Respiration of mitochondria in living organisms is controlled by the ATP/ADP ratio and phosphorylation pattern of cytochrome c oxidase

The "second mechanism of respiratory control" (allosteric ATP-inhibition of cytochrome c oxidase (CcO)) is demonstrated for the first time in intact isolated rat liver and heart mitochondria. The problems of measuring the kinetics of allosteric ATP-inhibition in isolated mitochondria we...

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Main Author: Ramzan, Rabia
Contributors: Kadenbach, Bernhard (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2010
Chemie
Subjects:
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Table of Contents: Der “zweite Mechanismus der Atmungskontrolle” (allosterische ATP-Hemmung der Cytochrom c Oxidase (CcO)) wird zum erstenmal an intakten Mitochondrien aus Rattenleber und Rattenherz gezeigt. Die Probleme bei der Messung der Kinetik der allosterischen ATPHemmung an isolierten Mitochondrien wurden untersucht. Nur bei hohen ATP/ADP Verhältnissen wird diese Hemmung erhalten und erfordert ein ATP-regenerierendes System bestehend aus Phosphoenolpyruvat (PEP) und Pyruvat Kinase (PK). Die allosterische ATPHemmung kann abgeschaltet werden, wahrscheinlich durch Dephosphorylierung an einem Serin der CcO Untereinheit-I. Die Phosphorylierung der CcO an Serin, Threonin und Tyrosin wurde an isolierten Mitochondrien durch Extraktion von Complex IV (CcO) mittels BNPAGE (Blau-Native Polyacrylamid Gelelektrophorese), SDS-PAGE und Western Blots mit den entsprechenden Antikörpern gegen die phosphorylierten Aminosäuren untersucht. Das Ausmass der allosterischen ATP-Hemmung der CcO variierte in verschiedenen Mitochondrienpräparationen, was auf die psychologische Situation des Tieres beim Töten zurückgeführt wurde. Inkubation von Rinderherzschnitten mit Insulin verminderte die allosterische ATP-Hemmung und die Phosphorylierung der CcO Untereinheit-I am Serin. Mittels einer TPP+ (Tetraphenylphosphoniuim)-Elektrode, und in Zusammenarbeit mit Katrin Staniek, Veterinärmedizinische Universität Wien, wurde erstmals eine reversible Verminderung des mitochondrialen Membranpotentials (DYm) durch PEP und PK über die DYm-unabhängige allosterische ATP-Hemmung der CcO bei hohen ATP/ADP Verhältnissen an isolierten Rattenlebermitochondrien gezeigt. Es wird postuliert, das die Atmung in lebenden eukaryotischen Organismen normalerweise durch die DYm-unabhängige ‚allosterische ATP-Hemmung der CcO’ kontrolliert wird. Nur wenn unter Stress die allosterische ATP-Hemmung abgeschaltet ist, wird die Atmung durch die ‚Atmungskontrolle’, die entsprechend der Mitchell Therie auf dem DYm beruht, reguliert.