,46+0,22
1,71 ±0,12
< 0,01
3,06+0,33
<0,001
12,20+0,57
11,21±0,68
14,69=Ь0,79
<0 ,02
<0 ,01
0,93+0;ΐ8
0,63=1=0,06
1,05+0,11
<0 ,01
0,38+0,06
0,61+0·, и
< 0 , 1
0,61+0,06
<0 ,02
0,44d=0,06
0,59+0,09
0,69+0,16
0,57±0,04
0,57+0,06
0,78+0,04
<0 ,01
<0 ,01
скорость увеличения массы печени ниже, чем у молодых [19], и поэто-
му скорость образования митохондрий, обеспечивающего их количест-
во, прямо пропорциональное размеру клеток [20], должна снижаться.
При этом необходимая для энергообеспечения функций клетки мито-
хондриальная масса может поддерживаться на соответствующем уров-
не не столько за счет возрастания числа, сколько благодаря увели-
чению размеров имеющихся органелл, чем, по-видимому, и объясня-
ется рост относительного содержания фракции тяжелых митохондрий.
В печени старых крыс на фоне уменьшения содержания тотальных ми-
тохондриальных белков во всей популяции и неоднозначных изменений
Рис. 1. Относительное (%) содержание тяжелой (T), средней (С) и легкой (Л) фрак-
ций митохондрий в печени крыс разного возраста: а — м о л о д ы е (3—4 месяца); б —
взрослые (6—8 месяцев); в — старые (24—26 месяцев) крысы; *-** — статистически зна-
чимые !различия т о сравнению с молодьими ,и взрослыми крысами соответственно
Рис. 2. Доля (%) кодируемых мтДНК белков в тотальных белках суммарной популя-
ции митохондрий и их тяжелой (T), средней (С) и легкой (JI) фракций печени крыс
разного возраста: а — в — см. рис. 1; * — статистически значимые различия по сравне-
нию с молодыми крысами
во фракциях митохондрий распределение фракций, т. е. относительное
их содержание, приближается к таковому у молодых крыс, вследствие
чего различия этого параметра между молодыми и старыми крысами
нивелируются (см. рис. 1). Однако это не значит, что рост и воспроиз-
ведение митохондрий в печени старых крыс характеризуются теми же
особенностями, что и у молодых животных. Об этом свидетельствуют
возрастные изменения содержания в митохондриях белков, кодируе-
мых м т Д Н К и я Д Н К , и МтДНК.
Из данных табл. 1 видно, что уже ко взрослому возрасту измене-
ния содержания кодируемых м т Д Н К и я Д Н К белков обнаруживаются
во фракциях средних и легких митохондрий. Во фракции средних мито-
хондрий содержание кодируемых м т Д Н К белков снижается, тогда как
содержание белков, кодируемых я Д Н К , повышается, хотя ни абсолют-
ное, ни относительное (см. рис. 1) содержание этой фракции в единице
массы печени не изменяется по сравнению с молодыми крысами. Кро-
ме того, у взрослых животных во фракции легких митохондрий снижа-
ется содержание белков, кодируемых ядерным геномом, что, по-види-
мому, лежит в основе резкого абсолютного и относительного уменьше-
ния содержания этой фракции (см. табл. 1 и рис. 1).
Еще более выраженные изменения отмечаются во всех фракциях
и в суммарной популяции митохондрий печени старых крыс. Содержа-
ние кодируемых м т Д Н К белков уменьшается в суммарной популяции
митохондрий и во фракции средних митохондрий по сравнению *-<\к с
молодыми, так и взрослыми крысами; во фракции тяжелых митохонд-
рий содержание этих белков достоверно ниже, чем у взрослых, и про-
являет тенденцию к снижению по сравнению с молодыми. При этом
44 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1993. Т. 9. if? 6
содержание белков, кодируемых я Д Н К , во фракциях тяжелых и сред-
них митохондрий у старых крыс снижено по сравнению со взрослыми,
а во фракции легких митохондрий — по сравнению с молодыми крыса-
ми (см. табл. 1).
Эти неоднозначные, а в некоторых случаях и разнонаправленные
возрастные изменения содержания митохондриальных белков, кодиру-
емых ядерным и митохондриальным геномами, ведут не только к сдви-
гам абсолютного и относительного содержания митохондриальных фрак-
ций, но и к качественным изменениям. Так, из данных, 'приведенных
на рис. 2, видно, что в суммарной популяции митохондрий доля коди-
руемых м т Д Н К белков в тотальных митохондриальных белках практи-
чески одинакова во всех исследованных возрастных группах крыс и
соответствует по величине данным других исследователей [13, 21]. Од-
нако в отдельных митохондриальных фракциях величина этого показа-
теля существенно различается. Эти отличия в наибольшей степени вы-
ражены у молодых животных, у которых доля кодируемых м т Д Н К бел-
ков в тотальных белках митохондрий максимальна в органеллах тяже-
лой фракции и минимальна — в митохондриях легкой фракции. С воз-
растом величина этого параметра во фракции тяжелых митохондрий
практически не меняется, во фракции средних митохондрий существен-
но снижается, а во фракции легких — повышается ко взрослому воз-
расту и сохраняется на уровне взрослых крыс в старости. Таким обра-
зом, в печени взрослых и старых крыс среднюю и легкую фракции со-
ставляют митохондрии, качественно отличающиеся от органелл этих
ж е фракций в печени молодых крыс. Эти данные свидетельствуют о
том, что в процессе постнатального· онтогенеза крыс происходят изме-
нения соотношения не только фракций митохондрий печени, но и бел-
кового состава самих фракций и, следовательно, функций составляю-
щих их митохондрий. Изменения белкового состава фракций заверша-
ются ко взрослому возрасту и сохраняются в старости (см. рис. 2) .
Однако по соотношению этих измененных фракций старые крысы отлича-
ются от взрослых и, что самое главное, при старении в единице массы
печени уменьшается как вся митохондриальная популяция, так и со-
держание белков, кодируемых м т Д Н К (см. табл. 1). В связи с тем, что
эти белки в составе комплексов внутренней митохондриальной мембра-
ны осуществляют не только реакции окислительного фосфорилирова-
ния, но и функции «якорей» при сборке этих комплексов из пелипептид-
ных субъединиц митохондриального и ядерно-цитоплазматического ге-
неза [22], можно полагать, что снижение энергетического обеспечения
функций клеток при старении детерминировано дефицитом белков, ко-
дируемых м т Д Н К .
Одной из причин снижения при старении содержания кодируемых
м т Д Н К белков может быть уменьшение содержания самой м т Д Н К .
Это предположение носит не только умозрительный характер, но и ос-
новывается на результатах экспериментов, в которых показано падение
концентрации м т Д Н К при старении в клетках дрозофилы [23], в моз-
ге мышей [24], в печени крыс [25, 26]. Однако данные, полученные в
настоящем исследовании, не подтверждают этого предположения и не
соответствуют результатам вышеназванных работ. Содержание м т Д Н К
во всей популяции митохондрий, рассчитанное как на единицу массы
печени, так и на единицу массы органелл, у взрослых животных не от-
личается от молодых, а у старых достоверно увеличивается (табл. 2) .
При этом в отдельных митохондриальных фракциях происходящие и у
взрослых, и у старых крыс изменения носят разнонаправленный ха-
рактер, отмечавшийся и при определении содержания митохондриаль-
ных белков.
Выраженное несоответствие возрастной динамики содержания ко-
дируемых м т Д Н К белков и м т Д Н К в печени крыс явилось предпосыл-
кой для оценки возрастных особенностей экспрессии митохондриаль-
ного генома. Критерием здесь может служить величина отношения со-
держания кодируемых м т Д Н К белков к содержанию м т Д Н К (коэффи-
45 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
циент экспрессии м т Д Н К ) . Эта величина прямо пропорциональна функ-
циональной активности органелл, т. е. генерированию энергии, и обрат-
но пропорциональна репликативной активности митохондрий. Полипло-
идность митохондрий (6—IO1 молекул м т Д Н К на органеллу) позволяет
большинству из них реализовать одновременно обе активности. Поэто-
му величина коэффициента экспрессии как на уровне отдельной мито-
хондрии, так и на уровне фракции или всей популяции органелл отра-
жает соотношение экспрессирующихся и реплицирующихся в данный
момент молекул м т Д Н К .
Из данных рис. 3 видно, что, во-первых, внутри каждой из возраст-
ных групп животных фракции митохондрий существенно отличаются по
этому коэффициенту и, во-
вторых, коэффициент экс-
прессии с возрастом значи-
тельно изменяется как во
всей популяции митохонд-
рий, так и в отдельных их
фракциях. У молодых жи-
вотных наиболее высокий
уровень экспрессии мито-
Рис. 3. Коэффициент экспрессии
мтДНК, рассчитанный как отноше-
ние содержания кодируемых
мтДНК белков к содержанию
мтДНК в суммарной популяции
митохондрий и их тяжелой (T),
средней (С) и легкой (JI) фрак-
циях печени крыс разного возрас-
та: а — е й др. обозначения см.
рис. 1
хондриального генома отмечается во фракции средних митохондрий.
По-видимому, в печени молодых крыс органеллы этой фракции выпол-
няют преимущественно энергетическую функцию, тогда как основная
функция легких и тяжелых митохондрий — рост и воспроизведение. Из
сопоставления этих данных с результатами определения содержания
м т Д Н К в митохондриях (см. табл. 2) следует, что органеллы легкой
фракции лишь начинают амплифицировать мтДНК, тогда как мито-
хондрии тяжелой фракции готовы к делению.
В печени взрослых крыс различия величины коэффициента экспрес-
сии во фракциях митохондрий выражены в меньшей степени, чем: у мо-
лодых. Вероятно, у взрослых животных в связи с замедлением роста пе-
чени фракции митохондрий становятся менее специализированными в
функциональном отношении. Наибольшей величиной коэффициента экс-
прессии характеризуется у них фракция тяжелых митохондрий, т. е.
функция энергетического обеспечения клеток печени у взрослых крыс
ложится главным образом на эту фракцию, составляющую около по-
ловины всей митохондриальной массы (см. рис. 1). При этом величи-
на коэффициента экспрессии во фракции средних митохондрий снижа-
ется, а во фракции легких — увеличивается по сравнению с молодыми
крысами. Эти сдвиги, однако·, не ведут к изменению величины коэффи-
циента экспрессии на уровне всей митохондриальной популяции. От-
сюда следует, что в печени взрослых крыс, несмотря на сдвиги· в рас-
пределении между фракциями митохондрий экспрессионной и реплика-
тивной активностей, на уровне всей популяции митохондрий экспрессия
м т Д Н К и, очевидно, функции генерирования энергии не изменяются.
При старении величина коэффициента экспрессии снижается во
фракции тяжелых митохондрий по сравнению со взрослыми крысами,
а во фракции средних — но сравнению как со взрослыми, так и с моло-
дыми; во· фракции легких митохондрий значимых возрастных изменений
не отмечается. Вследствие того·, что тяжелая и средняя фракции в пе-
46 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
чени старых крыс составляют три четверти митохондриальной массы,
значительно снижается и величина коэффициента экспрессии на уров-
не всей популяции митохондрий.
Таким образом, несмотря на увеличение содержания м т Д Н К в пе-
чени старых крыс, ее экспрессия резко снижена. Причин этого несоот-
ветствия может быть несколько, но наиболее вероятными, на наш
взгляд, являются две из них. Первая состоит в том, что с возрастом в
популяции молекул м т Д Н К увеличивается доля делетированных моле-
кул [27—29], которые из-за уменьшенных размеров реплицируются
быстрее, чем полноразмерные, так как скорость репликации молекул
м т Д Н К прямо пропорциональна их длине. Чем больше в популяции
делетированных молекул мтДНК, тем значительнее снижен синтез бел-
ков, кодируемых делегированными последовательностями, тем меньше
формируется функционально 'полноценных комплексов окислительного
фосфорилирования и тем ниже уровень синтеза АТФ, что и наблюдает-
ся в печени старых крыс [3]. Падение концентрации АТФ по принци-
пу обратной связи стимулирует гликолитическое фосфорилирование и,
если его уровень не компенсирует потребностей клетки в энергии, ак-
тивирует амплификацию и экспрессию м т Д Н К [30]. Таким образом, у
старых животных может возникать порочный круг, ведущий к увеличе-
нию содержания м т Д Н К за счет мультипликации дефектных молекул.
Вторая причина — образование поперечных сшивок между молеку-
лами м т Д Н К и белков или/и липидов [31, 32] в результате свободно-
радикальных реакций [33]. Эти сшивки могут служить препятствием
для процесса транскрипции и таким образом стимулировать вышеопи-
санный механизм обратной связи, направленный на амплификацию мо-
лекул мтДНК. Амплификация путем репликации «несшитых» молекул
приведет к повышению содержания мтДНК, однако представленная
«сшитыми» молекулами часть м т Д Н К останется балластной, неэкспрес-
сируемой.
В печени старых крыс, вероятно, накапливаются как делегирован-
ные, так и «сшитые» молекулы м т Д Н К , но первые, по-видимому, пре-
валируют, подтверждением чему служит уменьшение содержания про-
дуктов экспрессии митохондриального генома (см. табл. 1).
Приведенные данные свидетельствуют о том, что фракции мито-
хондрий печени крыс, различающиеся по константе седиментации ор-
ганелл, отличаются также по> содержанию и соотношению в них м т Д Н К
и белков, кодируемых м т Д Н К и я Д Н К . С возрастом происходят нерав-
номерные изменения как абсолютного, так и относительного содержа-
ния фракций в единице массы печени. При этом в каждой из фракций
изменяются количество и соотношение м т Д Н К и белков. У старых крыс
такие изменения выражены в большей степени, чем у взрослых. В ос-
нове возрастных изменений могут лежать механизмы, нарушающие био-
генез митохондрий, т. е. координацию процессов репликации и экспрес-
сии митохондриального генома, что характеризуется несоответствием
содержания м т Д Н К и кодируемых ею белков.
Р е з ю м е . У фракціях мітохондрій печінки щурів різного віку (молоді — 3—4 мі-
сяці, дорослі — 6—8 місяців, старі — 24—26 місяців) визначали кількість мтДНК і біл-
ків, що кодуються мтДНК і яДНК. Три різні за константою седиментації фракції міто-
хондрій відрізняються вмістом і співвідношенням мтДНК і білків. Такі самі зміни спо-
стерігаються з віком у кожній фракції мітохондрій. У старих щурів вони виражені біль-
ше, ніж у дорослих. З віком також нерівномірно змінюється абсолютний та відносний
вміст фракцій в одиниці маси печінки. Обговорюються механізми, що порушують коор-
динацію .процесів реплікації та експресії мітохондріальїного гедому.
S u m m a r y . The contents of mtDNA and proteins encoded by mtDNA and nDNA
were determined in liver mitochondrial fractions of rats of different ages (young — 3—4,
adult —6—8, old —24—26 mo). Three mitochondrial fractions with different sedimenta-
47 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
tion constants have been varied by content and ratio of mtDNA and proteins as well.
The absolute and relative content of the fractions were changed irregularly in liver mass
unit with age. Furthemore, it was observed that the content and ratio of mtDNA and pro-
teins changed in each mitochondrial fraction with age. These changes were more pronoun-
ced in the old rats as compared with adult ones. The mechanisms of coordination altera-
tions of mitochondrial genome replication and expression are discussed.
ОПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фролькис В. В. Старение и биологические возможности организма.— Jl. : Наука,
1975.—272 с.
2. Hansford R. G. Bioenergetic in ag ing / / Biochim. et biophys. acta.—1983.—726,
N 1.—P. 41—80.
3. Литошенко А. Я. Старение митохондрий — триггерный механизм старения клеток/ /
Надежность и элементарные «события процессов старения биологических объектов.—
Киев : Наук, думка, 1986.—С. 150—160.
4. Roodyn D. В., Wilkie D. The biogenesis of mitochondria.— London : Methuen, 1968.—
123 p.
5. Озернюк H. Д. Рост и воспроизведение митохондрий.— М. : Наука, 1973.—263 с.
6. Tomura H., Endo HKagawa Y. et at. Novel regulatory enhancer in the nuclear gene
of the human mitochondrial ATP synthase β - subun i t / / J , . Biol. Chem.—1990.—265,
N 12.—P. 6525—6527.
7. Скулачев В. П. Аккумуляция энергии в клетке.— М . : Наука, 1969.—440 с.
8. Литошенко А. Я. Триггер процесса старения — в ядре или митохондриях? / / Изв.
АН СССР. Сер. биол.—1992.— «Ns 4.—С. 645—648.
9. Литошенко А. Я. Синтез митохондриальных белков ядерного и митохондриального
кодирования в интактной и регенерирующей печени крыс разного возраста / / Вопр.
мед. химии.—1985.—31, № 2.—С. 105—110.
10. Литошенко А. Я. Обновление митохондриальных белков в печени крыс разного воз-
раста / / Б ю л л . эксперим. биологии.—1982.—94, № 12.— С. 49—51.
11. Литошенко А. Я. Обновление митохондриальной Д Н К в печени крыс разного воз-
р а с т а / / Т а м же—1984.—97, № 3.—С. 299—301.
12. Tauchi H., Sato Т. Hepatic cells of the a g e d / / L i v e r and Ageng.— Amsterdam; New
York, Oxford : Elsevier, 1978.—P. 3—20.
13. Beattie D. S. Studies on the biogenesis of mitochondrial protein components in rat
liver slices / / J . Biol. Chem.—1968.—243, N 15.—P. 4027—4033.
14. Андрианов Η. В., Бледное Ю. А.% Шуппе Η. Г. К вопросу о биохимической гетеро-
генности митохондрий/ /Молекуляр. биология.—1976.—10, № 5.— С. 1042—1049.
15 Petit P. X., O'Connor J. E., Grunwald D. et al. Analysis of the membrane potential of
rat- and mouse-liver mitochondria by flow cytometry and possible applications / / Eur.
J. Biochem.—1990.—194, N 2 .—P. 389—397.
16. Kitagawa Y., Sugimoto E. Estimation of the in vivo translat ional activity of rat liver
mitochondria without of an antibiotic / / J. Biochem.—1980.—88, N 3 .—P. 689—G93.
17. Lowry O. H., Rosenbrough N. /., Farr A. L. et al. Protein measurement with Folin phe-
nol r e a g e n t / / J . Biol. Chem.—1951.—193, N 1.—P. 265—275.
18. Сквирская Э. Б., Чепинога О. П. Практикум по нуклеопротеидам и нуклеиновым
кислотам.— М. : Высш. шк., 1964.—214 с.
19. Рябинина 3. А., Бенюш В. А. Полиплоидия и гипертрофия клеток в процессах роста
и восстановления.— М. : Медицина, 1973.—208 с.
20. Posakony J. WEngland J. M., Attardi G. Mitochondrial growth and division during
the cell cycle η HeLa c e l l s / / J . Cell. Biol.—1977.—74, N 2 .—P. 468—491.
21. Hare J. F., Crane F. L. Proteins of mitochondrial c r i s t a e / /Subce l l . Biochem.—1974.—
3, N 1.—P. 1—25.
22. Azzi A. Mitochondria: -the utilization of oxygen for cell life / / Experientia.—1984.—
40, N 9 .—P. 901—906.
23. Massie H. R., Colacicco J. R., Williams T. R. Loss of mitochondrial DNA with aging
in the Swedich с strain of Drosophila melanogaster / / Age.—181.—9, N 1.— P. 42—
47.
24. Huemer R. P., Lee K--D., Reevs A. E. et al. Mitochondrial studies in senescent mice. II.
Specific activity buoyant density, and turnover of mitochondrial D N A / / E x p . Geron-
tol.—1971.—6, N 5 .—P. 327—334.
25. Новикова Η. M., Бондаренко Ю. В. Влияние возраста на количественные изменения
Д Н К митохондрий печени к р ы с / / М о л е к у л я р . и физиол. механизмы возрастного
развития.— Киев : Наук, думка, 1975.— С. 148—153.
26. Stocco D. M., Hutson J. С. Quantitation of mitochondrial DNA and portein in the liver
of Fisher 344 rats during a g i n g / / J . Gerontol.—1978.—33, N 6 .—P. 802—809.
27. Cortopassi G., Arnheim N. Detection of a specifec mitochondrial DNA deletion in tis-
sues of older h u m a n s / / N u c L Acids Res.—1990.—18, N 23,—P. 6927—6933.
28. Linnane A. W., Baumer A., Maxwell R. J. et al. Mitochondrial gene mutation: the
ageing process and degenerative diseases / / Biochem. Int.—1990.—22, N 6.— P.
1067—1076.
29. Wallace D. C. Diseases of the mitochondrial D N A / / A n n u . Rev. Biochem.—1992.—
61— PI . 1175—1212.
48 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. if? 6
ЗО. Нейфах С. А. Роль митохондрий в клеточной наследственности / / Молекуляр. ге-
нетика митохондрий — J I . : Наука, 1977.— С. 8—18.
31 Asano К., Amagase S., Matsuura Е. Т. et al. Changes in the ra t liver mitochondrial
DNA upon aging / / Mech. Ageing and Develop.—1991.—60, N 3 .—P. 275—284.
32 Asano Κ-, Nakamura M., Asano A. et al. Quantitation of changes in mitochondrial
DNA during aging and regeneration of the rat liver using non-radioactive DNA pro-
b e s / / Ibid.—1992.—62, N 1, 2 .—P. 85—98.
33.. Saul R. LGee P., Ames B. N. Free radical, DNA damage, and a g i n g / / M o d e r n Biol.
Theor. of Aging .—New York: Raven press, 1987.—P. 113—129.
Ин-т геронтологии АМН Украины, Киев Получено 26.03.93
Н И Ц «Сонар» АН Украины, Киев
УДК 547.163.4
С. В. Коношенко
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
ГЕМОГЛОБИНОВ ДВУХ ВИДОВ ПРЕСМЫКАЮЩИХСЯ:
ЧЕРЕПАХИ TESTUDO HORESFIELDI
И УЖА ВОДЯНОГО NATRIX TESSELATA
Методом ЯMP-релаксации изучена внутримолекулярная подвижность электрофорети-
чески гомогенных фракций гемоглобинов водяного ужа и черепахи. Установлены раз-
личия и взаимосвязь уровня внутримолекулярной подвижности со сродством фракций
гемоглобинов к кислороду.
Введение. Развитие физико-химических методов исследования и тео-
рии биополимеров, а также накопление экспериментальных данных по
этой проблеме показали, что для выяснения механизма функциониро-
вания гемоглобина недостаточно знания его статистической структуры.
Методом PCA доказано [1], что функционирование гемоглобина со-
провождается изменением его конформации. Очевидно, что конформа-
ционные перестройки происходят за счет внутримолекулярных движе-
ний атомов и атомных группировок, и от динамических характеристик
равновесных и неравновесных процессов зависит функциональная ак-
тивность белка. Однако вышеуказанные изменения происходят очень
быстро и изучать динамику столь быстрых перемещений полипептид-
пых цепей и отдельных групп белка в пространстве очень сложно. Про-
ще исследовать внутримолекулярную динамику одной из форм гемо-
глобина в состоянии равновесия, допуская, что интенсивности как рав-
новесной, так и неравновесной динамики должны находиться в кор-
релятивных соотношениях.
В настоящей работе методом ЯМР-релаксации проведен сравни-
тельный анализ внутримолекулярной подвижности электрофоретически
гомогенных фракций гемоглобинов двух представителей класса пре-
смыкающихся и связи динамической структуры белка с его функцио-
нальной активностью.
Материалы и методы. Материалом для исследования служили ге-
моглобины двух представителей класса пресмыкающихся — черепахи
(Т. horesfieldi) и водяного ужа ( N . tesselata). Кровь брали от пяти и
семи особей каждого вида соответственно. Гемоглобин выделяли из-
под стромы по [2], гемолизируя эритроциты в присутствии дистилли-
рованной воды и толуола. Фракционный состав гемоглобина изучали
с помощью диск-электрофореза в 7 %-м ПААГ [3]. Фракции гемогло-
бина выделяли препаративным электрофорезом в блоках 7 %-го ПААГ
[4]. Электрофорез проводили в трис-глициновом буфере (рН 8,3) при
напряжении 50 В и силе тока 10—20 мМ на белок геля.
<g) С. В. Коношенко, 1993
ISSN" 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А . 1993. Т. 9. № 6 4 - 3 - 7 5 7 49
|