Учёные нашли способ обратимо менять обмен веществ в «энергетических станциях клеток»

Учёные Марийского государственного университета выяснили, как янтарная кислота модифицирует работу митохондрий — «энергетических станций» клетки, — блокируя окисление важных компонентов обмена веществ, в частности глутаминовой и яблочной кислот. Митохондрии обеспечивают выработку энергии в виде АТФ; за перенос заряженных частиц в них отвечает дыхательная цепь — комплекс белков во внутренней мембране. При недостатке кислорода (гипоксии) работа этих белков нарушается, и в клетках накапливается янтарная кислота. Когда кислород снова поступает, она активно окисляется, запуская обратный транспорт электронов в комплексе I дыхательной цепи. Это ведёт к образованию токсичных активных форм кислорода, которые повреждают клетки и могут запускать инфаркт, инсульт и нейродегенеративные заболевания. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в Journal of Bioenergetics and Biomembranes.

Для исследования учёные взяли печень крыс — орган, особенно чувствительный к гипоксии: при ишемии уровень янтарной кислоты в ней повышается в 20 раз относительно нормы. Митохондрии из печени поместили в раствор, похожий по составу на внутреннюю среду клетки, добавив глутаминовую и яблочную кислоты, которые в норме активно окисляются при выработке энергии. К части образцов добавили янтарную кислоту и оценили, как идёт окисление и сколько образуется перекиси водорода. Оказалось, что после этого митохондрии перестали окислять глутаминовую и яблочную кислоты — янтарная кислота подавляет работу комплекса I дыхательной цепи, что и приводит к усиленной выработке токсичных активных форм кислорода. Эффект наблюдался при концентрациях, характерных для живых клеток при ишемии.

Учёные также проверили, можно ли «обезвредить» янтарную кислоту, и выяснили, что желчные и жирные кислоты эффективно восстанавливают обмен веществ в митохондриях и снижают выработку перекиси водорода. Эти соединения подавляют обратный транспорт электронов, благодаря чему комплекс I снова начинает работать даже в присутствии янтарной кислоты; в использованных концентрациях они не повреждают митохондрии. Аналогичным действием обладает и искусственно синтезированное соединение, рассматриваемое как потенциальное лекарство от заболеваний, связанных с нарушением работы митохондрий. Открытие обратимой модификации может быть полезно при разработке препаратов для лечения болезней печени, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний.

Фото: коллектив авторов статьи. Источник: Виктор Самарцев / Марийский государственный университет.