Структурно-функциональные особенности белковых комплексов митохондриальных контактных сайтов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.04, кандидат биологических наук Высоких, Михаил Юрьевич

• Высоких, Михаил Юрьевич
• кандидат биологических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Высоких, Михаил Юрьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гексокиназа.

1.1. Гексокиназная реакция и ее роль в клеточном метаболизме.

1.2.Изозимы гексокиназы тканей млекопитающих.

1.3. Внутриклеточная локализация гексокиназы.

1.4. Связывание гексокиназы с порином.

1.5. Особенности изучения адсорбционного поведения гексокиназы.

2. Митохондриальный порин.

2.1. Идентификация порина как белка потенциал-зависимого комплекса.

2.2. Выделение, очистка и состав митохондриального порина.

2.3. Методы функциональной реконструкции и изучения активности митохондриального порина.

2.4. Диаметр водной поры, потенциал-зависимость проводимости и ионная селективность поринового канала.

2.4.1. Диаметр водной поры.

2.4.2. Механизм потенциал-зависимости и селективный фильтр поринового канала.

2.5. Порин-ферментные комплексы.

2.6. Биогенез и строение митохондриального порина.

2.7. Порин и митохондриальный бензодиазепиновый рецептор.

2.8. Проблемы, возникающие при исследовании митохондриального порина.

3. Транслокатор адениновых нуклеотидов.

3.1. Локализация и свойства АНТ.

3.2. Цикл переноса нуклеотидов.

3.3. Регуляция переноса нуклеотидов мембранным потенциалом.

3.4. Модели, описывающие механизм трансмембранного переноса.

3.5. Ингибиторы переноса нуклеотидов транслокатором.30.

3.6. Структура транслокатора адениновых нуклеотидов.

4.Креатинкиназ а.32.

Материалы и методы.

1. Выделение митохондрий.

2. Исследование функционального состояния митохондрий.

3. Определение концентрации белка.

4. Определение энзиматической активности.

5. Выделение порина методом одноступенчатой адсорбционной хроматографии.

6. Очистка белковых комплексов митохондриальных контактных сайтов и исследование кинетического поведения гексокиназы и креатинкиназы в составе комплексов.

7. Исследование канальной активности порина в составе выделенных комплексов и для индивидуального белка. 47.

8. Разделение белковых комплексов контактных сайтов методом ионообменной хроматографии.

9. Получение поликлональных антител на атрактилозид-связывающий участок транслокатора.

10. Очистка транслокатора контактных сайтов методом хроматографии на иммуносорбенте.

11. Определение молекулярного веса выделенных белковых комплексов контактных сайтов.

12. Идентификация компонентов выделенных белковых комплексов контактных сайтов.

13. Определение М-концевой последовательности транслокатора, выделенного методом иммуносорбции из различных комплексов с креатинкиназой.

14. Фракционирование мембран митохондрий почек крысы и очистка креатинкиназы из различных компартментов митохондрии.

15. Определение стехиометрии комплексов периферических киназ и мембранных белков митохондрии для различных комплексов из разных тканей.

16. Определение содержания липидов в составе исследуемых белковых комплексов.

17. Применение сшивающих реагентов для выделения комплексов периферических киназ и мембранных белков митохондрии.

18. Изоэнзимэлектрофорез креатинкиназы в полученных пробах.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Фракционирование митохондрий почек и исследование распределения активности креатинкиназы в различных компартментах.

2. Очистка креатинкиназы методом анионообменной хроматографии.

3. Исследование белкового состава фракций элюата с ДЕАЕ целлюлозы, обладающих активностью креатинкиназы.

4. Исследование липидного состава фракций с ДЕАЕ цллюлозы, содержащих креатинкиназу и мембранные белки.

5. Фракционирование креатинкиназы митохондрий мозга на ДЕАЕ целлюлозе.

6. Определение относительной молекулярной массы предполагаемых комплексов креатинкиназы и мембранных белков.

7. Идентификация изоформ транслокатора в составе исследуемых белковых ассоциатов.

8. Использование сшивающего реагента при получении исследуемых препаратов креатинкиназы митохондрий мозга.

9. Определение стехиометрии компонентов фракционируемых комплексов.

10. Определение стехиометрии липидов в составе исследуемых комплексов.

11. Выделение и анализ комплексов методом электрофореза в нативных условиях и в присутствии додецилсульфата натрия.

12. Определение кинетических параметров гексокиназной реакции в составе комплекса фермента с митохондриальными мембранными белками.

13. Канальная активность порина в составе белкового комплекса с гексокиназой.

14. Изозим-специфическое распределение АТФ/АДФ антипортера в митохондриях мозга и почек в составе комплексов с креатинкиназой и гексокиназой.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурно-функциональные особенности белковых комплексов митохондриальных контактных сайтов»

В современной биохимии считается постулатом, что субклеточные структуры, называемые митохондриями (или митохондриальным ретикулумом) в клетке выполняют функцию окисления субстратов, в результате чего создается электрохимический потенциал протонов и затем синтезируется АТФ. Генерация протонного потенциала и последующая трансформация этого потенциала для фосфорилирования АДФ является функцией внутренней мембраны, что определяется наличием существенных различий двух мембран митохондрии как по содержанию различных ферментов и их ансамблей, так и по свойствам проницаемости для различных низкомолекулярных соединений. Митчел постулировал, что внутренняя мембрана митохондрии непроницаема даже для таких ионов, как Н+ и ОН" ; иначе происходило бы рассеивание протонного потенциала без синтеза АТФ (Mitchell and Moyle, 1965) В отличие от внутренней, внешняя мембрана митохондрии проницаема для большинства метаболитов клетки и субстратов реакций, локализованных в матриксе митохондрии (Colombini, 1979).

В связи с этим возникает вопрос о механизме обмена метаболитами между митохондриальным матриксом и цитоплазмой клетки.

В 1979 году La Noue и соавт. (LaNoue and Schoolwerth, 1979) методом введения радиактивной метки в соединения, трансмембранный перенос которых предполагался, было показано, что внутренняя мембрана митохондрии не является непреодолимым препятствием для обмена между цитозолем и матриксом. Через 10 лет стало известно о существование одиннадцати транспортных систем во внутренней митохондриальной мембране (Kramer and Palmieri, 1989). Подобное достижение стало возможным после обнаружения в 1984 году высокоэффективного метода разделения белков-переносчиков путем адсорбционной хроматографии на смеси целита и гидроксилапатита и последующей реконструкции исследования системы переноса в липосомах (Kramer and Heberger, 1986), (Nalecz et al., 1986), (Bisaccia et al., 1988) (Stipani and Palmieri, 1983) (Kaplan and Pedersen, 1985), (Bisaccia et al., 1988).

Параллельно продолжалось изучение проницаемости внешней мембраны митохондрии. Было обнаружено, что наружная мембрана проницаема для гидрофильных веществ с молекулярной массой до 3 кДа (Holden and Colombini, 1988). Выдвигавшаяся в то время гипотеза о липидной природе транспортных систем не получила экспериментального подтверждения. Тогда же методом электронной микроскопии и дифракции рентгеновских лучей было показано существование в наружной мембране митохондрии растений порообразных структур белковой природы диаметром около 3 нм. Холден и Коломбини (Holden and Colombini, 1988) и соавт., исследуя пассивную диффузию через БЛМ, вызываемую компонентами наружней мембраны, обнаружили наличие слабо селективных анионных каналов с выраженной потенциал-зависимостью проводимости. Белок, являющийся компонентом наружной митохондриальной мембраны и при встраивании в липосомы и БЛМ образующий каналы (поры) диаметром 2 нм, получил название «порин» по аналогии с уже известным белком бактериальной природы со схожими функциями.

На основании этих данных было предположено, что диффузия метаболитов через наружную мембрану выделенных митохондрии не является ограничивающим фактором для скоростей окислительных реакций в матриксе. В то же время Brdiczka и соавт. (Brdiczka and Kolb, 1978) исследовали кинетику обмена метаболитами между цитоплазмой и митохондрией и показали, что наружная мембрана заметно ограничивает проникновение субстратов к ферментам межмембранного пространства.

Впоследствии было установлено (Mannella and Wang, 1989) , что канал, образуемый порином при встраивании в БЛМ, непроницаем для некоторых катионов с молекулярной массой около 400 Да при сохранении высокой проницаемости для других веществ с массой до 3 кДа. Таким образом, в конце 80-х годов сформировалось представление о сочетании для наружной мембраны митохондрии свойств высокой проницаемости для одних соединений и избирательности в отношении других: наружная мембрана не является пассивным молекулярным ситом, а представляет собой регулируемую систему транспорта метаболитов, реализуя в условиях клетки поток веществ и информации между митохондрией и цитоплазмой.

Изложенное выше представление имеет право на существование при условии четкой компартментализации внутренней и внешней мембран, поскольку при их контакте может произойти диссипирование потенциала на внутренней мембране, что с точки зрения мембранной энергетики, сделает ее бессмысленной для синтеза АТФ.

В то же время известно, что подобные контакты существуют и носят название contact-sites (Hackenbrock, 1968) (Brdiczka and Kolb, 1978). Хакенброк исследовал тонкие срезы фиксированных митохондрий методом электронной микроскопии и определил, что число межмембранных контактов достигает 120 на митохондрию среднего размера около 1мкм и зона контакта имеет диаметр до 200 А. Оказалось, что внутренняя мембрана неоднородна и состоит из связующей мембраны (inner boundary membrane), контактирующей с наружной мембраной, и мембраны крист (crystae-membrane), не контактирующей с внешней мембраной. По одной модели предполагается, что взаимодействие связующей и наружной мембран происходит через образование триламинарной структуры - сливаются внешний монослой внутренней и внутренний монослой наружной мембран (Van Venetie and Verkleij, 1982). Однако, данные рентгеноструктурного анализа порина не подтверждают этого и большинство склоняются к более обоснованной со структурной точки зрения концепции Брдички и соавторов о возможном, но не обязательном контакте мембран и превалировании роли белок-белковых взаимодействий компонентов контактного сайта, стабилизирующих участок контакта двух мембран (Ohlendieck et al., 1986) (Kottke et al., 1988) (Brdiczka, 1994) (Beutneret al., 1996).

Согласно Дорбани и соавторам (Dorbani et al., 1987) в наружной мембране митохондрии существует две популяции порина: каналоформер свободных участков мембраны и порин, входящий в состав контактных сайтов.

С другой стороны, Хакенброк еще в 1968 выдвинул предположение, что во-первых: обмен метаболитами между матриксом митохондрии и цитоплазмой происходит в области контакта двух митохондриальных мембран; во-вторых: транслокатор адениловых нуклеотидов локализован во внутренней мембране в том месте, где она контактирует с внешней мембраной; в-третьих: некоторые киназы активно функционируют в области этих контактов(НаскепЬгоск, 1968). Работы Дорбани и соавторов свидетельствуют о правильности предположения Хакенброка относительно взаимодействия киназ и порина - с каналоформером свободных участков взаимодействует глютатионтрансфераза, а гексокиназа и глицеролкиназа связываются с порином контактных сайтов, причем с одним и тем же участком, что позволило предположить возможность регуляции метаболизма углеводов посредством этого взаимоисключающего связывания (Kaneko et al., 1985). Фельгнером и соавторами было показано существование в наружной митохондриальной мембране ЗОкДа белка, связывающего гексокиназу (Feigner et al., 1979). Впоследствии Линден и Фиек с соавторами показали тождественность этого белка порину контактных сайтов (Linden et al., 1984а) (Fiek et al., 1982).

Обнаружение связывания гексокиназы с порином контактных сайтов митохондрий позволило предположить и впоследствии Брдичкой (Ohlendieck et al., 1986) было экспериментально подтверждено, что глюкоза фосфорилируется за счет АТФ, выходящего из митохондрий через пориновый канал, а не цитоплазматического АТФ. Это, в свою очередь, позволило предположить возможность функциональной и структурной связи поринового канала с транслокатором адениновых нуклеотидов, что и было подтверждено Линден и соавторами (Linden et al., 1989).

Начиная с этого момента, выдвигавшееся ранее предположение о существовании механизма сопряжения гликолиза и окислительного фосфорилирования посредством взаимодействия митохондрий и ферментов гликолитического пути, локализованных в цитоплазме, интенсивно разрабатывается и получает экспериментальное подтверждение в работах группы Брдички (Brdiczka, 1991) (Brdiczka, 1994) и Вилсона (Wilson, 1985) (Wilson, 1989)

Группой Брдички показано взаимодействие с пориновым каналом еще одного фермента, креатинкиназы. Причем из двух форм - цитоплазматической и митохондриальной, в образовании комплекса с порином принимает участие только митохондриальная, что объясняется особенностью олигомерного строения последней (oKTaMep)(Brdiczka et al., 1994).

Таким образом, к настоящему моменту уже известна целая группа белков, пространственно и функционально связанных с участком взамодействия двух мембран митохондрии, составляя белковую основу контактного сайта и, вероятно, функционирующих в составе единого мультибелкового комплекса. Подробная характеристика компонентов этой системы белков с транспортными, синтетическими и регуляторными функциями дана в следующем разделе.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гексокиназа.

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Высоких, Михаил Юрьевич

выводы

1. Выделение и очистка различными методами комплексов гексокиназы и креатинкиназы с интегральными белками митохондриальных мембран: порином, транслокатором, диазепиновым рецептором и белком матрикса митохондрии циклофиллином подтвердили возможность получения стабильного препарата с постоянным соотношением компонентов и сохранением их функциональных особенностей.

2. Креатинкиназа формирует с интегральными белками митохондрий два различных комплекса, отличающихся как по составу компонентов (порин, циклофилин и транслокатор адениновых нуклеотидов), так и по локализации в митохондриях (один находится в контактных сайтах, а второй в митохондриальных кристах).

3. Изозим 1 транслокатора адениновых нуклеотидов располагается в комплексах контакных сайтов, а изозим 2 - в белковом комплексе митохондриальных крист.

4. Ионоканальная активность порина в составе поринсодержащих комплексов гексокиназы и креатинкиназы в 10 раз ниже таковой для свободного порина и составляет 0,43 нС.

5. Гексокиназа в составе комплексов имеет в 10-40 раз меньшее значение величины константы Михаэлиса чем свободный фермент и составляет 11 мкМ. Константа ингибирования для МдАйР для фермента в составе комплекса в 10 раз ниже, чем для свободной формы и составляет около 20 мкМ.

6. Гексокиназа и креатинкиназа в составе комплекса функционируют в сопряженной системе переноса фосфорильного остатка между креатинфосфатом/креатином и АДФ/АТФ при участии мембранных белков порина и транслокатора без выхода промежуточных продуктов из внутреннего пространства сформированного компартмента.

7. Белковые комплексы гексокиназы или креатинкиназы, содержащие циклофиллин, при реконструкции в липосомы обладают способностью к образованию мегаканала, чувствительного к ингибитору неспецифической проницаемости, циклоспорину А.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Высоких, Михаил Юрьевич, 2000 год

1. Adams,V., Bosch,W., Schlegel.J., Wallimann,T., and Brdiczka.D. (1989). Further characterization of contact sites from mitochondria of different tissues: topology of peripheral kinases. Biochim. Biophys. Acta 981, 213-225.

2. Aquila.H., Misra,D., Eulitz.M., and Klingenberg.M. (1982). Complete amino acid sequence of the ADP/ATP carrier from beef heart mitochondria. Hoppe Seylers Z Physiol Chem 363, 345-349.

3. Ardail.D., Privat.J.P., Egret-Charlier,M., Levrat,C., Lerme.F., and Louisot,P. (1990). Mitochondrial contact sites. Lipid composition and dynamics. J. Biol. Chem 265, 18797-18802.

4. Arora,K.K., Parry.D.M., and Pedersen.P.L. (1992). Hexokinase receptors: preferential enzyme binding in normal cells to nonmitochondrial sites and in transformed cells to mitochondrial sites. J. Bioenerg. Biomembr. 24, 47-53.

5. Asryants.R.A., Duszenkova.l.V., and Nagradova.N.K. (1985). Determination of Sepharose-bound protein with Coomassie brilliant blue G-250. Anal. Biochem. 151, 571-574.

6. Banga.J.P., Anderton,B.H., and Roitt.l.M. (1978). Separation of membrane proteins in an undenatured form by isoelectric focusing. Anal. Biochem. 89, 348354.

7. Belousova.LA/., Fedosov.S.N., Orlova.E.V., and Stel'mashchuk.V.Y. (1991). The structural features of beef heart mitochondrial creatine kinase. Biochem. Int. 24, 51-58.

8. Belousova.L.V., Lipskaya.T.Y., Temple,V.D., and Rostovtsev.A.P. (1982). ATP-creatine phosphotransferase from beef heart mitochondria. Purification and properties. Adv. Myocardiol. 3, 585-595.

9. BeltrandelRio,H. and Wilson,J.E. (1992). Interaction of mitochondrially bound rat brain hexokinase with intramitochondrial compartments of ATP generated by oxidative phosphorylation and creatine kinase. Arch. Biochem. Biophys. 299, 116-124.

10. Benz,R. (1985). Porin from bacterial and mitochondrial outer membranes. CRC Crit Rev. Biochem. 19, 145-190.

11. Benz,R., Kottke,M., and Brdiczka.D. (1990). The cationically selective state of the mitochondrial outer membrane pore: a study with intact mitochondria and reconstituted mitochondrial porin. Biochim. Biophys. Acta 1022, 311-318.

12. Bessman,S.P. and Carpenter,C.L. (1985). The creatine-creatine phosphate energy shuttle. Annu. Rev. Biochem. 54, 831-862.

13. Bessman,S.P. and Geiger,P.J. (1981). Transport of energy in muscle: the phosphorylcreatine shuttle. Science 211, 448-452.

14. Beutner,G., Ruck,A., Riede.B., Welte.W., and Brdiczka,D. (1996). Complexes between kinases, mitochondrial porin and adenylate translocator in rat brain resemble the permeability transition pore. FEBS Lett. 396, 189-195.

15. Beyer,K. and Klingenberg,M. (1985). ADP/ATP carrier protein from beef heart mitochondria has high amounts of tightly bound cardiolipin, as revealed by 31P nuclear magnetic resonance. Biochemistry 24, 3821-3826.

16. Bisaccia,F., Indiveri.C., and Palmieri,F. (1988). Purification and reconstitution of two anion carriers from rat liver mitochondria: the dicarboxylate and the 2-oxoglutarate carrier. Biochim. Biophys. Acta 933, 229-240.

17. Block, M.R., Lauquin,G.J„ and Vignais.P.V. (1983). Use of 3-0-naphthoyladenosine 5'-diphosphate to probe distinct conformational states ofmembrane-bound adenosine 5'- diphosphate/adenosine 5'-triphosphate carrier. Biochemistry 22, 2202-2208.

18. Bowen,K.A., Tam,K., and Colombini.M. (1985). Evidence for titratable gating charges controlling the voltage dependence of the outer mitochondrial membrane channel, VDAC. J. Membr. Bioi. 86, 51-59.

19. Brdiczka,D. (1991). Contact sites between mitochondrial envelope membranes. Structure and function in en. Biochim. Biophys. Acta 1071, 291-312.

20. Brdiczka,D. (1994). Function of the outer mitochondrial compartment in regulation of energy metabolism. Biochim. Biophys. Acta 1187, 264-269.

21. Brdiczka,D., Kaldis.P., and Wallimann.T. (1994). In vitro complex formation between the octamer of mitochondrial creatine kinase and porin. J. Biol. Chem. 269, 27640-27644.

22. Brdiczka, D. and Kolb, V. Reduction of ADP/ATP exchange rates after dissociation of the contact sites between the two boundary membranes in rat liver mitochondria. Hoppe Seylers Z Physiol Chem 359, 1063-1071. 1978. Ref Type: Journal (Full)

23. Brustovetsky,N. and Klingenberg,M. (1996). Mitochondrial ADP/ATP carrier can be reversibly converted into a large channel by Ca2+. Biochemistry 35, 84838488.

24. Bucher,K. (1964). Particularities of the heart as a pump. Z Naturwiss. Med. Grundlagenforsch. 2, 119-131.

25. Chance,B., Leigh,J.S., Smith,D.S., Nioka,S., and Clark,B.J. (1986). Phosphorus magnetic resonance spectroscopy studies of the role of mitochondria in the disease process. Ann. N. Y. Acad. Sci. 488, 140-153.

26. Cheneval,D., Carafoli.E., Powell,G.L., and Marsh,D. (1989). A spin-label electron spin resonance study of the binding of mitochondrial creatine kinase to cardiolipin. Eur. J. Biochem. 186, 415-419.

27. Collings,T.A., Braid,H.L., Greene,W.B., and Wheeler,D.D. (1986). Morphometry and autoradiographic analysis of crude synaptosomal preparations from rat cerebral cortex. Neurochem. Res. 11, 707-721.

28. Colombini,M. (1979). A candidate for the permeability pathway of the outer mitochondrial membrane. Nature 279, 643-645.

29. Colombini,M. (1980). Structure and mode of action of a voltage dependent anion-selective channel (VDAC) located in the outer mitochondrial membrane. Ann. N. Y. Acad. Sci. 341, 552-563.

30. Colombini,M. (1983). Purification of VDAC (voltage-dependent anion-selective channel) from rat liver mitochondria. J. Membr. Biol. 74, 115-121.

31. Colombini,M., Yeung,C.L., Tung,J., and Konig,T. (1987). The mitochondrial outer membrane channel, VDAC, is regulated by a synthetic polyanion. Biochim. Biophys. Acta 905, 279-286.

32. Crompton,M., Ellinger,H., and Costi,A. (1988). Inhibition by cyclosporin A of a Ca2+-dependent pore in heart mitochondria activated by inorganic phosphate and oxidative stress. Biochem. J. 255, 357-360.

33. De Pinto,V.D. and Palmieri,F. (1992). Transmembrane arrangement of mitochondrial porin or voltage-dependent anion channel (VDAC). J. Bioenerg. Biomembr. 24, 21-26.

34. De,P., V, Prezioso.G., and Palmieri.F. (1987). A simple and rapid method for the purification of the mitochondrial porin from mammalian tissues. Biochim. Biophys. Acta 905, 499-502.

35. Doring, C. and Colmbini, M. On the nature of the molecular mechanism underlying the voltage dependence of the channel-forminf protein, voltage-dependent anion-selective channel (VDAC). Biophys.J. 45, 44-46. 1984. Ref Type: Journal (Full)

36. Doring,C. and Colombini.M. (1985). The mitochondrial voltage-dependent channel, VDAC, is modified asymmetrically by succinic anhydride. J. Membr. Biol. 83, 87-94.

37. Dornan,J., Page, A. P., Taylor,P., Wu,S., Winter,A.D., Husi,H., and Walkinshaw.M.D. (1999). Biochemical and structural characterization of a divergent loop cyclophilin from Caenorhabditis elegans. J. Biol. Chem 274, 34877-34883.

38. Ellington,W.R. (1989). Phosphocreatine represents a thermodynamic and functional improvement over other muscle phosphagens. J. Exp. Biol. 143, 177194.

39. Eppenberger,H.M., Dawson,D.M., and Kaplan,N.O. (1967). The comparative enzymology of creatine kinases. I. Isolation and characterization from chicken and rabbit tissues. J. Biol. Chem 242, 204-209.

40. Erdelt,H., Weidemann,M.J., Buchholz,M., and Klingenberg,M. (1972). Some principle effects of bongkrekic acid on the binding of adenine nucleotides to mitochondrial membranes. Eur. J. Biochem. 30, 107-122.

41. Erickson-Viitanen.S., Geiger,P., Yang.W.C., and Bessman.S.P. (1982). The creatine-creatine phosphate shuttle for energy transport- compartmentation of creatine Phosphokinase in muscle. Adv. Exp. Med. Biol. 151, 115-125.

42. Feigner,P.L., Messer,J.L., and Wilson,J.E. (1979). Purification of a hexokinase-binding protein from the outer mitochondrial membrane. J. Biol. Chem. 254, 4946-4949.

43. Feigner,P.L. and Wilson,J.E. (1977). Effect of neutral salts on the interaction of rat brain hexokinase with the outer mitochrondrial membrane. Arch. Biochem. Biophys. 182, 282-294.

44. Fiek,C., Benz.R., Roos.N., and Brdiczka.D. (1982). Evidence for identity between the hexokinase-binding protein and the mitochondrial porin in the outer membrane of rat liver mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 688, 429-440.

45. Font,B., Vial.C., Goldschmidt,D., Eichenberger.D., and Gautheron,D.C. (1981). Heart mitochondrial creatine kinase solubilization. Effect of mitochondrial swelling and SH group reagents. Arch. Biochem. Biophys. 212, 195-203.

46. Freitag,H., Neupert,W., and Benz.R. (1982). Purification and characterisation of a pore protein of the outer mitochondrial membrane from Neurospora crassa. Eur. J. Biochem. 123, 629-636.

47. Fritz-Wolf,K., Schnyder.T., Wallimann,T., and Kabsch,W. (1996). Structure of mitochondrial creatine kinase see comments. Nature 381, 341-345.

48. Gellerich,F.N., Schlame,M., Bohnensack,R., and Kunz,W. (1987). Dynamic compartmentation of adenine nucleotides in the mitochondrial intermembrane space of rat-heart mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 890, 117-126.

49. Guo,X.W., Smith,P.R., Cognon.B., D'Arcangelis,D., Dolginova.E., and Mannella,C.A. (1995). Molecular design of the voltage-dependent, anion-selective channel in the mitochondrial outer membrane. J. Struct. Biol. 114, 4159.

50. Hackenberg,H. and Klingenberg,M. (1980). Molecular weight and hydrodynamic parameters of the adenosine 5'- diphosphate-adenosine 5'-triphosphate carrier in Triton X-100. Biochemistry 19, 548-555.

51. Hackenbrock,C.R. (1968). Chemical and physical fixation of isolated mitochondria in low-energy and high-energy states. Proc. Natl. Acad. Sei. U. S. A 61, 598-605.

52. Harris,R.A., Farmer,B., and Ozawa,T. (1972). Inhibition of the mitochondrial adenine nucleotide transport system by oleyl CoA. Arch. Biochem. Biophys. 150, 199-209.

53. Heidt,H.W. (1972). Energy metabolism in mitochondria. Angew. Chem Int. Ed Engl. 11, 792-798.

54. Holden,M.J. and Colombini,M. (1988). The mitochondrial outer membrane channel, VDAC, is modulated by a soluble protein. FEBS Lett. 241, 105-109.

55. Hovius,R., Lambrechts,H., Nicolay,K., and de Kruijff,B. (1990). Improved methods to isolate and subfractionate rat liver mitochondria. Lipid composition of the inner and outer membrane. Biochim. Biophys. Acta 1021, 217-226.

56. Huizing,M., DePinto,V., Ruitenbeek,W., Trijbels,F.J., van den Heuvel.L.P., and Wendel,U. (1996). Importance of mitochondrial transmembrane processes in human mitochondriopathies. J. Bioenerg. Biomembr. 28 , 109-114.

57. Iyengar,M.R. (1984). Creatine kinase as an intracellular regulator. J. Muscle Res. Cell Motil. 5, 527-534.

58. Jacobs,H., Heldt,H.W., and Klingenberg,M. (1964). High activity of creatine kinase in mitochondria from muscle and brain and evidence for a separate mitochondrial isoenzyme of creatine kinase. Biochem. Biophys. Res. Commun. 16, 516-521.

59. Jennings,R.B. (1981). Myocardial ischemia: introduction. Am. J. Pathol. 102, 239-240.

60. Kammermeier,H. (1987). Interrelationship between the free energy change of ATP-hydrolysis, cytosolic inorganic phosphate and cardiac performance during hypoxia and reoxygenation. Biomed. Biochim. Acta 46, S499-S504.

61. Kaneko,M., Kurokawa.M., and lshibashi,S. (1985). Binding and function of mitochondrial glycerol kinase in comparison with those of mitochondrial hexokinase. Arch. Biochem. Biophys. 237, 135-141.

62. Kaplan,R.S. and Pedersen.P.L. (1985). Isolation and reconstitution of the n-butylmalonate-sensitive dicarboxylate transporter from rat liver mitochondria. J. Biol. Chem. 260, 10293-10298.

63. Kinnally,K.W., Zorov.D.B., Antonenko,Y.N., Snyder,S.H., McEnery,M.W., and Tedeschi.H. (1993). Mitochondrial benzodiazepine receptor linked to inner membrane ion channels by nanomolar actions of ligands. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 90, 1374-1378.

64. Klingenberg,M. (1989). Molecular aspects of the adenine nucleotide carrier from mitochondria. Arch. Biochem. Biophys. 270, 1-14.

65. Klingenberg.M., Aquila.H., and Riccio.P. (1979). Isolation of functional membrane proteins related to or identical with the ADP, ATP carrier of mitochondria. Methods Enzymol. 56, 407-414.

66. Knoll,G. and Brdiczka.D. (1983). Changes in freeze-fractured mitochondrial membranes correlated to their energetic state. Dynamic interactions of the boundary membranes. Biochim. Biophys. Acta 733, 102-110.

67. Kottke,M„ Adams,V., Wallimann.T., Nalam.V.K., and Brdiczka,D. (1991). Location and regulation of octameric mitochondrial creatine kinase in the contact sites. Biochim. Biophys. Acta 1061, 215-225.

68. Kottke,M., Wallimann.T., and Brdiczka,D. (1994). Dual electron microscopic localization of mitochondrial creatine kinase in brain mitochondria. Biochem. Med. Metab Biol. 51, 105-117.

69. Kramer,R. and Heberger,C. (1986). Functional reconstitution of carrier proteins by removal of detergent with a hydrophobic ion exchange column. Biochim. Biophys. Acta 863, 289-296.

70. Kramer,R. and Klingenberg,M. (1982). Electrophoretic control of reconstituted adenine nucleotide translocation. Biochemistry 21, 1082-1089.

71. Kramer,R. and Palmieri.F. (1989). Molecular aspects of isolated and reconstituted carrier proteins from animal mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 974, 1-23.

72. Kuby,S.A., Noda,L., and Lardy,H.A. (1954). Adenosinetriphosphate-creatine transphorylase. I. Isolation of crystalline evzyme from rabbit muscle. J. Biol. Chem 209, 191-201.

73. Laemmli,U.K. (1970). Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature 227, 680-685.

74. LaNoue,K.F. and Schoolwerth,A.C. (1979). Metabolite transport in mitochondria. Annu. Rev. Biochem. 48, 871-922.

75. Lauquin,G.J. and Vignais.P.V. (1976). Interaction of (3H) bongkrekic acid with the mitochondrial adenine nucleotide translocator. Biochemistry 15, 2316-2322.

76. Lawson,J.W. and Veech,R.L. (1979). Effects of pH and free Mg2+ on the Keq of the creatine kinase reaction and other phosphate hydrolyses and phosphate transfer reactions. J. Biol. Chem 254, 6528-6537.

77. Lazo,P.A., Sols,A., and Wilson,J.E. (1980). Brain hexokinase has two spatially discrete sites for binding of glucose-6-phosphate. J. Biol. Chem. 255, 7548-7551.

78. Lehninger,A.L. (1982). Proton and electric charge translocation in mitochondrial energy transduction. Adv. Exp. Med. Biol. 148, 171-186.

79. Levin,R.M., Longhurst,P.A., Levin,S.S., Haugaard,N., and Wein.A.J. (1990). Creatine kinase activity of urinary bladder and skeletal muscle from control and streptozotocin-diabetic rats. Mol. Cell Biochem. 97, 153-159.

80. Levitsky,D.O., Levchenko,T.S., Saks,V.A., Sharov,V.G., and Smirnov,V.N. (1978). The role of creatine phosphokinase in supplying energy for the calcium pump system of heart sarcoplasmic reticulum. Membr. Biochem. 2, 81-96.

81. Linden,M., Andersson.G., Gellerfors.P., and Nelson,B.D. (1984a). Subcellular distribution of rat liver porin. Biochim. Biophys. Acta 770, 93-96.

82. Linden,M., Andersson,G., Gellerfors.P., and Nelson,B.D. (1984b). Subcellular distribution of rat liver porin. Biochim. Biophys. Acta 770, 93-96.

83. Linden,M., Gellerfors.P., and Nelson,B.D. (1982). Pore protein and the hexokinase-binding protein from the outer membrane of rat liver mitochondria are identical. FEBS Lett. 141, 189-192.

84. Linden,M., Nelson,B.D., Loncar.D., and Leterrier,J.F. (1989). Studies on the interaction between mitochondria and the cytoskeleton. J. Bioenerg. Biomembr. 21, 507-518.

85. Lohman,K. (1934). Uber die enzymatische Aufspaltung der Kreatinphosphorsaure; zugleich ein Beitrag zum Chemismus der Muskelkontraktion. Biochem. Z 271, 264-277.

86. Mannella,C.A. (1981). Structure of the outer mitochondrial membrane: analysis of X-ray diffraction from the plant membrane. Biochim. Biophys. Acta 645, 33-40.

87. Mannella,C.A., Colombini,M., and Frank,J. (1983). Structural and functional evidence for multiple channel complexes in the outer membrane of Neurospora crassa mitochondria. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 80, 2243-2247.

88. Mannella,C.A., Forte,M., and Colombini.M. (1992). Toward the molecular structure of the mitochondrial channel, VDAC. J. Bioenerg. Biomembr. 24, 7-19.

89. Mannella.C.A. and Wang,Q. (1989). Permeability of the mitochondrial outer membrane to organic cations. Biochim. Biophys. Acta 981, 363-366.

90. McCabe.E.R. (1994). Microcompartmentation of energy metabolism at the outer mitochondrial membrane: role in diabetes mellitus and other diseases. J. Bioenerg. Biomembr. 26, 317-325.

91. Minajeva,A., Ventura-Clapier,R., and Veksler,V. (1996). Ca2+ uptake by cardiac sarcoplasmic reticulum ATPase in situ strongly depends on bound creatine kinase. Pflugers Arch. 432, 904-912.

92. Mirzabekov,T.A. and Ermishkin,L.N. (1989). The gate of mitochondrial porin channel is controlled by a number of negative and positive charges. FEBS Lett. 249, 375-378.

93. Mitchell,P. and Moyle,J. (1965). Stoichiometry of proton translocation through the respiratory chain and adenosine triphosphatase systems of rat liver mitochondria. Nature 208, 147-151.

94. Mommaerts,W.F. and Wallner,A. (1967). The break-down of adenosine triphosphate in the contraction cycle of the frog sartorius muscle. J. Physiol (Lond) 193, 343-357.

95. Montal,M. and Mueller,P. (1972). Formation of bimolecular membranes from lipid monolayers and a study of their electrical properties. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 69, 3561-3566.

96. Morel,F., Lauquin,G., Lunardi,J., Duszynski.J., and Vignais.P.V. (1974). An appraisal of the functional significance of the inhibitory effect of long chain acyl-CoAs on mitochondrial transports. FEBS Lett. 39, 133-138.

97. Morrison,J.F. and White,A. (1967). Isotope exchange studies of the reaction catalyzed by ATP: creatine phosphotransferase. Eur. J. Biochem. 3, 145-152.

98. Muller,M., Moser,R., Cheneval,D., and Carafoli.E. (1985). Cardiolipin is the membrane receptor for mitochondrial creatine Phosphokinase. J. Biol. Chem 260, 3839-3843.

99. Nakashima,R.A. (1989). Hexokinase-binding properties of the mitochondrial VDAC protein: inhibition by DCCD and location of putative DCCD-binding sites. J. Bioenerg. Biomembr. 21, 461-470.

100. Nalecz,K.A., Bolli.R., Wojtczak.L., and Azzi.A. (1986). The monocarboxylate carrier from bovine heart mitochondria: partial purification and its substrate-transporting properties in a reconstituted system. Biochim. Biophys. Acta 851, 29-37.

101. Needels.D.L. and Wilson,J.E. (1983). The identity of hexokinase activities from mitochondrial and cytoplasmic fractions of rat brain homogenates. J. Neurochem. 40, 1134-1143.

102. Ohlendieck.K., Riesinger,!., Adams,V., Krause,J., and Brdiczka.D. (1986). Enrichment and biochemical characterization of boundary membrane contact sites from rat-liver mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 860, 672-689.

103. Parola.A.L., Stump,D.G., Pepperl.D.J., Krueger,K.E., Regan,J.W., and Laird,H.E. (1991). Cloning and expression of a pharmacologically unique bovine peripheral- type benzodiazepine receptor isoquinoline binding protein. J. Biol. Chem. 266, 14082-14087.

104. Peng,S„ Blachly-Dyson,E., Colombini,M., and Forte,M. (1992). Determination of the number of polypeptide subunits in a functional VDAC channel from Saccharomyces cerevisiae. J. Bioenerg. Biomembr. 24, 27-31.

105. Pfaff,E. and Klingenberg,M. (1968). Adenine nucleotide translocation of mitochondria. 1. Specificity and control. Eur. J. Biochem. 6, 66-79.

106. Rojo,M., Hovius,R., Demel,R., Wallimann,T., Eppenberger,H.M., and Nicolay,K. (1991a). Interaction of mitochondrial creatine kinase with model membranes. A monolayer study. FEBS Lett. 281, 123-129.

107. Rojo,M., Hovius,R., Demel,R.A„ Nicolay,K., and Wallimann.T. (1991b). Mitochondrial creatine kinase mediates contact formation between mitochondrial membranes. J. Biol. Chem 266, 20290-20295.

108. Roos,N„ Benz.R., and Brdiczka.D. (1982). Identification and characterization of the pore-forming protein in the outer membrane of rat liver mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 686, 204-214.

109. Rose,I.A. and Warms,J.V. (1967). Mitochondrial hexokinase. Release, rebinding, and location. J. Biol. Chem. 242, 1635-1645.

110. Rossi,A.M., Zaccaro,L., Rosselli,F., and Quattrone,C. (1988). Clastogenic effects induced in mice and rats by 1,4-bis2-(3,5- dichloropyridyloxy).-benzene, a phenobarbital-like enzyme inducer and liver tumour promoter. Carcinogenesis 9, 1147-1151.

111. Schein,S.J., Colombini.M., and Finkelstein.A. (1976). Reconstitution in planar lipid bilayers of a voltage-dependent anion- selective channel obtained from Paramecium mitochondria. J. Membr. Biol. 30, 99-120.

112. Schlame,M. and Augustin,W. (1985). Association of creatine kinase with rat heart mitochondria: high and low affinity binding sites and the involvement of phospholipids. Biomed. Biochim. Acta 44, 1083-1088.

113. Schlattner,U., Forstner,M., Eder,M., Stachowiak.O., Fritz-Wolf,K., and Wallimann.T. (1998). Functional aspects of the X-ray structure of mitochondrial creatine kinase: a molecular physiology approach. Mol. Cell Biochem. 184, 125140.

114. Schnaitman.C. and Greenawalt.J.W. (1968). Enzymatic properties of the inner and outer membranes of rat liver mitochondria. J. Cell Biol. 38, 158-175.

115. Schnyder.T., Rojo.M., Furter.R., and Wallimann.T. (1994). The structure of mitochondrial creatine kinase and its membrane binding properties. Mol. Cell Biochem. 133-134, 115-123.

116. Schnyder.T., Sargent,D.F., Richmond,T. J., Eppenberger,H.M., and Wallimann,T. (1990). Crystallization and preliminary X-ray analysis of two different forms of mitochondrial creatine kinase from chicken cardiac muscle. J. Mol. Biol. 216, 809-812.

117. Schutkowski,M., Wollner,S., and Fischer,G. (1995). Inhibition of peptidyl-prolyl cis/trans isomerase activity by substrate analog structures: thioxo tetrapeptide-4-nitroanilides. Biochemistry 34, 13016-13026.

118. Skowronski.R., Fanestil,D.D., and Beaumont,K. (1988). Photoaffinity labeling of peripheral-type benzodiazepine receptors in rat kidney mitochondria with 3H.PK 14105. Eur. J. Pharmacol. 148, 187-193.

119. Smith,A.D. and Wilson,J.E. (1991). Disposition of mitochondrially bound hexokinase at the membrane surface, deduced from reactivity with monoclonal antibodies recognizing epitopes of defined location. Arch. Biochem. Biophys. 287, 359-366.

120. Soboll,S„ Brdiczka,D., Jahnke,D., Schmidt,A„ Schlattner,U„ Wendt,S., Wyss,M., and Wallimann.T. (1999). Octamer-dimer transitions of mitochondrial creatine kinase in heart disease. J. Mol. Cell Cardiol. 31, 857-866.

121. Souverijn.J.H., Huisman,L.A., Rosing,J., and Kemp,A., Jr. (1973). Comparison of ADP and ATP as substrates for the adenine nucleotide translocator in rat-liver mitochondria. Biochim. Biophys. Acta 305, 185-198.

122. Stachowiak,0., Dolder,M., and Wallimann,T. (1996). Membrane-binding and lipid vesicle cross-linking kinetics of the mitochondrial creatine kinase octamer. Biochemistry 35, 15522-15528.

123. Stachowiak.O., Schlattner, U., Dolder,M., and Wallimann,T. (1998). Oligomeric state and membrane binding behaviour of creatine kinase isoenzymes: implications for cellular function and mitochondrial structure. Mol. Cell Biochem. 184, 141-151.

124. Stipani.l. and Palmieri.F. (1983). Purification of the active mitochondrial tricarboxylate carrier by hydroxylapatite chromatography. FEBS Lett. 161, 269274.

125. Tikhonova.l.M., Andreyev, A. Y., Antonenko,Y., Kaulen,A.D., Komrakov.A.Y., and Skulachev.V.P. (1994). Ion permeability induced in artificial membranes by the ATP/ADP antiporter. FEBS Lett. 337, 231-234.

126. Trezeguet,V., Le Saux,A., David,C., Gourdet.C., Fiore,C., Dianoux.A., Brandolin,G., and Lauquin,G.J. (2000). A covalent tandem dimer of the mitochondrial ADP/ATP carrier is functional in vivo. Biochim. Biophys. Acta 1457, 81-93.

127. Turner,D.C., Wallimann,T., and Eppenberger,H.M. (1973). A protein that binds specifically to the M-line of skeletal muscle is identified as the muscle form of creatine kinase. Proc. Natl. Acad. Sei. U. S. A 70, 702-705.

128. Van Venetie.R. and Verkleij,A.J. (1982). Possible role of non-bilayer lipids in the structure of mitochondria. A freeze-fracture electron microscopy study. Biochim. Biophys. Acta 692, 397-405.

129. Vignais,P.V. and Lunardi,J. (1985). Chemical probes of the mitochondrial ATP synthesis and translocation. Annu. Rev. Biochem. 54, 977-1014.

130. Viitanen.P.V., Geiger,P.J., Erickson-Viitanen,S., and Bessman.S.P. (1984). Evidence for functional hexokinase compartmentation in rat skeletal muscle mitochondria. J. Biol. Chem 259, 9679-9686.

131. Voronova.L.A. and Parshin.A.N. (1976). Isoforms of human and animal tumor hexokinase. Vopr. Onkol. 22, 41-45.

132. Wallimann.T., Turner,D.C., and Eppenberger.H.M. (1977). Localization of creatine kinase isoenzymes in myofibrils. I. Chicken skeletal muscle. J. Cell Biol. 75, 297-317.

133. Wanders,R.J., Van Roermund.C.W., and Meijer,A.J. (1984). Analysis of the control of citrulline synthesis in isolated rat-liver mitochondria. Eur. J. Biochem. 142, 247-254.

134. Watts,D.C. and KumudavalliJ. (1970). Further evidence for the role of the essential thiol groups in adenosine triphosphate-creatine phosphotransferase from a comparison of the human and rabbit enzymes. Biochem. J. 118, 22P-23P.

135. Weiler.U., Riesinger,!., Knoll,G., and Brdiczka.D. (1985). The regulation of mitochondrial-bound hexokinases in the liver. Biochem. Med. 33, 223-235.

136. White,T.K. and Wilson,J.E. (1987). Rat brain hexokinase: location of the allosteric regulatory site in a structural domain at the N-terminus of the enzyme. Arch. Biochem. Biophys. 259, 402-411.

137. Wilson,J. (1985). Regulation of mammalian hexokinase activity. In Regulation in carbohydrate metabolism., R.Beither, ed. Boca Raton), pp. 45-85.

138. Wilson,J.E. (1989). Rapid purification of mitochondrial hexokinase from rat brain by a single affinity chromatography step on Affi-Gel blue. Prep. Biochem. 19, 13-21.

139. Wirz,T., Brandle,U., Soldati,T„ Hossle,J.P., and Perriard,J.C. (1990). A unique chicken B-creatine kinase gene gives rise to two B-creatine kinase isoproteins with distinct N termini by alternative splicing. J. Biol. Chem 265, 11656-11666.

140. Yoshizaki.K., Watari,H., and Radda.G.K. (1990). Role of phosphocreatine in energy transport in skeletal muscle of bullfrog studied by 31P-NMR. Biochim. Biophys. Acta 1051, 144-150.