Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Фосфорилирование низкомолекулярного полипептида в митохондриях, его идентификация и участие в регуляции функций митохондрий

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Одинокова, Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Фосфорилирование митохондриальных белков и регуляция функций митохондрий.

1.1.1. Обнаружение фосфорилированных белков в митохондриях. Попытки идентификации фосфобелков. Локализация протеинкиназ и протеинфосфатаз в митохондриях.

1.1.2. Регуляция НАДН-дегидрогеназ цикла Кребса системой вторичных мессенджеров. Роль Са и фосфорилирования, зависимого от протеинкиназ и протеинфосфатаз.

1.2. Са -транспортирующая система и участие Са в регуляции митохондриальных функций.

1.2.1. Са2*-транспортирующая система митохондрий.

1.2.2. Неселективная Са2+, CysA-чувствительная пора во внутренней мембране митохондрий.

1.3. Структура и функционирование F0FrATPa3bi митохондрий.

1.3.1. Хемиосмотический синтез АТФ. Сопряжение транспорта Н* и синтеза АТР. Регуляция окислительного фосфорилирования с помощью дыхательного контроля.

1.3.2. Субъединичная структура FoFi-АТРазы, локализация субъединиц в Fa и Fj секторах.

1.3.3. Современные представления о механизме работы FJFi-АТРазы. Вращение субъединиц в F0u Fj секторах. Роль субъединиц «а», «Ь» и «с» в транспорте ионов Ft.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Спектр фосфобелков и относительные уровни включения 32Р.

3.2. Влияние ЭГТА, Са2+ и СССР на фосфорилирование 3.5 кДа пептида.

3.3. Очистка и идентификация 3.5 кДа фосфопептида.

3.3.1. Определение локализации фосфопептида в митохондриях.

3.3.2. Выделение и очистка 3.5 кДа фосфопептида.

3.3.3. Идентификация 3.5 кДа пептида как полипептида, иммунореактивного к антителам к субъединице «с» FoFrATPa3bi.

3.4. Фосфорилирование ИРАСП и активность F0Fi-ATPa3bi.

3.4.1. Влияние ионов Са2+ на окислительное фосфорилирование и активность FqF гАТРазы.

3.4.2. Влияние физиологических концентраций Са2+ на фосфорилирование/дефосфорилирование ИРАСП.

3.5. Фосфорилирование ИРАСП и открытие шРТР.

3.5.1. Дефосфорилирование ИРАСП при открытии тРТР и падении мембранного потенциала.

3.5.2. Влияние ИРАСП на процесс открытия неселективной митохондриальной поры.

3.5.3. Влияние ИРА СП на проводимость БЛМ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Фосфорилирование низкомолекулярного полипептида в митохондриях, его идентификация и участие в регуляции функций митохондрий"

Обратимое фосфорилирование белков является одной из основных посттрансляционных модификаций, ответственных за регуляцию различных видов клеточной активности системой вторичных мессенджеров. Как правило, Са2+ или сАМР как вторичные мессенджеры изменяют активность протеинкиназ (ПК) или протеинфосфатаз (ПФ), которые в свою очередь поддерживают фосфорилирование ферментов-мишеней на определенном уровне. Согласно данным Tomaska, каждый третий белок в эукариотических клетках подвержен обратимому фосфорилированию (Tomaska, 2000). Фосфорилирование белка-мишени ведет к конформационной перестройке молекулы и соответствующим изменениям ферментативной активности или взаимодействия с другими клеточными компонентами.

Данные о фосфорилировании митохондриальных белков и о регуляции функций митохондрий системой вторичных мессенджеров крайне ограничены. За последние 20 лет обнаружено и детально изучено фосфорилирование нескольких дегидрогеназ цикла Кребса, локализованных в митохондриальном матриксе, и соответствующая регуляция активности дегидрогеназ ионами Са2+ как вторичными мессенджерами посредством ПК-зависимого фосфорилирования (Bradford and Yeaman, 1986; Denton and McCormack, 1990; Hansford, 1994; Nichols and Denton, 1995; Rutter et al., 1998). Однако до последнего времени отсутствовали какие-либо определенные данные и представления о возможности ПК- и ПФ- зависимой регуляции таких ключевых процессов митохондрий, как синтез АТФ, перенос электронов по дыхательной цепи и транспорт ионов непосредственно через внутреннюю митохондриальную мембрану. К настоящему времени показано, что ряд белков, фосфорилируемых протеинкиназами, тесно связан с комплексами дыхательной цепи. Фосфобелок с молекулярной массой 18 кДа из митохондрий бычьего сердца идентифицирован как субъединица комплекса I, а фосфобелок 17 кДа — как субъединица цитохром-«с»-оксидазы; показана также ассоциация 42 кДа фосфобелка с комплексами I, III, IV и V митохондрий (Sardanelli et al., 1995; Papa et al., 1996; Steenaart and Shore, 1997). Однако, остается неясным, каким образом фосфорилирование/дефосфорилирование мембраносвязанных митохондриальных белков влияет на функции митохондрий. В целом можно констатировать, что вопрос о возможности регуляции трансформации энергии во внутренней митохондриальной мембране системой вторичных мессенджеров в настоящее время остается открытым.

В связи с вышеизложенным, представляется актуальным исследование фосфорилйрования митохондриальных белков с целью возможного выявления новых фосфопептидов, выяснения их локализации в митохондриях и участия в процессах синтеза АТФ и транспорта ионов кальция. Эти исследования позволят выяснить, подвержены ли системы преобразования энергии во внутренней митохондриальной мембране ПК-зависимой регуляции системой вторичных мессенджеров.

Целью данной работы являлось выявление новых мембраносвязанных фосфопептидов в митохондриях, исследование факторов, регулирующих их фосфорилирование, и выяснение возможности регуляции функций митохондрий путем фосфорилирования/дефосфорилирования этих пептидов.

Мы планировали обнаружить и исследовать новые фосфорилированные пептиды в митохондриях, однако из трех найденных фосфопептидов только один представлял интерес для исследования и изучался нами детально.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Обнаружение новых фосфорилированных полипептидов (одного или нескольких) в митохондриальной мембране и выявление оптимальных условий для их фосфорилирования.

2. Идентификация вновь обнаруженного фосфорилированного полипептида и выявление его принадлежности к функциональным системам митохондрий.

3. Демонстрация возможности регуляции фосфорилирования/ дефосфорилирования полипептида ионами Са2+ как вторичными мессенджерами.

4. Выявление вида протеинкиназ/протеинфосфатаз, осуществляющих фосфорилирование/дефосфорилирование обнаруженного полипептида.

5. Изучение корреляции уровня фосфорилирования найденного полипептида с функциональными параметрами митохондрий:

2+ скоростью окислительного фосфорилирования, транспортом Са , мембранным потенциалом и проницаемостью митохондриальных мембран.

Научная новизна.

Впервые во внутренней мембране митохондрий обнаружен низкомолекулярный фосфопептид, молекулярная масса которого была определена равной 3.5 кДа согласно его электрофоретической подвижности в полиакриламидном геле. Методом иммунопреципитации и Вестерн-блоттинга полипептид был идентифицирован как неизвестная ранее фосфорилированная форма субъединицы «с» FoFi-АТРазы митохондрий и был назван как иммунореактивный к антителам к субъединице «с» полипептид

ИРАСП). Установлено, что фосфорилирование/дефосфорилирование

ИРАСП модулируется Са в пределах физиологических концентраций, и этот процесс коррелирует с изменением синтеза/гидролиза АТФ FoFj-АТРазой митохондрий. Таким образом, в настоящей работе впервые получены данные, свидетельствующие о возможности регуляции процессов преобразования энергии во внутренней мембране митохондрий системой вторичных мессенджеров путем обратимого фосфорилирования ИРАСП. Показано, что фосфорилирование ИРАСП активируется бутирил-сАМР, что свидетельствует о том, что фосфорилирование ИРАСП осуществляется сАМР-зависимой ПК А. Установлена взаимосвязь дефосфорилирования ИРАСП с открытием неселективной Са2+-индуцируемой, циклоспорин А-чувствительной поры во внутренней мембране митохондрий (шРТР). Найдено, что ИРАСП в дефосфорилированной форме стимулирует открытие тРТР и вызывает увеличение проводимости бислойных липидных мембран (БЛМ) путем формирования в них одиночных каналов проводимости. Научно-практическая ценность.

Обнаружение фосфорилированной формы субъединицы «с» FoFi-АТРазы открывает возможность регуляции энергопродукции в клетках и митохондриях внешними стимулами (гормонами и др.) путем передачи сигнала с плазматической мембраны клетки посредством каскада вторичных мессенджеров непосредственно на FoFj-АТРазу. Кроме того, участие ИРАСП в регуляции или формировании неселективной митохондриальной поры расширяет представления о строении и функционировании шРТР, открытие которой считается одной из основных стадий развития апоптоза и некроза - явлений, контролирующих морфогенез и регенерацию, а также возникновение различных заболеваний и патологий.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Одинокова, Ирина Владимировна

выводы

1. Впервые обнаружено преимущественное фосфорилирование низкомолекулярного (3.5 кДа) полипептида в митохондриях печени крыс. Показано, что 3.5 кДа полипептид включает около 75% Р из у- Р]АТР от общего количества радиоактивного фосфата Р-меченых белков митохондрий.

2. Установлено, что 3.5 кДа полипептид родственен или идентичен субъединице «с» FoFi-АТРазы митохондрий. Этот вывод был сделан на основании сходства молекулярных масс и специфического взаимодействия данного полипептида с антителами к субъединице «с», показанного с помощью метода Вестерн-блоттинг. 3.5 кДа полипептид был назван пептидом, иммунореактивным к антителам к субъединице «с» (ИРАСП).

3. Обнаружено, что уровень фосфорилирования ИРАСП зависит от концентрации ионов Са в пределах физиологических концентраций (10'8-10'6 М). Продемонстрировано влияние ингибиторов протеинкиназ/протеинфосфатаз на уровень фосфорилирования ИРАСП. Сделано заключение о том, что фосфорилирование/дефосфорилирование ИРАСП в митохондриях регулируется Са2+ как вторичным мессенджером посредством

Са2+

-зависимых протеинкиназ и протеинфосфатаз.

4. Исследована биологическая значимость фосфорилирования ИРАСП. Показана корреляция . между уровнем фосфорилирования ИРАСП и скоростью окислительного фосфорилирования в митохондриях. При изменениии концентрации свободного Са2+ от 10"8 до 10"6 М наблюдалось частичное дефосфорилирование ИРАСП и повышение скорости синтеза АТР.

Выдвинута идея о том, что при активации клеток внешними стимулами рост внутриклеточного Са2+ ведет к активации окислительного фосфорилирования в результате дефосфорилирования ИРАСП во внутренней митохондриальной мембране в дополнение к общеизвестной активации ионами Са2+ ферментов цикла Кребса в матриксе митохондрий.

2+

Показана корреляция открытия неселективных, Са -индуцируемых пор (шРТР) во внутренней митохондриальной мембране и уровня фосфорилирования ИРАСП. Полное дефосфорилирование ИРАСП, наблюдаемое при открытии шРТР, предотвращалось циклоспорином А - селективным ингибитором шРТР. Обнаружено, что изолированная дефосфорилированная форма ИРАСП способна значительно повышать проницаемость мембран митохондрий и искусственных фосфолипидных мембран. Предложена гипотеза, согласно которой дефосфорилированная форма ИРАСП может принимать участие в формировании шРТР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе мы впервые обнаружили в митохондриях низкомолекулярный фосфопептид с молекулярной массой 3.5 кДа, лл который способен включать Р из [у- Р]АТР. Этот фосфопептид ранее не наблюдали и он не был описан другими исследователями, изучавшими фосфорилирование белков в митохондриях (Backer et al., 1986; Ferrari et al., 1990; Sardanelli et al., 1995; Papa et al., 1996; Struglics et al., 1998) Мы полагаем, что мы обнаружили данный фосфопептид благодаря использованию специальных наиболее благоприятных условий фосфорилирования, таких как высокая концентрация

АТФ ( Р-АТР + немеченная АТФ), близкая к внутримитохондриальному уровню АТР и обеспечивающая высокую

XI скорость включения Р из АТФ в полипептид, а также особые условия разделения низкомолекулярных полипептидов при электрофорезе в полиакриламидном геле.

Фосфопептид был найден во внутренней мембране митохондрий и в неочищенных препаратах FoFi-АТРазы и был предварительно идентифицирован с помощью методов иммунопреципитации и Western блоттинга как фосфорилированная форма субъединицы «с» FoFi-АТРазы. Этот фосфопептид был назван нами полипептидом, иммунореактивным к антителам к субъединице «с» - ИРАСП.

Найдено, что фосфорилирование ИРАСП в митохондриях

Л г печени крыс регулируется Са в пределах физиологических

О Уконцентрации

10 - Ю-0 М), и ингибиторы протеинкиназ и протеинфосфатаз способны модулировать скорость фосфорилирования. На этом основании сделано заключение о том, что фосфорилирование/дефосфорилирование ИРАСП подвержено регуляции системой вторичных мессенджеров.

Была предпринята попытка выяснить, существует ли корреляция фосфорилирования/дефосфорилирования субъединицы «с» с какими-либо митохондриальными функциями. Нами было

Л I показано, что при очень низких концентрациях свободного Са (10" о

М) наблюдается высокий уровень фосфорилирования ИРАСП и низкий уровень синтеза АТФ. Напротив, при высоком уровне Са2+ 1

10" -10" М) фосфорилирование ИРАСП было относительно низким, а скорость синтеза АТФ увеличивалась. Таким образом, наблюдалась четкая обратная корреляция между скоростью окислительного фосфорилирования и уровнем фосфорилирования ИРАСП.

Следует отметить, что до нашего настоящего исследования была широко распространена точка зрения, что вторичные мессенджеры регулируют систему преобразования энергии в митохондриях только на уровне дегидрогеназ цикла Кребса в митохондриальном матриксе. Было известно, что Са2+, как вторичный мессенджер, активирует некоторые НАДН-дегидрогеназы и, таким образом, повышает скорость окислительного фосфорилирования

Nichols and Denton, 1995). Наши результаты показывают, что система вторичных мессенджеров, в частности Са2+-зависимые компоненты, способна регулировать уровень фосфорилирования ИРАСП и скорость окислительного фосфорилирования во внутренней

2+ митохондриальной мембране. Следует подчеркнуть, что Са -индуцированные изменения скорости окислительного фосфорилирования, наблюдаемые нами, нельзя объяснить активацией/ингибированием НАДН-зависимых дегидрогеназ цикла Кребса, так как в наших экспериментах в среде измерения присутствовал ротенон и источником электронов для дыхательной цепи служил только сукцинат, а не какой-либо другой субстрат.

В связи с тем, что одним из физиологически важных состояний митохондрий является открытие во внутренней мембране неселективных пор (шРТР), была изучена взаимосвязь между а . фосфорилированием ИРАСП и Са -индуцированным открытием шРТР. Было показано, что Са2+ -индуцируемое и CysA-чувствительное открытие шРТР во внутренней мембране митохондрий коррелирует с I практически полным Са - и CysA-чувствительным дефосфорилированием ИРАСП. Кроме того, мы обнаружили, что изолированная дефосфорилированная форма субъединицы «с» способна повышать проницаемость митохондриальной мембраны, а также формировать каналы проводимости в БЛМ и поддерживать их в открытом состоянии. Полученные результаты позволяют предположить, что дефосфорилированная форма субъединицы «с» принимает участие в формировании структуры шРТР или, по крайней мере, в увеличении мембранной проницаемости при событиях, связанных с открытием шРТР.

Следует отметить, что в клетке существуют аналоги субъединицы «с», которые способны индуцировать или регулировать мембранную проницаемость. К ним относится 16 кДа протеолипид -гидрофобный ДЦКД-связывающий пептид вакуолярной V0Vi-АТРазы (дактин), рассматриваемый как димер митохондриальной субъединицы «с» (Peters et al., 2001; Bayer et al., 2003). Другой известный 15-16 кДа протеолипид, имеющий 60-70% гомологии по аминокислотной последовательности с субъединицей «с», - это компонент медиаторофора, обнаруженного в препаратах синаптосом (Shiff et al., 1996; Brochier and Morel, 1993; Morel et al., 2001). Медиаторофор транспортирует ацетилхолин в ответ на повышенный уровень кальция. Кроме того, описано, что дактин входит в состав межклеточных контактов (gap junction), и обладает, кроме способности осуществлять транслокацию ионов водорода, свойством формировать мегаканалы в межклеточных контактах (Finbow et al., 1992; Finbow et al., 1995; Finbow and Harrison, 1997).

На основании полученных результатов мы выдвигаем гипотезу о том, что субъединица «с» принимает участие как в «сопряженном» транспорте ионов Н* через FoFi-ATP синтетазу, что приводит к хемиосмотическому синтезу АТФ, так и в регуляции скорости синтеза АТФ. При высоком уровне мембранного потенциала и очень низкой концентрации свободного Са (10' М) ИРАСП полностью фосфорилирован и транспорт ионов НГ через FoFi-АТРазу и, соответственно, через внутреннюю митохондриальную мембрану происходит с относительно низкой скоростью. В этом состоянии скорость синтеза АТФ мала. Эта ситуация обычна для клеток, находящихся в состоянии покоя. Повышение физиологического

94- 7 уровня Са до 10* -10' М вызывает дефосфорилирование ИРАСП и увеличение сопряженного транспорта Н* и синтеза АТФ, что может происходить в активированных клетках.

94

При массивной нагрузке ионами Са митохондрий и падении мембранного потенциала субъединица «с» подвергается полному дефосфорилированию. Как было показано в настоящем исследовании, дефосфорилированнная форма субъединицы «с» может индуцировать пассивный ионный транспорт через внутреннюю митохондриальную мембрану, а также через БЛМ. На этом основании мы полагаем, что при открытии гпРТР в митохондриях субъединица «с» индуцирует пассивный транспорт ионов через внутреннюю мембрану митохондрий, в результате нарушения взаимодействия Fo и F] секторов FoFi-АТРазы. При этом как синтез, так и гидролиз АТФ не происходят. Такая ситуация может наблюдаться при программируемой клеточной гибели и других патологических состояниях.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Одинокова, Ирина Владимировна, Пущино

1. Бойер П.Д. На пути к пониманию каталитического механизма АТР-синтетазы // Биохимия (М), 2001, 66(10), 1312-1322.

2. Евтодиенко Ю. В. Механизмы и регуляция транспорта ионов в митохондриях // Докт. дисс., Пущино, 1979.

3. Евтодиенко Ю.В. Автоколебания трансмембранных потоков кальция в митохондриях и их возможное биологическое значение // Биологические мембраны, 2000, 14(1), 5-17.

4. Евтодиенко Ю.В., Акименко В.К. Преобразование энергии в биологических системах / Пущино, ИБФМ РАН, 1998.

5. Зоров Д.Б. Митохондриальный транспорт нуклеиновых кислот. Участие бензодиазепинового рецептора // Биохимия, 1996, 61(7), 1320-1332.

6. Лейкин Ю.Н., Виноградов А.Д. Взаимосвязь окислительного фосфорилирования и транспорта ионов Са2+ в митохондриях // Укр. биохим. журнал, 1971, 43(1):88-97.

7. Ливанова Н.Б. К проблеме специфичности протеинфосфокиназы печени крыс // Вопр. мед. химии, 1962, 8, 429-431.

8. Николе Д.Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмотическую теорию. Пер. с англ. / М., Мир, 1985.

9. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран / М.: Наука, 1989.

10. Abrahams J.P., Leslie A.G., Lutter R., and Walker J.E. Structure at 2.8 A resolution of FrATPase from bovine heart mitochondria // Nature, 1994, 370, 621-628.

11. Backer J.M., Arcoleo J.P. and Weinstein I.B. Protein phosphorylation in isolated mitochondria and the effects of protein kinase С // FEBS Lett., 1986, 200(1), 161-164.

12. Bayer M.J., Reese C., Buhler S., Peters C., and Mayer A. Vacuole membrane fusion: Vo functions after trans-SNARE pairing and is coupled to the Ca releasing channel // J. Cell. Biol., 2003, 162(2), 211-222.

13. Bera A.K., Ghosh S., and Das S., Mitochondrial VDAC can be phosphorylated by cyclic AMP-dependent protein kinase // Biochem. Biophys. Res. Comm., 1995, 209, 213-217.

14. Berkich D.A., Williams G.D., Masiakos P.T., Smith M.B., Boyer P.D., and LaNoue K.F. Rates of various reactions catalyzed by ATP synthase as related to the mechanism of ATP synthesis // J. Biol. Chem., 1991,266(1), 123-129.

15. Bers D.M., Patton C.W., and Nuccitelli R. A practical guide to the preparation of Ca2+ buffers // Methods Cell. Biol., 1994, 40, 3-29.

16. Bianchet M.A., Hullihen J., Pedersen P.L., and Amzel L.M. The 2.8-A structure of rat liver Fj-ATPase: configuration of a critical intermediate in ATP synthesis/hydrolysis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, 95(19), 11065-11070.

17. Boyer P.D. and Kohlbrenner W.E. The present status of the binding-change mechanism and its relation to ATP formation by chloroplasts/ in Energy Coupling in Photosynthesis (Selman B.R. & Selman-Reimer S., eds.), Elsevier, Amsterdam, 1981, 231-240.

18. Boyer P.D. Catalytic site forms and controls in ATP synthase catalysis//Biochim. Biophys. Acta, 2000, 1458(2-3), 252-262.

19. Boyer P.D. The binding change mechanism for ATP synthase — some probabilities and possibilities // Biochim. Biophys. Acta, 1993, 1140(3), 215-250.

20. Bradford A.P. and Yeaman S.J. Mitochondrial protein kinases and phosphatases // Adv. Prot. Phosphatases, 1986, III, 73-106.

21. Braig K., Menz R.I., Montgomery M.G., Leslie A.G., and Walker J.E. Structure of bovine mitochondrial Fj-ATPase inhibited by Mg2+ ADP and aluminium fluoride // Structure Fold. Des., 2000, 8(6), 567573.

22. Brochier G., and Morel N. The same 15 kDa proteolipid subunit is a constituent of two different proteins in Torpedo, the acetylcholine releasing protein mediatophore and the vacuolar H4" ATPase. Neurochem. Int., 1993,23(6), 525-539.

23. Broekemeier К. M., Dempsey M. E., Pfeiffer D. R. Cyclosporin A is a potent inhibitor of the inner membrane permeability transition in liver mitochondria // J. Biol. Chem., 1989, 264, 7826-7830.

24. Brustovetsky N., and Klingenberg M. Mitochondrial ADP/ATP carrier can be reversibly converted into a large channel by Ca // Biochemistry, 1996, 35(26), 8483-8488.

25. Brustovetsky N., Tropschug M., Heimpel S., Heidkamper D., andл ,

26. Klingenberg M. A large Ca -dependent channel formed by recombinant ADP/ATP carrier from Neurospora crassa resembles the mitochondrial permeability transition pore // Biochemistry, 2002, 41(39), 11804-11811.

27. Burgess J.W., and Yamada E.W. cAMP-dependent protein kinase isozymes with preference for histone H2B as substrate in mitochondria of bovine heart // Biochem. Cell. Biol., 1987, 65(2),137-143.

28. Burnett G., and Kennedy E.P. The enzymatic phosphorylation of proteins // J. Biol. Chem, 1954, 211(2), 969-980.

29. Bygrave F. L. and Benedetti A. Calcium: its modulation agonists // Biochem. J., 1993,296, 1-14.

30. Cain B.D. Mutagenic analysis of the F0 stator subunits // J. Bioenerg. Biomembr., 2000,32(4), 365-371.

31. Capaldi R.A., Aggeler R., and Wilkens S. Conformational changes in the gamma and epsilon subunits are integral to the functioning of the Escherichia coli НГ-pumping ATPase (ECFiF0) // Biochem. Soc. Trans., 1995, 23(4), 767-770.

32. Capaldi R.A., and Aggeler R. Mechanism of the FiF0-type ATP synthase, a biological rotary motor // Trends Biochem. Sci., 2002, 27(3), 154-160.

33. Carafoli E., Malmstrom K., Jerusalem F. Mitochondrial calcium transport in normal and injured cells // Biochem. Biophys. Acta, 1965,97,107-117.

34. Chance В., and Williams G.R. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. VI. The effects of adenosine diphosphate on azide-treated mitochondria //J. Biol. Chem., 1956, 221(1), 477-489.

35. Chance В., and Williams G.R. The respiratory chain and oxidative phosphorylation // Adv. Enzymol. Relat. Subj. Biochem., 1956, 17, 65-134.

36. Cintron N.M., and Pedersen P.L. A protein inhibitor of the mitochondrial adenosine triphosphatase complex of rat liver. Purification and characterization // J. Biol. Chem., 1979, 254(9), 3439-3943.

37. Cox G.B., Jans D.A., Fimmel A.L., Gibson F., and Hatch L. Hypothesis. The mechanism of ATP synthase. Conformationalchange by rotation of the beta-subunit // Biochim. Biophys. Acta, 1984, 768(3-4), 201-208.

38. Crompton M., Ellinger H., Costi A. Ingibition by cyclosporin A of Ca -dependent pore in heart mitochondria activated by inorganic phosphate and oxidative stress // Biochem. J., 1988, 255, 357-360.

39. Crompton M., Moser R., Ludi H., Carafoli E. The interrelation between the transport of sodium and calcium in mitochondria of varias mammalian tissue // Eur. J. Biochem., 1978, 82, 25-31.

40. Da Silva L.P., Lindahl M., Lundin M., and Baltscheffsky H. Protein phosphorylation by inorganic pyrophosphate in yeast mitochondria // Biochem. Biophys. Res. Comm., 1991, 178(3), 1359-1364.

41. Damuni Z., and Reed L.J. Purification and characterization of a divalent cation-independent, spermine-stimulated protein phosphatase from bovine kidney mitochondria // J. Biol. Chem., 1987, 262(11), 5133-5138.л .

42. Denton R.M., and McCormack J.G. Ca as a second messenger within mitochondria of the heart and other tissues // Annu. Rev. Physiol., 1990, 52, 451-466.

43. Denton R.M., Randle P.J., and Martin B.R. Stimulation by calcium ions of pyruvate dehydrogenase phosphate phosphatase // Biochem. J., 1972, 128(1), 161-163.

44. Dimroth P., Matthey U., and Kaim G. Critical evaluation of the one-versus the two-channel model for the operation of the ATP synthase's F0 motor//Biochim. Biophys. Acta, 2000, 1459(2-3), 506-513.

45. Dmitriev O., Jones P.C., Jiang W., and Fillingame R.H. Structure of the membrane domain of subunit b of the Escherichia coli FoFj ATP synthase//J. Biol. Chem., 1999, 274(22), 15598-15604.

46. Ferrari S., Moret V., and Siliprandi N. Protein phosphorilation in rat liver mitochondria// Mol. and Cell Biochem., 1990, 97, 9-16.

47. Finbow M.E., and Harrison M.A. The vacuolar FT-ATPase: a universal proton pump of eukaryotes // Biochem. J., 1997, 324 (3), 697-712.

48. Finbow M.E., Harrison M., and Jones P. Ductin a proton pump component, a gap junction channel and a neurotransmitter release channel//Bioessays, 1995, 17(3), 247-255.

49. Frangione В., Rosenwasser E., Penefsky H.S., and Pullman M.E. Amino acid sequence of the protein inhibitor of mitochondrial adenosine triphosphatase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1981, 78(12), 7403-7407.

50. Galiegue S., Tinel N., and Casellas P. The peripheral benzodiazepine receptor: a promising therapeutic drug target // Curr. Med. Chem., 2003, 10(16), 1563-1572.

51. Gazzotti P., Gloor M., and Carafoli E. Calmodulin binding proteins in rat liver mitochondria // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1984, 119(1), 343-351.

52. Girvin M.E., Rastogi V.K., Abildgaard F., Markley J.L., and Fillingame R.H. Solution structure of the transmembrane H1"-transporting subunit с of the FiF0 ATP synthase // Biochemistry, 1998, 37(25), 8817-8824.

53. Gruber G., and Capaldi R.A. The trapping of different conformations of the Escherichia coli Fi ATPase by disulfide bond formation. Effect on nucleotide binding affinities of the catalytic sites // J. Biol. Chem., 1996, 271(51), 32623-32628.

54. Gunter Т. E., Pfeiffer D. R. Mechanisms by wich mitochondria transport calcium//J. Physiol., 1990, 258, c. 755-786.4 I

55. Hamasur В., and Glaser E. Plant mitochondrial F0Fi ATP synthase. Identification of the individual subunits and properties of the purified spinach leaf mitochondrial ATP synthase // Eur. J. Biochem., 1992, 205(1), 409-416.

56. Hansford R.G. Physiological role of mitochondrial Ca2+ transport // J. Bioenerg. Biomembr., 1994, 26(5), 495-508.

57. Hashimoto E., and Yamamura H. Comparison of substrate recognition by protein kinase С (type III) between rat liver cytosolic and particulate fractions // Int J Biochem., 1990, 22(4), 405-410.

58. Hauet Т., Liu J., Li H., Gazouli M., Culty M., and Papadopoulos PBR, StAR, and PKA: partners in cholesterol transport in steroidogenic cells // Endocr. Res., 2002, 28(4), 395-401.

59. Hekman С., Tomich J.M., and Hatefi Y. Mitochondrial ATP synthase complex. Membrane topography and stoichiometry of the F0 subunits //J. Biol. Chem., 1991, 266(21), 13564-13571.

60. Hemenway C.S., and Heitman J. Calcineurin. Structure, function, and inhibition// Cell. Biochem. Biophys., 1999, 30(1 ):115-151.

61. Henriksson Т., and Jergil B. Protein kinase activity and endogenous phosphorylation in subfractions of rat liver mitochondria // Biochim. Biophys. Acta, 1979, 588(3), 380-391.

62. Holzenburg A., Jones P.C., Franklin Т., Pali Т., Heimburg Т., Marsh D., Findlay J.B., and Finbow M.E. Evidence for a common structure for a class of membrane channels // Eur. J. Biochem., 1993, 213(1), 21-30.

63. Hughes W.A., and Denton R.M. Incorporation of 32Pj into pyruvate dehydrogenase phosphate in mitochondria from control and insulin-treated adipose tissue // Nature, 1976, 264, 471-473.

64. Hughes W.A., and Halestrap A.P. The regulation of branched-chain 2-oxo acid dehydrogenase of liver, kidney and heart by phosphorylation // Biochem. J., 1981, 196(2), 459-469.

65. Hutson S.M., Berkich D., Williams G.D, LaNoue K.F, Briggs R.W. 31P NMR visibility and characterization of rat liver mitochondrial matrix adenine nucleotides // Biochemistry, 1989, 28(10), 4325-43321. Л I

66. Jeng A.Y., and Shamoo A.E. The electrophoretic properties of a Ca carrier isolated from calf heart inner mitochondrial membrane // J. Biol. Chem., 1980, 255(14), 6904-6912.

67. Johnson D. and Lardy H.A. Isolation of liver or kidney mitochondria // Meth. Enzymol. 1967, 10, 94-96.

68. Junge W., Lill H, and Engelbrecht S. ATP synthase: an electrochemical transducer with rotatory mechanics // Trends Biochem. Sci, 1997, 22, 420-423.

69. Junge W, Panke O, Cherepanov D.A, Gumbiowski K, Muller M, and Engelbrecht S. Inter-subunit rotation and elastic power transmission in F0F,-ATPase // FEBS Lett, 2001, 504(3), 152-160.

70. Kaim G, and Dimroth P. A triple mutation in the a subunit of the Escherichia coli/Propionigenium modestum FiF0 ATPase hybrid causes a switch from Na+ stimulation to Na+ inhibition // Biochemistry, 1998, 37(13), 4626-4634.

71. Kaim G, and Dimroth P. ATP synthesis by the FiF0 ATP synthase of Escherichia coli is obligatorily dependent on the electric potential // FEBS Lett, 1998, 434(1-2), 57-60.

72. Kaim G, and Dimroth P. Voltage-generated torque drives the motor of the ATP synthase // EMBO J, 1998, 17(20), 5887-5895.

73. Kato-Yamada Y., Noji H., Yasuda R., Kinosita K. Jr., and Yoshida M. Direct observation of the rotation of epsilon subunit in Fj-ATPase //J. Biol. Chem., 1998, 273(31), 19375-19377.

74. Kinnally K.W., Zorov D.B., Antonenko Y.N., Snyder S.H., McEnery M.W., and Tedeschi H. Mitochondrial benzodiazepine receptor linked to inner membrane ion channels by nanomolar actions of ligands//Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993,90(4), 1374-1378.

75. Kitagawa M., Mukai H., and Ono Y. Molecular cloning and characterization of a novel mitochondrial phosphoprotein. MIPP65, from rat liver // Exp. Cell. Res., 1997, 235, 71-78.

76. Kitagawa Y., Racker E. Purification and characterization of two protein kinases from bovine heart mitochondrial membrane // J Biol Chem., 1982,257(8), 4547-4551.

77. Laemmli U. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 //Nature, 1970; 227, 680-685.

78. Le Quoc K. and Le Quoc D. Critical role of sulfhydryl groups in mitochondrial inner membrane structure // J. Biol. Chem., 1985, 260, 7422-7428.

79. Le Quoc K. and Le Quoc D. Involvement of the ADP/ATP carrier in cflcium-indused perturbations of the mitochondria inner membranepermeability: importance of the nucleotide binding site // Arch. Biochem. Biophys., 1988, 265, 249-257.

80. Lehninger A. L. Mitochondria and calcium transport // Biochem. J., 1980,190, 129.

81. Liu J., Li H., and Papadopoulos V. PAP7, a PBR/PKA-RIalpha-associated protein: a new element in the relay of the hormonal induction of steroidogenesis // J. Steroid. Biochem. Mol. Biol., 2003, 85(2-5), 275-283.

82. Lowry O.H., Rosebrough N. J., Farra A. L., Randall R. J. Protein measurement with the folin phenol reagents // J. Biol. Chem. ,1951, 193(2), 265-275.

83. Malmstrom K., and Carafoli E. The interaction of Ca2+ with mitochondria from human myometrium// Arch. Biochem. Biophys., 1977,182(2), 657-666.

84. Massari S. and Azzone G. F. The equivalent pore radius of intact and damaged mitochondria and the mechanism of active shrinkage // Biochem. Biopfys. Acta, 1972, 283, 23-29.

85. Milgrom Y.M., Murataliev M.B., and Boyer P.D. Bi-site activation occurs with the native and nucleotide-depleted mitochondrial Fj-ATPase//Biochem. J., 1998,330, 1037-1043.

86. Mitchell P. A chemiosmotic hypothesis for the mechanism of oxidative and photosynthetic phosphorylation // Nature, 1961, 191, 144-148.

87. Morel N., Dunant Y., and Israel M. Neurotransmitter release through the V0 sector of V-ATPase // J. Neurochem., 2001, 79(3), 485-488.

88. Morikami A., Aliso K., Asahi Т., and Nakamura K. The 5'-subunit of higher plant six-subunit mitochondrial Fj-ATPase is homologous to the 8-subunit of animal mitochondrial F|-ATPase // J. Biol. Chem., 1992, 267, 72-76.

89. Muller G., and Bandlow W. Protein phosphorylation in yeast mitochondria: cAMP-dependence, submitochondrial localization and substrates of mitochondrial protein kinases // Yeast, 1987, 3, 161174.

90. Murataliev M.B., and Boyer P.D. Interaction of mitochondrial Fr ATPase with trinitrophenyl derivatives of ATP and ADP. Participation of third catalytic site and role of Mg2+ in enzyme inactivation // J. Biol. Chem., 1994, 269(22), 15431-15439.

91. Nichols B.J., and Denton R.M. Towards the molecular basis for the regulation of mitochondrial dehydrogenases by calcium ions // Mol. Cell. Biochem., 1995,149/150,203-212.

92. Nichols D. S., Crompton M. Mitochondrial calcium transport // FEBS Lett., 1980, 111, 261-268.

93. Noji H., Amano Т., and Yoshida M. Molecular switch of F0FrATP synthase, G-protein, and other ATP-driven enzymes // J. Bioenerg. Biomembr., 1996, 28(5), 451-457.

94. Novgorodov S. A., Gudz Т. I., Brierly G. R. and Pfeiffer D. R. Magnesium ion modulates the sensitivity of the mitochondrial permeability pore to cyclosporin A and ADP // Arch. Biochem. Biophys., 1994, 311, 219-228.

95. Odessey R. Direct evidence for the inactivation of branched-chain oxo-acid dehydrogenase by enzyme phosphorylation // FEBS Lett., 1980, 121(2), 306-308.

96. Oosawa F., and Masai J. Asymmetry of fluctuation with respect to time reversal in steady states of biological systems // Biophys. Chem., 1982, 16(1), 33-40.

97. Palmer D.N., Bayliss S.L., and Westlake V.J. Batten disease and the ATP synthase subunit с turnover pathway: raising antibodies to subunit c//Am. J. Med. Genet., 1995, 57(2), 260-265.

98. Papa S., Sardanelli A.M., Scacco S., and Technikova-Dobrova Z. cAMP-dependent protein kinase and phosphoproteins in mammalianmitochondria. An extension of the cAMP-mediated intracellular signal transduction // FEBS Lett., 1999, 444(2-3), 245-249.

99. Penefsky H.S. Energy-dependent dissociation of the ATP from high affinity catalytic sites of beef heart mitochondria ATPase // J. Biol. Chem., 1985, 260, 13735-13741.

100. Peters C., Bayer M.J., Buhler S., Andersen J.S., Mann M., and Mayer A. Trans-complex formation by proteolipid channels in the terminal phase of membrane fusion //Nature, 2001, 409(6820), 581-588.

101. Petronilli V., Cola C., Bernardi P. Modulation of the mitochondrial Cyclosporin A-sensitive permeability transition pore // J. Biol. Chem., 1993,268, 1011-1016.

102. Pietrobon D., Di Virgilio F. and Pozzan T. Structural and functional aspects of calcium homeostasis in eucaryotic cells // Eur. J. Biochem., 1990, 193, 599-622.

103. Pozzan Т., Rizzuto R., Volpe P. and Meldolesi J. Molecular and cellular physiology of intracellular calcium stores // Physiol. Rev., 1994, 74,595 636.

104. Reed L.J. Multi enzyme complexes // Acc. Chem. Res, 1973, 7, 4056.

105. Richter C. Mitochondrial calcium transport./in Molecular Mechanisms in Bioenergetics (Ernster L. ed.), Elsevier Sciens Publishers, Amsterdam, 1992, 343-358.

106. Rose S.P, and Heald P.J. A phosphoprotein-phosphatase from ox brain // Biochem. J, 1961, 81, 339-347.

107. Rossi G. S, Lehninger A. L. Stoichometric relationship between mitochondrial ion accumulation and oxidative phosphorylation // Biochem. Biophys. Res. Commun, 1963, 11, 441-446.

108. Rusnak F, and Mertz P. Calcineurin: form and function // Physiol. Rev, 2000, 80(4), 1483-1521.

109. Sambongi Y, Iko Y, Tanabe M, Omote H, Iwamoto-Kihara A, Ueda I, Yanagida T, Wada Y, and Futai M. Mechanical rotation of the с subunit oligomer in ATP synthase (FoFj): direct observation // Science, 1999, 286(5445), 1722-1724.

110. Sardanelli A.M., Technikova-Dobrova Z, Scacco S.C, Speranza F, and Papa S. Characterization of proteins phosphorylated by the cAMP-dependent protein kinase of bovine heart mitochondria // FEBS Lett, 1995, 377(3), 470-474.

111. Sardanelli A.M., Technikova-Dobrova Z, Speranza F, Mazzocca A, Scacco S, and Papa S. Topology of the mitochondrial cAMP-dependent protein kinase and its substrates // FEBS Lett, 1996, 396(2-3), 276-278.

112. Sarrouilhe D, and Baudry M. Evidence of true protein kinase CKII activity in mitochondria and its spermine-mediated translocation to inner membrane // Cell Mol. Biol, 1996, 42(2), 189-197.

113. Schwoch G., Trinczek В., and Bode C. Localization of catalytic and regulatory subunits of cyclic AMP-dependent protein kinases in mitochondria from various rat tissues // Biochem. J. 1990, 270(1), 181-188.

114. Shiff G., Synguelakis M., and Morel N. Association of syntaxin with SNAP 25 and VAMP (synaptobrevin) in Torpedo synaptosomes // Neurochem. Int., 1996, 29(6):659-667.

115. Steenaart N.A.E., and Shore G.C. Mitochondrial cytochrom с oxidase is phosphorylated by an endogenous kinase // FEBS Lett., 1997, 415, 294-298.

116. Steiner A.W., and Smith R.A. Endogenous protein phosphorylation in rat brain mitochondria: occurrence of a novel ATP-dependent form of the autophosphorylated enzyme succinyl-CoA synthetase // J. Neurochem., 1981, 37(3), 582-593.

117. Stock D., Leslie A.G., and Walker J.E. Molecular architecture of the rotary motor in ATP synthase // Science, 1999, 286(5445), 17001705.

118. Struglics A., Fredlund K.M., Konstantinov Y.M., Allen J.F., and Moller I.M. Protein phosphorylation/dephosphorylation in the inner membrane of potato tuber mitochondria // FEBS Lett., 2000, 475(3), 213-217.

119. Struglics A., Fredlund K.M., Moller I.M., and Allen J.F. Two subunits of the F0FrATPase are phosphorylated in the inner mitochondrial membrane // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1998, 243(3), 664-648.

120. Swanson S.K., Born Т., Zydowsky L.D., Cho H., Chang H.Y., Walsh C.T., and Rusnak F. Cyclosporin-mediated inhibition of bovine calcineurin by cyclophilins A and В // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, 89(9), 3741-3745.

121. Technikova-Dobrova Z., Sardanelli A.M., and Papa S. Phosphorylation of mitochondrial proteins in bovine heart. Characterization of kinases and substrates // FEBS Lett., 1993, 322(1), 51-55.

122. Technikova-Dobrova Z., Sardanelli A.M., Stanca M.R., and Papa S. cAMP-dependent protein phosphorylation in mitochondria of bovine heart//FEBS Lett., 1994, 350(2-3), 187-191.

123. Tomashek J.J., Brusilow W.S.A. Stoichiometiy of energy coupling by proton-translocating ATPases: a history of variability // J. Bioenerg. Biomembr., 2000, 32, 439-500.

124. Tomaska L. Mitochondrial protein phosphorylation: lessons from yeasts // Gene, 2000, 255(1), 59-64.

125. Tsunoda S.P., Aggeler R., Yoshida M., and Capaldi R.A. Rotation of the с subunit oligomer in fully functional FiF0 ATP synthase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, 98(3), 898-902.

126. Valiyaveetil F.I., and Fillingame R.H. Transmembrane topography of subunit a in the Escherichia coli F.Fo ATP synthase // J. Biol. Chem., 1998,273(26), 16241-16247.

127. Vardanis A. Protein kinase activity at the inner membrane of mammalian mitochondria//J. Biol. Chem., 1977, 252, 807-813.

128. Vik S.B. and Antonio B.J. A mechanism of proton translocation by FiF0 ATP synthases suggested by double mutants of the a subunit // J. Biol. Chem., 1994, 269, 30364-30369.

129. Wada Т., Long J.C., Zhang D., and Vik S.B. A novel labeling approach supports the five-transmembrane model of subunit a of the Escherichia coli ATP synthase // J. Biol. Chem., 1999, 274(24), 17353-17357.

130. Wang H.G., Pathan N., Ethell I.M., Krajewski S., Yamaguchi Y., Shibasaki F., McKeon F., Bobo Т., Franke T.F., and Reed J.C. Ca2+induced apoptosis through calcineurin dephosphorylation of BAD // Science, 1999, 284(5412), 339-343.

131. Weber J., and Senior A.E. ATPsynthase: what we know about ATP hydrolysis and what we do not know about ATP synthesis // Biochem. Biophys. Acta, 2000, 1458, 300-309.

132. Wieland O.H. The mammalian pyruvate dehydrogenase complex: structure and regulation // Rev. Physiol., Biochem. Pharmacol., 1983, 96, 123-170.

133. Yasuda R., Noji H., Yoshida M., Kinosita K, and Itoh H. Resolution of distinct rotational substeps by submillisecond kinetic analysis of FrATPase// Nature, 2001, 410, 898-904.

134. Zoratti M., Szabo I. The mitochondrial permeability transition // Bioch. Biophys. Acta, 1995, 1241, 139-176.1. БЛАГОДАРНОСТЬ

135. С чувством глубокой признательности выражаю благодарность руководителям моей работы Евтодиенко Юрию Владимировичу и Азарашвили Тамаре Сергеевне за чуткое отношение, руководство и постоянную помощь в работе.