Механизмы стимуляции свободного дыхания митохондрий печени пальмитиновой кислотой и продуктами её ω-окисления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат наук Семенова Алена Анатольевна

• Семенова Алена Анатольевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Семенова Алена Анатольевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Система окислительного фосфорилирования в митохондриях животных

1.2. Свободное дыхание в митохондриях животных

1.2.1. Механизмы и физиологическое значение свободного дыхания

1.2.2. Протонофорные разобщители и десопрягающие агенты

1.3. Изучение разобщающего действия жирных кислот в митохондриях печени

1.3.1. Жирные кислоты как разобщители протонофоры

1.3.2. Жирные кислоты как разобщители ионофоры

1.4. ю-Окисление жирных кислот в клетках печени

1.4.1 Исследования а,ю-дикарбоновых кислот как индукторов свободного дыхания в митохондриях печени

1.5. Окислительный стресс. Роль митохондрий в развитии окислительного стресса

1.5.1. Роль митохондрий в метаболизме АФК

1.5.2. Образование АФК в митохондриях животных

1.5.3. Участие разобщителей в антиокисидантной системе

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Экспериментальные животные

2.2. Выделение митохондрий из печени крыс

2.3. Регистрация дыхания митохондрий в различных состояниях

2.4. Регистрация изменения разности потенциалов через внутреннюю мембрану митохондрий (Ду)

2.5. Регистрация энергозависимого набухания митохондрий

2.6. Определение протонофорной активности исследуемых соединений методом регистрации набухания митохондрий в изотоническом растворе ацетата калия в присутствии валиномицина

2.7. Регистрация образования перекиси водорода

2.8. Статистическая обработка результатов исследований

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Сравнение эффектов пальмитиновой кислоты, ГПК и КПК на некоторые энергетические функции митохондрий печени

3.2. Сравнительное исследование действия протонофорных разобщителей и исследуемых жирных кислот на окислительный синтез АТР в митохондриях печени

3.3. Влияние КПК на дыхание митохондрий печени в состоянии 4 при окислении различных субстратов

3.4. Влияние малоната и некоторых ингибиторов ¿сгкомплекса на действие КПК

3.5. Влияние ю-гидроксипальмитиновой и ю-карбоксипальмитиновой кислот на генерацию Н2О2 в митохондриях печени

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ADP - аденозин-5'-дифосфат; ATP - аденозин-5'-трифосфат;

FCCP -«-трифторометоксикарбонилцианидфенилгидразон;

Re - дыхательный контроль; отношение скорости дыхания митохондрий в

состоянии 3 к скорости дыхания в состоянии 4;

БСА - бычий сывороточный альбумин;

ДТНБ - дитионитробензоат;

ГПК - ю-гидроксипальмитиновая кислота;

ДНФ - 2,4-динитрофенол;

ДХФИ - 2,6-дихлорофенилиндофенол;

КМК - ю -карбоксимиристиновая кислота;

КПК - ю-карбоксипальмитиновая кислота;

МОПС - 3-[Ы-Морфолино]пропансульфоновая кислота, буфер;

ПК - пальмитиновая кислота;

ТМФД - ^^№,№-тетраметил-п-фенилендиамин;

Трис (Tris) - трис-(гидроксиметил)аминометан;

ТФФ+ - катион тетрафенилфосфония;

Pi - неорганический фосфат;

Ду - разность электрических потенциалов на внутренней мембране митохондрий; Ар - протон-движущая сила;

ДрН - разность концентраций ионов водорода на внутренней мембране митохондрий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы стимуляции свободного дыхания митохондрий печени пальмитиновой кислотой и продуктами её ω-окисления»

ВВЕДЕНИЕ

В клетках печени наибольшее количество АТР образуется в митохондриях в процессе окислительного фосфорилирования, при котором используется большая часть кислорода, потребляемого митохондрями [Skulachev et al., 2013; Boekema and Braun, 2007; Mookerjee et al., 2010]. Часть потребленного митохондриями кислорода (около 30%) в клетках печени затрачивается на свободное дыхание, которое не связано с синтезом АТР и имеет важное физиологическое значение [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Mookerjee et al., 2010; Dietrich and Horvath, 2010]. В экспериментах на изолированных митохондриях свободное дыхание обычно оценивают как скорость потребления кислорода в отсутствие синтеза АТР (состояние 4 по Чансу) [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Mookerjee et al., 2010]. Установлено, что свободное дыхание не является следствием разрушения митохондрий в процессе их выделения, что позволяет использовать их в качестве модели для исследования протекающих in vivo окислительных процессов [Skulachev, 1998; Mookerjee et al., 2010].

Свободное окисление может быть вызвано пассивной утечкой протонов. По хемиосмотической теории Митчелла транспорт электронов по дыхательной цепи от субстратов окисления до молекулярного кислорода сопровождается векторным переносом протонов (Н+) из матрикса в объемную водную фазу межмембранного пространства митохондрий с запасанием энергии в виде разности электрохимических потенциалов Н+ на внутренней мембране или, говоря по-другому, выраженной в вольтах протон-движущей силы (Ар). Ар затем расходуется на синтез АТР и связанных с этим процессов транспорта в матрикс ADP и Pi в обмен на АТР [Skulachev et al., 2013; Kocherginsky, 2009; Zorova et al., 2018, Szabo and Zoratti, 2014]. Часть энергии Ар рассеивается вследствие пассивной утечки протонов по эндогенным путям, что и рассматривается как один из основных механизмов свободного дыхания (или потребления кислорода

митохондриями в отсутствие синтеза АТР (состояние 4) [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Mookerjee et al., 2010; Cadenas, 2018 Affourtit et al., 2018].

Протонофорные разобщители считаются одними из главных индукторов пассивной утечки протонов; это такие химические вещества как как n-трифторометоксикарбонилцианидфенилгидразон (FCCP), 2,4-динитрофенол (ДНФ) и др. [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Samartsev et al., 2020]. Механизм их действия заключается в стимуляции дыхания и снижении эффективности окислительного синтеза АТР путем повышения протонной проводимости внутренней митохондриальной мембраны и рассеивания таким образом Ар [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Samartsev et al., 2020]. Установлено, что протонофорные разобщители также обладают способностью ингибировать образование в митохондриях активных форм кислорода [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Cadenas, 2018]. В последнее десятилетие интерес к протонофорным разобщителям существенно возрос в связи с их возможным использованием в качестве фармакологических средств [Силачев и др., 2015; Zakharova et al., 2017; Geisler, 2019].

Помимо усиления пассивной утечки протонов, приводящей к снижению Ар, известны и другие пути индукции свободного дыхания. Одним из таких путей является шунтирование трансформирующих энергию комплексов дыхательной цепи с помощью различных редокс-реагентов. Так, один из хорошо изученных редокс-реагентов К,К,К',К'-тетраметил-п-фенилендиамин (ТМФД) при окислении сукцината может передавать электроны от убихинола (восстановленного в комплексе II кофермента Q) минуя комплекс III (bc1-комплекс) непосредственно на цитохром с, и в этом случае в трансформации энергии принимает участие только комплекс IV (цитохром с-оксидаза) [Groen et al., 1990; Chien and Brand, 1996]. Установлено, что такое шунтирование bc1-комплекса сопровождается стимуляцией дыхания в состоянии 4 без снижения Ар [Chien and Brand, 1996]. Аналогичное увеличение скорости дыхания в состоянии 4 без снижения Ар может быть достигнуто методами генной инженерии при

экспрессии в митохондриях животных альтернативной оксидазы [Robb et al., 2018].

Еще одним способом, индуцирующим свободное дыхание, является переключение комплексов дыхательной цепи на холостой режим работы. В этом случае транспорт электронов не сопровождается векторным переносом Н+, т.е. без генерации Ар [Samartsev et al., 2020; Canton et al., 1995; Papa et al., 2006; Terada et al., 1990; Van Dam et al., 1990]. В разные годы на изолированных митохондриях печени и сердца были получены экспериментальные данные, которые могут быть интерпретированы в терминах такого изменения свойств комплексов дыхательной цепи: а) стимуляция дыхания митохондрий анестетиками без снижения Ар [Terada et al., 1990; Van Dam et al., 1990]; б) действие химического модификатора карбоксильных остатков белков дициклогексилкарбодиимида (ДЦКД) ингибирующего выброс протонов ^-комплексом без снижения скорости дыхания митохондрий [Price and Brand, 1982)]. В отличие от протонофорных разобщителей указанные выше химические вещества не способны транспортировать протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану и через фосфолипидный бислой искусственных мембран [Canton et al., 1995]. Подобные индукторы свободного дыхания имеют названия: внутренние разобщители (intrinsic uncouplers), индукторы проскальзывания (slip inducers) [Canton et al., 1995] или десопрягающие агенты (decouplers) [Terada et al., 1990; Price and Brand, 1982].

В качестве природных индукторов свободного дыхания рассматриваются свободные жирные кислоты [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Samartsev et al., 2020; Samartsev et al., 1997; Severin et al., 2010; Bertholet et al., 2019]. Так, пальмитиновая кислота стимулирует свободное дыхание митохондрий печени и сердца по большей части по протонофорному механизму при участии ADP/ATP-и аспартат/глутаматного антипортеров - белков-переносчиков анионов внутренней мембраны, а также переносчика фосфата [Skulachev et al., 2013; Skulachev, 1998; Samartsev et al., 1997; Severin et al., 2010; Bertholet et al., 2019].

В организме млекопитающих наблюдается несколько путей окисления жирных кислот. Наиболее важным и хорошо известным путем окисления жирных кислот является ß-окисление, при котором жирные кислоты превращаются в ацетил-СоА или пропионил-СоА, которые в дальнейшем окисляются в диоксид углерода и Н2О, что приводит к образованию энергии [Knottnerus et al., 2018; Longo et al., 2016; Miura, 2013]. Альтернативным путем является ю-окисление, которое в физиологических условниях не превышает 10% от общего метаблизма и чаще всего рассматривается как путь спасения при различных генетических заболеваниях у людей, при которых нарушено пероксисомное или митохондриальное окисление жирных кислот, что ведет к их накоплению в организме [Longo et al., 2016; Wanders et al., 2011].

ю-Окисление жирных кислот включает две стадии реакции. Во-первых, концевая метильная группа жирных кислот преобразуется в гидроксиметильную группу (-СН2-ОН) при участии микросомальных цитохромов Р-450, а затем она окисляется до карбоксильной группы (-COOH) с помощью цитозольных NAD-зависимых алкоголь- и альдегиддегидрогеназ [Longo et al., 2016; Miura, 2013; Wanders et al., 2011; Hardwick, 2008; Ribel-Madsen et al., 2016]. Так, в результате ю-окисления пальмитиновой кислоты на первом этапе образуется ю-гидроксипальмитиновая кислота (ГПК), на следующем этапе - ю-карбоксипальмитиновая кислота (КПК) (син.: а,ю-гексадекандикарбоновая кислота (ГДК); а,ю-гексадекандиовая кислота, а,ю-гексадекандиоловая кислота) (табл. 1).

Ферменты ю-окисления (в частности, ю-гидроксилазы) индуцируются под влиянием различных ксенобиотиков, включая полициклические ароматические углеводороды, барбитураты, также при потреблении этанола [Wanders et al., 2011]. Значительно усиливается этот путь окисления в тех случаях, когда нарушены другие пути метаболизма жирных кислот (в основном, ß-окисление), а также при некоторых состояниях, сопровождающихся увеличением содержания жирных кислот, таких как диабет, ожирение, голодание, неалкогольная жировая

болезнь печени и др. [Longo et al., 2016; Wanders et al., 2011; Hardwick, 2008; Ribel-Madsen et al., 2016; Orellana et al., 1998; Reddy, 2001]. Давно и достоверно установлено, что при этих и некоторых других подобных патологиях в крови и клетках пациентов наблюдается значительное увеличение содержания различных жирных кислот, в том числе и продуктов ю-окисления пальмитата - ГПК и КПК [Orellana et al., 1998; Glasgow and Middleton, 2001; Tonsgard, 1986].

Таблица 1 - Применяемые систематические и тривиальные названия жирных кислот

Химическая структура Систематические названия Тривиальные названия и применяемые синонимы

Н3С-(СН2)14- СООН н-Гексадекановая к-та Пальмитиновая к-та

НО-СН2-(СН2)14-СООН ю- Гидроксигексадекановая к-та ю-Гидроксипальмитиновая к-та (ГПК)

НООС-(СН2)14-СООН а,ю-Гексадекандиовая к-та ю-Карбоксипальмитиновая к-та (КПК); а,ю- гексадекандикарбоновая к-та; а,ю-гексадекандиоловая к-та

НООС-(СН2)12-СООН а,ю-Тетрадекандиовая к-та ю-Карбоксимиристиновая к-та (КМК); а,ю- тетрадекандикарбоновая к-та; а,ю-тетрадекандиоловая к-та

В клетках печени а,ю-дикарбоновые кислоты подвергаются ß-окислению главным образом в пероксисомах, в результате чего образуются короткоцепочечные дикарбоновые кислоты и в конечном итоге сукцинат, эффективно окисляющийся митохондриями [Hardwick, 2008; Ribel-Madsen et al., 2016; Tserng and Jin, 1991; Westin et al., 2005]. ю-Окисление жирных кислот уже рассматривалось как один из «путей спасения» (rescue pathway) клеток печени

при различных нарушениях метаболизма, связанных с избыточным накоплением свободных жирных кислот [Jezek et al., 1997; Brown and Brand, 1988].

В работе Рыбаковой и др. [Рыбакова и др., 2013] было показано влияние одной из длинноцепочечных а,ю-дикарбоновых кислот - ю-карбоксимиристиновой (КМК) на дыхание митохондрий. Было установлено, что в отсутствие Са2+ эта жирная кислота способствует увеличению скорости дыхания митохондрий печени, окисляющих сукцинат без синтеза АТР (состояние 4 по Чансу), но без деполяризации внутренней мембраны (без снижения мембранного потенциала Ду) [Рыбакова и др., 2013; Адакеева и др., 2015; Маркова и др., 1999]. Исходя из этого авторами был сделан вывод, что действие КМК походит на действие «десопрягающих» (decouplers) агентов, к которым, к примеру, относятся некоторые местные и общие анестетические вещества [Papa, 2006; Tereda et al., 1990]. Также в работе авторами было показано отличие КМК от этих веществ, заключающееся в том, что эффект жирной кислоты обратим и способен полностью подавляться циклоспорином А в высокой для него концентрации (10 мкМ), что предполагает переключение комплексов дыхательной цепи на холостой режим работы т.е. без векторного перемещения Н+ из матрикса в межмембранное пространство [Рыбакова и др., 2013]. Вместе с тем механизм действия этой жирной кислоты остается неизученным. Используемая в настоящей работе ю-карбоксипальмитиновая кислота (КПК) отличается от ю-карбоксимиристиновой только большей на два атома углерода длиной ацильной цепи, что придает ей более высокую гидрофобность. При этом в работе Jezek [Jezek, 1997] указывается, что в отличие от этой более короткоцепочечной а,ю-дикарбоновой кислоты КПК способна перемещаться через фосфолипидную бислойную мембрану по механизму флип-флоп. Однако не ясно, будет ли КПК более эффективно, чем КМК, стимулировать свободное дыхание в митохондриях печени по аналогичному механизму. Неизвестен механизм действия КПК, как предполагаемого десопрягающего агента. Остается также неизученным механизм действия ГПК как индуктора свободного дыхания в митохондриях печени. Не

известно, связано ли индуцируемое этими жирными кислотами свободное дыхание со снижением генерации в митохондриях АФК.

Цель работы - Сравнительное исследование механизмов действия на функционирование митохондрий печени пальмитиновой кислоты и продуктов её ю-окисления: ю-гидроксипальмитиновой и ю-карбоксипальмитиновой кислот.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить эффекты ю-гидроксипальмитиновой и ю-карбоксипальмитиновой кислот на параметры митохондрий печени: дыхание в состоянии 4, мембранный потенциал и проницаемость внутренней мембраны для ионов водорода и калия.

2. Определить особенности действия ю-карбоксипальмитиновой кислоты на окислительный синтез АТР в митохондриях печени в сравнении с эффектами протонофорных разобщителей и пальмитиновой кислоты.

3. Исследовать действие ю-карбоксипальмитиновой кислоты на дыхание митохондрий печени в состоянии 4 при окислении различных субстратов.

4. Изучить влияние малоната и некоторых ингибиторов Ьсг-комплекса на действие ю-карбоксипальмитиновой кислоты как индуктора свободного дыхания в митохондриях печени.

5. Выяснить, способны ли исследуемые жирные кислоты влиять на продукцию пероксида водорода в митохондриях печени.

Научная новизна работы. Впервые изучено действие продуктов ю-окисления пальмитиновой кислоты - ГПК и КПК как индукторов свободного дыхания в митохондриях печени. Показано, что стимуляция ГПК свободного дыхания митохондрий печени обусловлена сочетанием протонофорного и ионофорного эффектов. Получены данные, свидетельствующие в пользу того, что переносчик фосфата участвует в разобщающем действии ГПК. Установлено, что КПК, в отличие от действия протонофорных разобщителей, пальмитиновой кислоты и ГПК, стимулирует дыхание митохондрий печени при окислении сукцината только в состоянии 4 без снижения мембранного потенциала (Ду). При этом КПК не влияет на проницаемость внутренней мембраны митохондрий для

протонов. Выяснено, что такой эффект КПК реализуется на уровне Ъсгкомплекса дыхательной цепи путем переключения этого комплекса на холостой режим работы (внутреннее разобщение). Впервые установлен ингибирующий эффект КПК и ГПК на продукцию пероксида водорода в митохондриях печени.

Научно-практическое значение работы. Работа имеет, прежде всего, значение для фундаментальной науки в области биохимии и биоэнергетики, а также в области клеточной патофизиологии. Результаты исследований используются в учебном процессе в Марийском государственном университете. Новые знания, полученные при выполнении диссертации, позволят лучше понять связанные с функционированием митохондрий механизмы, определяющие роль свободного дыхания в митохондриях печени животных. Знание таких механизмов, в свою очередь, будет способствовать разработке новых подходов к регуляции биоэнергетических клеточных процессов и могут иметь значение для медико-биологических работ, касающихся исследования роли свободного дыхания в различных патологических процессах, включающих такие социально значимые и распространенные заболевания, как диабет и ожирение.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. ю-Гидроксипальмитиновая кислота активирует свободное дыхание в митохондриях печени посредством протонофорного эффекта и усиления транспорта К+ при участии переносчика фосфата.

2. ю-Карбоксипальмитиновая кислота стимулирует свободное дыхание в митохондриях печени путем переключения Ъсг-комплекса дыхательной цепи на холостой режим работы (внутреннее разобщение).

3. Ингибирование генерации Н2О2 в митохондриях печени обусловлено стимуляцией свободного дыхания как протонофорными и ионофорными разобщителями, так и «десопрягающими» агентами, и, следовательно, может быть не связано со снижением Ду.

Апробация работы. Результаты исследовательской работы были представлены на международной конференции «Рецепция и внутриклеточная

сигнализация» (Пущино, 2021 г.); на международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2021» (Москва, 2021 г.); на 74-й всероссийской с международным участием школы-конференции молодых ученых «Биосистемы: организация, поведение, управление» (Н. Новгород, 2021 г.); на Всероссийской научной конференции Современные проблемы медицины и естественных наук (Йошкар-Ола, 2020 г.); на 24-ой международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология-наука XXI века» (Пущино, 2020 г.); на международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2019 г.); на VI Съезде биофизиков России (Сочи, 2019 г.); на 2-ой Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Биохимия - основа наук о жизни» (Казань, 2019 г.); на Международной научной конференции Современные проблемы медицины и естественных наук (Йошкар-Ола, 2019 г.).

Публикация результатов исследования. По теме диссертационной работы опубликованы 4 статьи в ведущих научных журналах, входящих в перечень Scopus и Web of Science, и 10 тезисов докладов научных конференций и съездов всероссийского и международного уровней.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа представлена на 112 страницах, включая список литературы. Иллюстрационный материал включает 26 рисунков и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, глав: «Обзор литературы», «Материалы и методы исследования», «Результаты исследования и их обсуждение», «Заключение», а также списка литературы из 154 статей как российских, так и зарубежных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Система окислительного фосфорилирования в митохондриях животных

Основное количество энергии в форме АТР у большинства клеток животных синтезируется в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях. В настоящее время термином окислительное фосфорилирование обозначают два сопряженных процесса: это транспорт элеторонов по дыхательной цепи (электрон-транспортной цепи) от субстратов окисления до молекулярного кислорода и синтез АТР из ADP и Pi при участии F0F1-ATP-синтазы в ходе реакции фосфорилирования [Boekema and Braun, 2007; Скулачев и др., 2010; Rich, 2010; Skulachev et al., 2013; Zorova et al., 2018]. Одновременное протекание двух таких различных по химическому механизму процессов (окислительно-восстановительные реакции и образование ковалентной связи при синтезе АТР) предполагает наличие сложного механизма их энергетического сопряжения.

Электрон-транспортная цепь (ЭТЦ) построена из компонентов - комплексов дыательной цепи, расположенных в кристах внутренней мембраны митохондрий [Gilkerson et al., 2003; Skulachev et al., 2013]. Основные комплексы ЭТЦ: NADH-дегидрогеназа (I комплекс), сукцинатдегидрогеназа (II комплекс), ¿^-комплекс (III комплекс) и цитохромоксидаза (IV комплекс), а также комплекс отвечающий за синтез АТР - FoF^ATP-синтаза (комплекс V) [Скулачев, 2010; Skulachev et al., 2013; Letts and Sazanov, 2017; Zorova et al., 2018]. Комплексы организованы в суперкомплексы определенной стехиометрии: комплекс I образует суперкомплекс с комплексом III и комплексом IV (СК I + Ш2 + IV, известный как респирасома), а также только с комплексом III2 (СК I + III2). CIII 2 образует суперкомплекс с комплексом IV (СК III2 + IV) [Letts and Sazanov, 2017; Dudkina et al., 2010; Letts et al., 2019]. Сопряжение процессов транспорта электронов по дыхательной цепи и окислительного синтеза АТР наиболее полно объясняет хемиосмотическая теория, основные положения которой сформулированы Петером Митчеллом в начале шестидесятых годов прошлого века [Mitchell, 2011]. В дальнейшем, эти

положения легли в основу делокализаванной версии хемиосмотической теории, которая гласит, что при транспорте электоронов по ЭТЦ митохондрий от субстратов окисления до О2 происходит одновременный перенос ионов водорода из матрикса в межмембранное пространство. При этом энергия, которая образуется при переносе электронов по цепи способна запасаться в виде разности электрохимических потенциалов на внутренней мембране, или, говоря по-другому, протон-движущей силы (Ар) выраженной в вольтах. Ар затем расходуется на образование АТР и связанного с этим процессов транспорта в матрикс ADP и Pi в обмен на синтезированный АТР [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013; Kocherginsky, 2009; Zorova et al., 2018, Szabo and Zoratti, 2014]. Другими Ар-зависимыми процессами в митохондриях является транспорт катионов и в частности кальция и калия, а также различных метаболитов и белков [Zorova et al., 2018, Szabo and Zoratti, 2014; Миронова и др., 2007; Satrùstegui et al., 2007; De Stefani et al., 2016].

Согласно альтернативной, так называемой, локальной версии хемиосмотической теории, протоны от комплексов дыхательной цепи перемещаются не в водную фазу межмембранного пространства, а передаются непосредственно на комплекс V [Papa et al., 2006; Yaguzhinsky et al., 2006; Kocherginsky, 2009; Xiong et al., 2010]. Такому латеральному транспорту протонов могут способствовать карбоксильные группы кардиолипина, формирующие так называемый протонный трап [Kocherginsky, 2009; Haines and Dencher, 2002; Gasanov et al., 2018]. Локальная версия хемиосмотической теории также предполагает формирование Ар протонными помпами, однако в этом случае запасенная таким образом энергия расходуется главным образом на указанные выше транспортные процессы через внутреннюю мембрану митохондрий [Kocherginsky, 2009].

Комплекс I (NADH:убихиноноксидоредуктаза) окисляет NADH, поступающий от окисляющихся субстратов, при этом происходит транспорт протонов через внутреннюю мембрану, что приводит к генерации

электрохимического потенциала. Комплекс представляет собой мультиферментный комплекс массой около 1000 кДа; он имеет несколько редокс-центров: FMN (флавинмононуклетид), состоящий из трех полипептидов в соотношении 1:1:1 и группу железосерных кластеров - структуры из 6 полипептидов и 12 атомов железа, соединенных с атомом серы [Скулачев, 2010; Skulachev et al., 2013]. Со стороны матрикса два электрона и два протона поступают от NADH на FMN, далее электроны передаются через FeS-центры на пару молекул окисленного убихинона (CoQ), те, в свою очередь, принимают пару ионов водорода, образуя семихиноны (2QH.), после чего перемещаются к III комплексу [Скулачев, 2010; Skulachev et al., 2013].

CoQH2 окисляется системой Q-цикла комплекса III, включающей два гема цитохрома b (высокопотенциальный bH и низкопотенциальный bL) [Fe-S] кластер (Fe-SIII Риске), с последующей передачей электронов на цитохром с1 и затем на цитохром с [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013; Sarewicz and Osyczka, 2015; Xia et al., 2013]. Выявлено два места связывания CoQ в bcr-комплексе: центры Р и N, находящиеся на разных границах гидрофобного слоя мембраны. Окисление хинола происходит в центре Р, что сопровождается высвобождением двух протонов в межмембранное пространство митохондрий [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013; Sarewicz and Osyczka, 2015; Xia et al., 2013]. В ходе окисления хинола два электрона идут разными путями: один из них через [Fe-S] кластер белка Риске и цитохром с переносится на цитохромоксидазу; а второй передается на гем bL (низкопотенциальный гем) цитохрома b, затем на гем bH (высокопотенциальный гем) и далее используется для восстановления хинона в центре N с образованием семихинона [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013; Sarewicz and Osyczka, 2015; Xia et al., 2013]. При окислении в центре Р второй молекулы хинола еще одна пара ионов водорода высвобождается в водную фазу межмембранного пространства митохондрий и образуется еще одна молекула восстановленного цитохрома с. В свою очередь убисемихинон в центре N восстанавливается до хинола (с помощью двух протонов, которые захватываются

из митохондриального матрикса), а затем отсоединяется от фермента и диффундирует на другую сторону мембраны, чтобы заново окислиться в центре Р [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013; Sarewicz and Osyczka, 2015; Xia et al., 2013].

Цитохром с - гемопротеид, который связан ковалентной связью с белком, а также связан с мембраной с помощью электростатической силы. Это -восстановитель конечного акцептора, крайнего фермента дыхательной цепи -цитохромоксидазы (комплекс IV) [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013]. Этот комплекс содержит в составе 2 гема (а и а3) и три атома меди. Совместно с транспортом электронов происходит активный транспорт протонов в межмембранное пространство [Скулачев и др., 2010; Skulachev et al., 2013].

Комплекс II (сукцинатдегидрогеназа) также способен передавать электроны на убихинон, окисляя FADH2. Однако при его работе не происходит векторного переноса ионов водорода из матрикса [Cкyлaчeв, 2010; Skulасhеv et al., 2013]. Это единственный фермент, который участвует в цикле Кребса, а также является частью дыхательной цепи. Комплекс состоит из двух доменов: больший растворимый выступает в матрикс, а меньший интегральный встроен во внутреннюю мембрану митохондрий. Растворимый домен имеет в своем составе флавопротеин и железо-серный белок, которые образуют каталитическое ядро комплекса; мембранный домен построен из гема b [Скулачев, 2010; Skulachev et al., 2013].

1.2. Свободное дыхание в митохондриях животных

1.2.1. Механизмы и физиологическое значение свободного дыхания

У млекопитающих животных печень использует до 20% кислорода, потребляемого организмом [Porter, 2001]. Из этого количества больше трети используются митохондриями, и лишь около 15% немитохондриальными процессами. В свою очередь до 30% потребленного митохондрями кислорода не связано с синтезом энергии в виде АТР [Rolfe and Brand, 1997; Mookerjee et al.,

2010]. Это связано с тем, что окислительное фосфорилирование митохондрий сопряжено не полностью, поскольку протоны, перемещенные в межмембранное пространство с помощью специфических комплексов цепи переноса электронов, могут возвращаться в матрикс митохондрий независимо от АТР-синтазы. Этот процесс, известный как протонная утечка, генерирует тепло вместо АТР, при этом наблюдается увеличение скорости дыхания и снижение Ар [Rolfe and Brand, 1997; Саdenas, 2018]. Такое дыхание называется свободным и оценивается как скорость потребления кислорода в отсутствие синтеза АТР [Rolfe and Brand, 1997; Skulachev, 1998; Скулачев и др., 2010; Mookerjee et al., 2010; Cadenas, 2018]. Достоверно установлено, что свободное дыхание не является следствием разрушения митохондрий в процессе их выделения, поэтому изолированные митохондрии могут быть использованы для изучения протекающих in vivo окислительных процессов [Rolfe and Brand, 1997; Mookerjee et al., 2010].

Свободное дыхание, или свободное окисление, имеет важное физиологичекское значение для организма и выполняет следующие важные функции: 1) отвечает за продукцию тепла у теплокровных организмов и поддерживает температуру тела [Skulachev, 1998; Affourtit et al., 2007]; 2) уменьшает генерацию митохондриями активных форм кислорода, что имеет защитное значение для клеток и организма в целом [Mookerjee et al.,2010; Скулачев и др., 2010]; 3) принимает участие в процессе регуляции окислительного синтеза АТР [Skulachev, 1998]; 4) играет важную роль в стабилизации метаболизма при ожирении [Geisler, 2011]; 5) также оказывает регулирующее действие на метаболизм углеводов [Rolfe and Brand, 1997; Divakaruni and Brand,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Семенова Алена Анатольевна, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адакеева, С.И. Малонат как ингибитор индуцированного жирными кислотами циклоспорин А-чувствительного кальций-независимого свободного окисления в митохондриях печени / С.И. Адакеева, М.В. Дубинин, В.Н. Самарцев // Биол. мембраны. - 2015. - №32. - С. 41-51.

2. Андреев, А.Ю. Митохондриальный метаболизм активных форм кислорода: десять лет спустя / А.Ю. Андреев, Ю.Е. Кушнарева, А.Н. Мерфи, А.А. Старков // Биохимия. - 2015. - Т. 80, №5. - С. 612-630.

3. Андреев, А.Ю., Метаболизм активных форм кислорода в митохондриях / А.Ю. Андреев, Ю.Е. Кушнарева, А.А. Старков // Биохимия. - 2005. - Т. 70, №2. - С. 246-264.

4. Лукьянов, А.С. Биоэтика с основами биоправа: учебное пособие / А.С. Лукьянов. - Москва: Научный мир, 2008. - 360 с.

5. Маркова, О.В. Опосредованное анионными переносчиками разобщающее действие дикарбоновых жирных кислот зависит от расположения второй карбоксильной группы / О.В. Маркова, Д.И. Бондаренко, В.Н. Самарцев // Биохимия. - 1999. - №64. - С. 679-685.

6. Миронова, Г.Д. Митохондриальный АТФ-зависимый калиевый канал. I. Структура канала, механизмы его функционирования и регуляции / Г.Д. Миронова, Е.В. Качаева, А.Т. Копылов // Вестник РАМН. - 2007. - №2. - С. 34-43.

7. Миронова, Г.Д. Митохондриальный АТФ-зависимый калиевый канал. II. Роль канала в защите сердца от ишемии / Г.Д. Миронова, Е.В. Качаева, И.Б. Крылова, О.М. Родионова, М.И. Балина, Н.Р. Евдокимова, Н.С. Сапронов // Вестник РАМН. - 2007. - №2. - С. 44-50.

8. Мохова, Е.Н. Участие анионных переносчиков внутренней мембраны митохондрий в разобщающем действии жирных кислот / Л.С. Хайлова // Биохимия. - 2005. - №70. - С. 197-202.

9. Рыбакова, С.Р. Особенности активации свободного окисления в митохондриях печени а,ю-тетрадекандиоловой кислотой / С.Р. Рыбакова, М.В. Дубинин, В.Н. Самарцев // Биол. мембраны. - 2013. - №30. - С. 30-39.

10. Самарцев, В.Н. Изучение разобщающего действия жирных кислот в митохондриях печени при различных рН среды инкубации / В.Н. Самарцев, А.П. Пайдыганов, Л.С. Полищук, И.П. Зелди // Биол. мембраны. - 2004. -№21. - С. 39-45.

11. Самарцев, В.Н. Кальций-независимая разобщающая активность пальмитиновой кислоты в митохондриях печени регулируется потоками ионов, вызывающими взаимопревращения и ДрН на внутренней мембране / В.Н. Самарцев, М.В. Дубинин, С.И. Адакеева, С.Р. Рыбакова, Е.И. Марчик // Биол. мембраны. - 2014. - №31. - С. 252-262.

12. Самарцев, В.Н. Свободные жирные кислоты как индукторы и регуляторы разобщения окислительного фосфорилирования в митохондриях печени при участии ADP/ATP- и аспартат/глутаматного антипортеров / В.Н. Самарцев, Е.И. Марчик, Л.В. Шамагулова // Биохимия. - 2011. - №76. - С. 264-273.

13. Самарцев, В.Н. Соотношение между дыханием и синтезом АТР в митохондриях при различной степени разобщения окислительного фосфорилирования / В.Н. Самарцев, О.В. Кожина, Л.С. Полищук // Биофизика. - 2005. - № 50. - С. 660-667.

14. Самарцев, В.Н. Сравнительное исследование свободного окисления и синтеза АТФ в митохондриях печени животных разных видов / В.Н. Самарцев, А.А. Ведерников, Е.И. Хорошавина, М.В. Дубинин // Ж. эвол. биохим. и физиол. - 2017. - №53. - С. 218-220.

15. Силачев, Д.Н. Митохондрии как мишень для нейропротекции / Д.Н. Силачев, Л.Д. Зорова, Э.А. Усатикова, И.Б. Певзнер, В.А. Бабенко, М.В. Гуляев, Ю.А. Пирогов, Ю.Н. Антоненко, Е.Ю. Плотников, Д.Б. Зоров // Биол. мембраны. - 2015. - №32. - С. 388-398.

16. Скулачев, В.П. Мембранная биоэнергетика / В.П. Скулачев, А.В. Богачев, Ф.О. Каспаринский. - Москва: Издательство Московского университета, 2010. - 368 с.

17. Adam-Vizi, V. Bioenergetics and the formation of mitochondrial reactive oxygen species / V. Adam-Vizi, C. Chinopoulos // Trends Pharmacol. Sci - 2006. Vol. 27. - P. 639-645.

18. Affourtit, C. Measurement of proton leak in isolated mitochondria / C. Affourtit, H.S. Wong, M.D. Brand // Methods Mol. Biol. - 2018. - Vol. 1782. - P. 157170.

19. Affourtit, C. Novel uncoupling proteins / C. Affourtit, P.G. Crichton, N. Parker, M.D. Brand // Novartis Found Symp. - 2007. - Vol. 287. - P. 70-91.

20. Akao, M. Differential actions of cardioprotective agents on the mitochondrial death pathway / M. Akao, B. O'Rourke, H. Kusuoka, Y. Teshima, S. P Jones, E. Marban // Circ Res. - 2003. - №92. - С. 195-202.

21. Alexandre, A. Bypasses of the antimycin a block of mitochondrial electron transport in relation to ubisemiquinone function / A. Alexandre, A.L. Lehninger // Biochim. Biophys. Acta. - 1984. - Vol. 767(1). - P. 120-129.

22. Andreyev, A.Y. Mitochondrial metabolism of reactive oxygen species / A.Y. Andreyev, Y.E. Kushnareva, A.A. Starkov // Biochemistry (Mosc). - 2005. -Vol.70. - P. 200-224.

23. Barja, G. Endogenous oxidative stress: relationship to aging, longevity and caloric restriction / G. Barja // Ageing Research Reviews. - 2002. - Vol.1. - P. 397-411.

24. Beavis, A.D. The upper and lower limits of the mechanistic stoichiometry of mitochondrial oxidative phosphorylation. Stoichiometry of oxidative phosphorylation / A.D. Beavis. A.L. Lehninger // Eur. J. Biochem. - 1986. - Vol. 158. - P. 315-322.

25. Belosludtsev, K.N. Diabetes mellitus, mitochondrial dysfunction and Ca2+-dependent permeability transition pore / K.N. Belosludtsev, N.V. Belosludtseva,

M.V. Dubinin // Int. J. Mol. Sci. - 2020. - Vol. 21. 6559. doi: 10.3390/ijms21186559.

26. Bernardi, P. Mitochondrial transport of cations: channels, exchengers, and permeability transition / P. Bernardi // Physiol. Rev. 1999. - Vol. 79. - P. 11271155.

27. Bertholet, A.M. H+ transport is an integral function of the mitochondrial ADP/ATP carrier / A.M. Bertholet, E.T. Chouchani, L. Kazak, A. Angelin, A. Fedorenko, J.Z. Long, S. Vidoni, R. Garrity, J. Cho, N. Terada, D.C. Wallace, B.M. Spiegelman, Y .Kirichok // Nature. - 2019. - Vol. 7766. - P. 515-520.

28. Boekema, E.J. Supramolecular structure of the mitochondrial oxidative phosphorylation system / E.J. Boekema, H.P. Braun // J. Biol. Chem. - 2007. -Vol. 282. - P. 1-4.

29. Brand, M.D. Experimental discrimination between proton leak and redox slip during mitochondrial electron transport / M.D. Brand, L.F. Chien, P. Diolez // Biochem. J. - 1994. - Vol. 297, Pt. 1. - P. 27-29.

30. Brennan, J.P. Mitochondrial uncoupling, with low concentration FCCP, induces ROS-dependent cardioprotection independent of KATP channel activation / J.P. Brennan, R. Southworth, R.A. Medina, S.M. Davidson, M.R. Duchen, M.J. Shattock // Cardiovasc. Res. - 2006. - Vol. 72. - P. 313-321.

31. Brown, G.C. Proton/electron stoichiometry of mitochondrial complex I estimated from the equilibrium thermodynamic force ratio / G.C. Brown, M.D. Brand // Biochem. J. - 1988. - Vol. 252. - P. 473-479.

32. Brown, G.C. There is no evidence that mitochondria are the main source of reactive oxygen species in mammalian cells // G.C. Brown, V. Borutaite // Mitochondrion. - 2012. - Vol. 12. - P. 1-4.

33. Cadenas, S. Mitochondrial uncoupling, ROS generation and cardioprotection / S. Cadenas // Biochim. Biophys. Acta. Bioenerg. - 2018. - Vol. 1859. - P. 940-950.

34. Canton, M. The nature of mitochondrial respiration and discrimination between membrane and pump properties / M. Canton, S. Luvisetto, I. Schmehl, G.F. Azzone // Biochem. J. - 1995. - Vol. 310, Pt 2. - P. 477-481.

35. Chance, B. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. I. Kinetics of oxygen utilization // B. Chance, G. R. Williams // J. Biol. Chem. - 1955. - Vol. 217. - P. 383-393.

36. Chaves, E. Energy-dependent exchange of K+ in heart mitochondria, K+ efflux / E. Chaves, D. Yung, G. Brierley // Arch. Bioch. Biophys. - 1977. - Vol. 183. - P. 460-470.

37. Chien, L.F. The effect of chloroform on mitochondrial energy transduction / L.F. Chien, M.D. Brand // Biochem. J. - 1996. - Vol. 320. - P. 837-845.

38. Chouchani, E. T. Ischaemic accumulation of succinate controls reperfusion injury through mitochondrial ROS / E.T. Chouchani, V.R. Pell, E. Gaude, D. Aksentijevic, S.Y. Sundier, E.L. Robb, ... M.P. Murphy // Nature. - 2014. - Vol. 515(7527). - P. 431-435.

39. Conney, A.H. Pharmacological implications of microsomal enzyme induction / A.H. Conney // Pharmacol. Rev. - 1967. - Vol. 19. - P. 317-366.

40. Cox, A.G. Mitochondrial peroxiredoxin involvement in antioxidant defence and redox signaling / A.G. Cox, C.C. Winterbourn, M.B. Hampton // Biochem. J. -2010. - Vol. 425. - P. 313-325.

41. Davis, E.J. An assessment of the role of proton leaks in the mechanistic stoichiometry of oxidative phosphorylation / E.J. Davis, W.I. Davis-van Thienen // Arch. Biochem. Biophys. - 1991. - Vol. 289. - P. 184-186.

42. De Stefani, D. Enjoy the trip: calcium in mitochondria back and forth / D. De Stefani, R. Rizzuto, T. Pozzan // Annu. Rev. Biochem. - 2016. - Vol. 85. - P. 161-192.

43. Denisov, S.S. Tuning the hydrophobicity overcomes unfavorable deprotonation making octylamino-substituted 7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole (n-octylamino-NBD) a protonophore and uncoupler of oxidative phosphorylation in

mitochondria / S.S. Denisov, E.A. Kotova, L.S. Khailova, G.A. Korshunova, Y.N. Antonenko // Bioelectrochemistry. - 2014. - Vol. 98. - P. 30-38.

44. Dietrich, M.O. The role of mitochondrial uncoupling in lifespan / M.O. Dietrich, T.L. Horvath // Pflugers. Arch. - 2010. - Vol. 459. - P. 269-275.

45. Divakaruni, A.S. The regulation and physiology of mitochondrial proton leak / A.S. Divakaruni, M.D. Brand // Physiology (Bethesda). - 2011. - Vol. 26. - P. 192-205.

46. Dubinin, M.V. Membranotropic effects of ©-hydroxypalmitic acid and Ca on rat liver mitochondria and lecithin liposomes. Aggregation and membrane permeabilization / M.V. Dubinin, V.N. Samartsev, A.E. Stepanova, E.I. Khoroshavina, N.V. Penkov, V.A. Yashin, V.S. Starinets, I.B. Mikheeva, S.V. Gudkov, K.N. Belosludtsev // J. Bioenerg. Biomembr. - 2018. - Vol. 50. - P. 391-401.

47. Egnatchik, R.A. Palmitate-induced activation of mitochondrial metabolism promotes oxidative stress and apoptosis in H4IIEC3 rat hepatocytes / R.A. Egnatchik, A.K. Leamy, Y. Noguchi, M. Shiota, J.D. Young // Metabolism. -2014. - Vol. 63. - P. 283-295.

48. Engstova, H. Natural and Azido Fatty Acids Inhibit Phosphate Transport and Activate Fatty Acid Anion Uniport Mediated by the Mitochondrial Phosphate Carrier / H. Engstova, M. Zackova, M. Ruzicka, A. Meinhardt, J. Hanus, R. Krämer, P. Jezek // J Biol Chem. - 2001. -Vol. 276(7). - P.4683-691.

49. Enriquez, J.A. Coenzyme Q and the respiratory chain: coenzyme Q pool and mitochondrial supercomplexes / J.A. Enriquez, G. Lenaz // Mol. Syndromol. -2014. - Vol. 5(3-4). - P. 119-140.

50. Gamble, J.L. Transport of potassium and sodium with citrate across the mitochondrial membrane / J.L. Gamble // Bioch. Bioph. Acta. - 1973. - Vol. 323. - P.240-250.

51. Garlid, K. Peter Mitchel, 1920-1992 / K. Garlid // J. Bioenerg. Biomembr. -1992. - Vol. 24(5). - P. 515-516.

52. Garlid, K. Studies on the mechanism of uncoupling by amine local anesthetics. Evidence for mitochondrial proton transport mediated by lipophilic ion pairs / K.D. Garlid, R. A. Nakashima // Journal of Biological Chemistry. - 1983. - Vol. 258. - P. 7974-7980.

53. Garlid, K.D. Mitochondrial potassium transport: the K+ cycle / K.D. Garlid, Paucek P. // Biochim. Biophys. Acta. - 2003. - Vol. 1606. - P. 23-41.

54. Garlid, K.D. The mitochondrial potassium cycle / K.D. Garlid, P. Paucek // IUBMB Life. - 2001. Vol. 52. - P. 153-158.

55. Gasanov, S.E. Non-bilayer structures in mitochondrial membranes regulate ATP synthase activity / S.E. Gasanov, A.A. Kim, L.S. Yaguzhinsky, R.K. Dagda // Biochim. Biophys. Acta. - 2018. - Vol. 1960. - P. 586-599.

56. Geisler, J.G. 2,4 - Dinitrophenol as Medicine / J.G. Geisler // Cells. - 2019. - Vol. 8, Pt 3. - pii: E280. doi: 10.3390/cells8030280.

57. Geisler, J.G. Targeting energy expenditure via fuel switching and beyond / J.G. Geisler // Diabetalogia. - 2011. - Vol. 54. - P. 237-244.

58. Gilkerson, R.W. The cristal membrane of mitochondria is the principal site of oxidative phosphorylation / R.W. Gilkerson, J.M. Selker, R.A. Capaldi // FEBS Lett. - 2003. - Vol. 546. - P. 355-358.

59. Glasgow, J.F. Reye syndrome-insights on causation and prognosis / J.F.Glasgow, B. Middleton // Arch. Dis. Child. - 2001. - Vol. 85. - P. 351-353.

60. Gredilla, R. Effect of short-term caloric restriction on H2O2 production and oxidative DNA damage in rat liver mitochondria and location of the free radical source / R. Gredilla,G. Barja, and M. Lopez-Torres // Journal of Bioenergetics and Biomembranes. - 2001 - Vol. 33. - No. 4. - P. 279-287.

61. Groen, B.H. Differentiation between leaks and slips in oxidative phosphorylation / B.H. Groen, J.A. Berden, K. van Dam // Biochim. Biophys. Acta. - 1990. -Vol. 1019(2). - P. 121-127.

62. Grover, G. ATP-sensitive potassium channels: a review of their cardioprotective pharmacology / G. Grover, K. Garlid // J.Mol.Cell Cardiol. - 2000. - Vol. 32. -P. 677-695.

63. Haines, T.H. Cardiolipin: a proton trap for oxidative phosphorylation / T.H. Haines, N.A. Dencher // FEBS Lett. - 2002. - Vol. 528. - P. 35-39.

64. Halestrap, A.P. The regulation of the matrix volume of mammalian mitochondria in vivo and in vitro and its role in the control of mitochondrial metabolism / A.P. Halestrap // Biochim. Biophys. Acta. - 1989. - Vol. 973. - P. 355-382.

65. Hanstein, W.G. Uncoupling of oxidative phosphorylation / W.G. Hanstein // Biochim. Biophys. Acta. - 1976. - V.456, N.2. - P.129-148.

66. Hardwick, J.P. Cytochrome P450 omega hydroxylase (CYP4) function in fatty acid metabolism and metabolic diseases / J.P. Hardwick // Biochem. Pharmacol. -2008. -Vol. 75. - P. 2263-2275.

67. Hinkle, P.C. Mechanistic stoichiometry of mitochondrial oxidative phosphorylation / P.C. Hinkle, M.A. Kumar, A. Resetar, D.L. Harris // Biochemistry. - 1991. - Vol. 30. - P. 3576-3582.

68. Hoffman, D.L. Oxygen sensitivity of mitochondrial reactive oxygen species generation depends on metabolic conditions / D.L. Hoffman, P.S. Brookes // J. Biol. Chem. - 2009. - Vol. 284(24). - P. 16236-16245.

69. Inoue, I. ATP-sensitive K+ channel in the mitochondrial inner membrane / I. Inoue, H. Nagase, K. Kishi, T. Higuti // Nature. - 1991. - Vol. 352. - P. 244-247.

70. Islam, M. T. (2016). Oxidative stress and mitochondrial dysfunction-linked neurodegenerative disorders / M.T.Islam // Neurological Research. - 2016. - Vol. 39(1). - P. 73-82.

71. Jezek, P. Inactive fatty acids are unable to flip-flop across the lipid bilayer / P. Jezek, M. Modriansky, K.D. Garlid // FEBS Lett. - 1997. - Vol. 408. - P. 161165.

72. Kakinuma, Y. Myocardial metabolic markers of total ischemia in vitro / Y. Kakinuma // Nagoya. J. Med. Sci. - 1994. - Vol. 57. - P. 35-42.

73. Kamo, N. Membrane potential of mitochondria measured with an electrode sensitive to tetraphenylphosphonium and reationship between proton electrochemical potential and phosphorylation potential in steady state / N. Kamo, M. Muratsugu, R. Hondoh, Y. Kobatake // J. Membr. Biol. - 1979. - Vol. 49. - P. 105-121.

74. Knottnerus, S.J.G. Disorders of mitochondrial long-chain fatty acid oxidation and the carnitine shuttle / S.J.G. Knottnerus, J.C. Bleeker, R.C.I. Wüst, S. Ferdinandusse, L. IJlst, F.A. Wijburg, R.J.A. Wanders, G. Visser, R.H. Houtkooper // Rev. Endocr. Metab. Disord. - 2018. - Vol. 19. - P. 93-106.

75. Kocherginsky, N. Acidic lipids, H(+)-ATPases, and mechanism of oxidative phosphorylation. Physico-chemical ideas 30 years after P. Mitchell's Nobel Prize award / N. Kocherginsky // Prog. Biophys. Mol. Biol. - 2009. - Vol. 99. - P. 2041.

76. Korde, A.S. The uncoupling agent 2,4-dinitrophenol improves mitochondrial homeostasis following striatal quinolinic acid injections / A.S. Korde, P.G. Sullivan, W.F. Maragos // J. Neurotrauma. - 2005. - Vol. 22. - P. 1142-1149.

77. Korge, P. Protection of cardiac mitochondria by diazoxide and protein kinase C: implications for ischemic preconditioning / P. Korge, H.M. Honda, J.N. Wiess // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2002. - Vol. 99. - P. 3312-3317.

78. Korshunov, S.S. Fatty acids as natural uncouplers preventing generation of O2^-and H2O2 by mitochondria in the resting state / S.S. Korshunov, O.V. Korkina, E.K. Ruuge, V.P. Skulachev, A.A. Starkov // FEBS Lett. - 1998. - Vol. 435. - P. 215-218.

79. Korshunov, S.S. High protonic potential actuates a mechanism of production of reactive oxygen species in mitochondria / Korshunov S.S., Skulachev V.P., Starkov A.A. // FEBS Lett. - 1997. - Vol. 416. - P. 15-18.

80. Krishnamoorthy, G. Non-ohmic proton conductance of mitochondria and liposomes // G. Krishnamoorthy, P.C. Hinkle // Biochemistry. - 1984. - Vol. 23. -P. 1640-1645.

81. Lemasters, J.J. The ATP-to-oxygen stoichiometries of oxidative phosphorylation by rat liver mitochondria. An analysis of ADP-induced oxygen jumps by linear nonequilibrium thermodynamics / J.J. Lemasters // J. Biol. Chem. - 1984. - Vol. 259. - P. 13123-13130.

82. Lenaz, G. Role of mitochondria in oxidative stress and aging / G. Lenaz // Biochimica et Biophysica Acta. - 1998. - Vol. 1366. - P.53-67.

83. Letts, J.A. Structures of respiratory supercomplex I+III2 reveal functional and conformational crosstalk / J.A. Letts, K. Fiedorczuk, G. Degliesposti, M. Skehel, L.A. Sazanov // Mol. Cell. - 2019. - Vol. 75(6). - P. 1131-1146.

84. Li, X.Q. Purification of reconstitutively active K+/H+ antiporter from rat liver mitochondria / X.Q. Li, M.G. Hegazy, F. Mahdi, P Jezek, R.D. Lane, K.D. Garlid // J. Biol. Chem. - 1990. - Vol. 265. - P. 15361-15322.

85. Ligeti, E. Kinetic of Pi-Pi exchange in rat liver mitochondria. Rapid filtration experiments in the millisecond time range / E.Ligeti, G. Brandolin, Y. Dupont, P.V. Vignais // Biochemistry. - 1985. - Vol. 24. - P. 4423-4428.

86. Longo, N. Carnitine transport and fatty acid oxidation / N. Longo, M. Frigeni, M. Pasquali // Biochim. Biophys. Acta. - 2016. - Vol. 1863. P. 2422-2435.

87. Lyun, W.S. Efficiency of energy conservation in oxidative phosphorylation / W.S. Lyun, R.H. Brown // Arch. Bioch. Biophys. - 1966. - Vol. 114. - P. 260270.

88. Mitchell, P. Chemiosmotic coupling in oxidative and photosynthetic phosphorylation. 1966 / P. Mitchell // Biochim. Biophys. Acta. - 2011. - Vol. 1807. - P. 1507-1538.

89. Miura, Y. (2013). The biological significance of ©-oxidation of fatty acids / Y. Miura // Proceedings of the Japan Academy, Series B. - 2013. - Vol. 89(8). - P. 370-382.

90. Mookerjee, S.A. Mitochondrial uncoupling and lifespan // S.A. Mookerjee, A.S. Divakaruni, M. Jastroch, M.D. Brand // Mech. Ageing. Dev. - 2010. - Vol. 131. -P. 463-472.

91. Murata, M. Mitochondrial ATP-sensitive potassium channels attenuate matrix Ca2+ overload during simulated ischemia and reperfusion: possible mechanism of cardioprotection / M. Murata, M. Akao, B. O'Rourke, E. Marban // Circ. Res. - 2001. - Vol. 89. - P. 891-898.

92. Nicholls, D.G. The effective proton conductance of the inner membrane of mitochondria from brown adipose tissue. Dependency on proton electrochemical potential gradient / D.G. Nicholls // Eur. J. Biochem. - 1977. - Vol. 77. - P.349-356.

93. Nicholls, D.G. Mitochondrial membrane potential and aging / D.G. Nicholls // Aging Cell. - 2004. - Vol. 3. - P. 35-40.

94. Ohnishi, S.T. A possible site of superoxide generation in the complex I segment of rat heart mitochondria / S.T. Ohnishi, T. Ohnishi, S. Muranaka, H. Fujita, H. Kimura, K. Uemura, K. Yoshida, K. Utsumi // J. Bioenerg. Biomembr. - 2005. -Vol. 37(1). - P. 1-15.

95. Orellana, M. Peroxisomal and microsomal fatty acid oxidation in liver of rats after chronic ethanol consumption / M. Orellana, R. Rodrigo, E. Valdes // Gen. Pharmacol. - 1998. - Vol. 31. - P. 817-820.

96. Ozcan, C. Potassium channel openers protect cardiac mitochondria by attenuating oxidant stress at reoxigenation / C. Ozcan, M. Bienengraeber, P.P. Dzeja, A. Terzic // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2002. - Vol. 282. - P. 531-539.

97. Papa, S. Mechanism of proton translocation associated to oxidation of N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine in rat liver mitochondria / S. Papa, F. Guerrieri, G. Izzo, D. Boffoli // FEBS Lett. - 1983. - Vol. 157(1). - P. 15-20.

98. Papa, S. Cooperativity and flexibility of the protonmotive activity of mitochondrial respiratory chain / S. Papa, M. Lorusso, M. Di Paola // Biochim. Biophys. Acta. - 2006. - Vol. 1757. - P. 428-436.

99. Paradies, G. Decrease in mitochondrial complex I activity in ischemic/reperfused rat heart: involvement of reactive oxygen species and cardiolipin / G. Paradies, D.

Petrosillo, M. Pistolese, N. Di Venosa, A. Federici, F.M. Ruggiero // Circ. Res. -2004. - Vol. 94. - P. 53-59.

100. Paucek, P. Reconstruction and partial purification of the glibenclamide-sensitive, ATP-sensitive K+ channel from rat liver and beef heart mitochondria / P. Paucek, G. Mironova, F. Mahdi, F. Beavis, G. Woldegiorgis, K.D. Garlid // J. Biol. Chem. - 1992. - Vol. 267(36). - P. 26062-26069.

101. Piper, H.M. Fatty acid-membrane interactions in isolated cardiac mitochondria and erythrocytes / H.M. Piper, O. Sezer, P. Schwartz, J.F. Hutter, P.G. Spieckernann // Biochim. Biophys. Acta. - 1983. - Vol. 732. - P. 193 - 203.

102. Popova, L.B. Protonophoric action of triclosan causes calcium efflux from mitochondria, plasma membrane depolarization and bursts of miniature end-plate potentials / L.B. Popova, E.S. Nosikova, E.A. Kotova, E.O. Tarasova, P.A. Nazarov, L.S. Khailova, O.P. Balezina, Y.N. Antonenko // Biochim. Biophys. Acta Biomembr. - 2018. - Vol. 1860(5). - P. 1000-1007.

103. Porter, R.K. Body mass dependens of H+ leak in mitochondria and its relevance to metabolic rate / R.K. Porter, M.D. Brand // Nature. - 1993. - Vol. 362. - P. 628-630.

104. Porter, R.K. Allometry of mammalian cellular oxygen consumption / R.K. Porter // Cell Mol.life Sci. - 2001. - Vol. 58. - P. 815-820.

105. Price, B.D. Proton translocation by the mitochondrial cytochrome b-c1 complex is inhibited by NN'-dicyclohexylcarbodi-imide / B.D. Price, M.D. Brand // Biochem. J. - 1982. - Vol. 206. - P. 419-421.

106. Reddy, J.K. Nonalcoholic steatosis and steatohepatitis. III. Peroxisomal beta-oxidation, PPAR alpha, and steatohepatitis / J.K. Reddy // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. - 2001. - Vol. 81. - P. 1333-1339.

107. Ribel-Madsen, A. Plasma acylcarnitine profiling indicates increased fatty acid oxidation relative to tricarboxylic acid cycle capacity in young, healthy low birth weight men / A. Ribel-Madsen, R. Ribel-Madsen, C. Brans, C.B. Newgard, A.A. Vaag, L.I. Hellgren // Physiol. Rep. - 2016. - Vol. 4. - e12977.

108. Rich, P.R. The mitochondrial respiratory chain / P.R. Rich // Essays Biochem. -2010. - Vol. 47. - P. 1-23.

109. Robb, E.L. Control of mitochondrial superoxide production by reverse electron transport at complex I / E.L. Robb, A.R. Hall, T.A. Prime, S. Eaton, M. Szibor, C. Viscomi, A.M. James, M.P. Murphy // J. Biol. Chem. - 2018. - Vol. 293(25). - P. 9869-9879.

110. Rolfe, D.E. The physiological significance of mitochondrial proton leak in animal cells and tissues / D.E. Rolfe, M.D. Brand // Biosci. Rep. - 1997. - Vol. 17. - P. 9-16.

111. Roman, I. Regulation of Ca2+ efflux from kidney and liver mitochondria by unsaturated fatty acids and Na+ ions / I. Roman, P. Gmaj, C. Nowicka, S. Angielski // Eur. J. Biochem. - 1979. - Vol. 102. - P. 615 - 623.

112. Salvi, M. Catalase takes part in rat liver mitochondria oxidative stress defense / M. Salvi, V. Battaglia, A.M. Brunati, N. La Rocca, E. Tibaldi, P. Pietrangeli, L. Marcocci, B. Mondovi, C.A. Rossi, A. Toninello // J. Biol. Chem. - 2007. - Vol. 282. - P. 24407-24415.

113. Samartsev, V.N. A Comparative Study of the Action of Protonophore Uncouplers and Decoupling Agents as Inducers of Free Respiration in Mitochondria in States 3 and 4: Theoretical and Experimental Approaches. V.N. Samartsev, A.A. Semenova, M.V. Dubinin // Cell Biochemistry and Biophysics. - 2020. - Vol. 78. - P. 203-216.

114. Samartsev, V.N. ADP/ATP antiporter- and aspartate/glutamate antiporter-mediated fatty acid-induced uncoupling of liver mitochondria / V.N. Samartsev, E.N. Mokhova // Biochem. Mol. Biol. Int. - 1997. - Vol. 42. - P. 29-34.

115. Samartsev, V.N. Involved of aspartate/glutamate antiporter in fatty acid-induced uncoupling of liver mitochondria / V.N. Samartsev, A.V. Smirnov, I.P. Zeldi, O.V. Markova, E.N. Mokhova, V.P. Skulachev // Biochim. Biophys. Acta. -1997. - Vol. 1339. - P. 251-257.

116. Sanders, R.-J. Characterization of the human ©-oxidation pathway for ®-hydroxy-very-long-chain fatty acids / R.-J. Sanders, R. Ofman, G. Dacremont, R. J. A.Wanders, S. Kemp // The FASEB Journal. - 2008. - Vol. 22(6). - P. 20642071.

117. Sarewicz, M. Electronic connection between the quinone and cytochrome c redox pools and its role in regulation of mitochondrial electron transport and redox signaling / Sarewicz M., Osyczka A. // Physiol. Rev. - 2015. - Vol. 95. - P. 219243.

118. Sato, K. Insulin, ketone bodies, and mitochondrial energy transduction / K. Sato // FASEB J. - 1995. - Vol. 9. - P. 651-658.

119. Satrustegui, J. Mitochondrial transporters as novel targets for intracellular calcium signaling / J. Satrustegui, B. Pardo, A. Del Arco // Physiol. Rev. - 2007. - Vol. 87 (1). - P. 29-67.

120. Schönfeld, P. Activation of ion-conducting pathways in the inner mitochondrial membrane - an unrecognized activity of fatty acid? / P. Schönfeld, T. Schlüter, R. Schüttig, R. Bohnensack // FEBS Lett. - 2001. - Vol. 491(1). - P. 45-49.

121. Schönfeld, P. Fatty acids decrease mitochondrial generation of reactive oxygen species at the reverse electron transport but increase it at the forward transport / P. Schönfeld, L. Wojtczak // Biochim Biophys Acta. - 2007. - Vol. 1767. - P. 10321040.

122. Schönfeld, P. Stimulation potassium cycling in mitochondria by long- chain fatty acid / P. Schönfeld, S. Gerke, R. Bohnensack, L. Wojtczak // Biochim. Biophys. Acta. - 2003. - Vol. 10604. - P.125-133.

123. Severin, F.F. Penetrating cation/fatty acid anion pair as a mitochondria-targeted protonophore / F.F. Severin, I.I. Severina, Y.N. Antonenko, T.I. Rokitskaya, D.A. Cherepanov, E.N. Mokhova, M.Y. Vyssokikh, A.V. Pustovidko, O.V. Markova, L.S. Yaguzhinsky, G.A. Korshunova, N.V. Sumbatyan, M.V. Skulachev, V.P. Skulachev // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2010. - Vol. 107. - P. 663-668.

124. Shchepinova, M. M. Dodecyl and octyl esters of fluorescein as protonophores and uncouplers of oxidative phosphorylation in mitochondria at submicromolar concentrations / M. M. Shchepinova, S. S. Denisov, E. A. Kotova, L. S. Khailova, D. A. Knorre, G. A. Korshunova, V. N. Tashlitsky, F. F. Severin, Y. N. Antonenko // Biochimica et Biophysica Acta - 2014. - Vol. 1837. - P. 149-158.

125. Shinohara, Ya. Inhibitory effect of Mg on the protonophoric activity of palmitic acid / Ya. Shinohara, A. Unami, M. Teshima, H. Nishida, K. van Dam, H. Terada // Biochim. Biophis. Acta. - 1995. - Vol. 1228. - P. 229-234.

126. Skulachev V.P., Bogachev A.V., Kasparinsky F.O. (2013) Principles of Bioenergetics. Springer-Verlag, Berlin.

127. Skulachev, V.P. Uncoupling: new approaches to an old problem of bioenergetics / V.P. Skulachev // Biochim. Biophys. Acta. - 1998. - Vol. 1363. - P. 100-124.

128. Starkov, A.A. The Role of Mitochondria in Reactive Oxygen Species Metabolism and Signaling / A.A. Starkov // Annals of the New York Academy of Sciences. -2008. - Vol. 1147(1). - P. 37-52.

129. Starkov, A.A. Mitochondrial alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex generates reactive oxygen species / A.A. Starkov // J. Neurosci. - 2004. - Vol. 24. - P. 7779-7788.

130. Szabo, I. Mitochondrial channels: ion fluxes and more / I. Szabo, M. Zoratti // Physiol. Rev. - 2014. - Vol. 94. - P. 519-608.

131. Tahara, E.B. Tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial reactive oxygen species generation / E.B. Tahara, F.D. Navarete, A.J. Kowaltowski // Free Radic. Biol. Med. - 2009. - Vol. 46. - P. 1283-1297.

132. Takashi, E. Activation of mitochondrial KATP channel elicits late preconditioning against myocardial infarction via protein kinase C signaling pathway / E. Takashi, Y. Wang, M. Ashraf // Circ. Res. - 1999. - Vol. 85. - P. 1146-1153.

133. Terada, H. Effects of the local anesthetic bupivacaine on oxidative phosphorilation in mitochondria. Change from decoupling to uncoupling by

formation of a leakage type ion pathway specific for H+ in cooperation with hydrophobic anions / H. Terada, O. Shima, K. Yoshida, Y. Shinohara // J. Biol. Chem. - 1990. - Vol. 265. - P. 7837-7842.

134. Toime, L.J. Uncoupling protein-3 lowers reactive oxygen species production in isolated mitochondria / L.J. Toime, M.D. Brand // Free Radic. Biol. Med. - 2010. - Vol. 49. - P. 606-611.

135. Tonsgard, J.H. Serum dicarboxylic acids in patients with Reye syndrome / J.H. Tonsgard // J. Pediatr. - 1986. - Vol. 109. - P. 440-445.

136. Tretter, L. Generation of re-active oxygen species in the reaction catalyzed by alphaketoglutarate dehydrogenase / L. Tretter, V. Adam-Vizi // J. Neurosci. -2004. - Vol.24. - P. 7771-7778.

137. Tserng, K.Y. Metabolic conversion of dicarboxylic acids to succinate in rat liver homogenates. A stable isotope tracer study / K.Y. Tserng, S.J. Jin // J. Biol. Chem. - 1991. - Vol. 266(5). - P. 2924-2929.

138. Valko, M. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease / M.Valko // Int. J. Biochem. Cell Biol. - 2007. - Vol. 39. - P. 4484.

139. Van Dam, K. Slipping pumps or proton leaks in oxidative phosphorylation. The local anesthetic bupivacaine causes slip in cytochrome c oxidase of mitochondria / K. Van Dam, Y. Shinohara, A. Unami, K. Yoshida, H. Terada // FEBS Lett. -1990. - Vol. 277. - P. 131-133.

140. Vanden Hoek, T.L. Preconditioning in cardiomyocytes protects by attenuating oxidant stress at reperfusion / T.L. Vanden Hoek, L.B. Becker, Z. Shao, C. Li, P.T. Schumacker // Circ. Res. - 2000. - Vol. 86. - P. 541-548.

141. Verheul, F.E. The reactivity of thiol groups in bovine heart cytochrome c oxidase towards 5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid) / Verheul F.E., Draijer J.W., Muijsers A.O., Van Gelder B.F. // Biochim Biophys Acta. - 1982. - Vol. 681(1). - P. 118129.

142. von Jagow, G. Use of specific inhibitors on the mitochondrial bcrcomplex / G. von Jagow, T.A. Link // Methods Enzymol. - 1986. - Vol. 126. - P. 253-271.

143. Wanders, R.J. Fatty acid omega-oxidation as a rescue pathway for fatty acid oxidation disorders in humans / R.J. Wanders, J. Komen, S. Kemp // FEBS J. -2011. - Vol. 278. - P. 182-194.

144. Westin, M.A. The identification of a succinyl-CoA thioesterase suggests a novel pathway for succinate production in peroxisomes / M.A. Westin, M.C. Hunt, S.E. Alexson // J. Biol. Chem. - 2005. - Vol. 280(46). - P. 38125-38132.

145. Wojtczak, L. Effect of fatty acids and acyl-CoA on the permeability of mitochondrial membranes to monovalent cations / L. Wojtczak // FEBS Letters. -1974. - Vol. 44. - P. 25-30.

146. Xia, D. Structural analysis of cytochrome bc1 complexes: implications to the mechanism of function / D. Xia, L. Esser, W.-K. Tang, F. Zhou, Y. Zhou, L. Yu, C.-A. Yu // Biochim. Biophys. Acta. - 2013. - Vol. 1827. - P. 1278-1294.

147. Xiong, J.W. Evidence for ApH surface component (ApH(S)) of proton motive force in ATP synthesis of mitochondria / J.W. Xiong, L. Zhu, X. Jiao, S.S. Liu // Biochim. Biophys. Acta. - 2010. - Vol. 1800(3). - P. 213-222.

148. Yaguzhinsky, L.S. On the localized coupling of respiration and phosphorylation in mitochondria / L.S. Yaguzhinsky, V.I. Yurkov, I.P. Krasinskaya // Biochim. Biophys. Acta. - 2006. - Vol. 1757. - P. 408-414.

149. Yang, Y. Kinetics of modification of the mitochondrial succinate-ubiquinone reductase by 5,5'-dithiobis-(2-nitro-benzoic acid) / Y. Yang, H.R. Wang, J.X. Xu, H.M. Zhou // J Protein Chem. - 1996. - Vol. 15(2). - P. 169-176.

150. Zakharova, V.V. Low concentration of uncouplers of oxidative phosphorylation decreases the TNF-induced endothelial permeability and lethality in mice / V.V. Zakharova, O.Y. Pletjushkina, I.I. Galkin, R.A. Zinovkin, B.V. Chernyak, D.V. Krysko, C. Bachert, O. Krysko, V.P. Skulachev, E.N. Popova // Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. - 2017. - Vol. 1863(4). - P. 968-977.

151. Zhou, M. A stable nonfluorescent derivative ofresorufin for the fluorometric determination of trace hydrogen peroxide: applications in detecting the activity of phagocyte NADPH oxidase and other oxidases / M. Zhou, Z. Diwu, N. Panchuk-Voloshina, R.P. Haugland // Anal. Biochem. -1997. - Vol. 253(253). - P. 162168.

152. Zoccarato, F. Succinate modulation of H2O2 release at NADH:ubiquinone oxidoreductase (Complex I) in brain mitochondria / F. Zoccarato // Biochem. J. -2007. - Vol. 406. - P. 125-129.

153. Zoratti, M. Multiple relationships between rate of oxidative phosphorylation and A^H in rat liver mitochondria / M. Zoratti, V. Petronilli // FEBS Lett. - 1985. -Vol. 193(2). - P. 276-282.

154. Zorova, L.D. Mitochondrial membrane potential / L.D. Zorova, V.A. Popkov, E.Y. Plotnikov, D.N. Silachev, I.B. Pevzner, S.S. Jankauskas, V.A. Babenko, S.D. Zorov, A.V. Balakireva, M. Juhaszova, S.J. Sollott, D.B. Zorov // Anal. Biochem. - 2018. - Vol. 552. - P. 50-59.