Журнал физической химии и биофизики
Открытый доступ

Абстрактный

Миоглобин и митохондрии: как работает «хранилище кислорода»?

Галина Постникова и Екатерина Шеховцова.

Мы впервые показали, что высвобождение кислорода из MbO2 при концентрациях O2, близких к нулю (p02), происходит только при взаимодействии белка с дышащими митохондриями. Если они отделены от раствора MbO2 полупроницаемой мембраной, дезоксигенации MbO2 не происходит. Скорости поглощения O2 митохондриями из раствора в присутствии MbO2 (V1) и дезоксигенации MbO2 (V2) полностью совпадают для разных митохондриальных препаратов, нативных, замороженных и разобщенных FCCP, поскольку и V1, и V2 определяются дыхательной активностью митохондрий. Однако V1 и V2 отражают разные процессы, поскольку на них по-разному влияют белки, такие как лизоцим, конкурирующие с MbO2 за связывание с митохондриями. Установлено, что миоглобин неспецифически взаимодействует с фосфолипидными участками наружной митохондриальной мембраны, а специфические белки или белковые каналы для связывания с миоглобином отсутствуют. Выраженная зависимость связывания от ионной силы подразумевает значительный вклад кулоновской электростатики в образование комплекса миоглобин–митохондрии. Поскольку общий заряд молекулы миоглобина не влияет на сродство MbO2 и metMb к митохондриальной мембране, эффект ионной силы должен быть обусловлен локальными электростатическими взаимодействиями, скорее всего, между противоположно заряженными группами фосфолипидов (головками) и полярными остатками миоглобина в окружении гемовой полости. Смещение окси-/дезокси-равновесия в сторону лиганд-свободного дезоксимиоглобина в анаэробных условиях в присутствии митохондриальных и искусственных фосфолипидных мембран указывает на то, что взаимодействие миоглобина с мембраной приводит к снижению сродства миоглобина к кислороду (и повышению p50), что облегчает отсоединение O2 от MbO2 при физиологических значениях p02. Таким образом, в присутствии дышащих митохондрий в клетке должно присутствовать по крайней мере два вида молекул миоглобина. Некоторые из них свободны, с высоким сродством к O2 и соответственно низким p50, а другие, связанные с митохондриями, с более низким сродством и более высоким p50. Для эффективного переноса O2 из цитоплазмы обмен между этими двумя видами молекул MbO2 должен быть достаточно быстрым. Значения Km связывания MbO2 с митохондриями (около 104 М-1 при I = 0,15) и время жизни комплекса (десятки нс) хорошо соответствуют этому требованию.