Mitochondriální cytochrom c oxidasa: inhibice kyanidem a vliv defektu asemblačního faktoru Surf1

Abstract

Aktivita mitochondriální cytochrom c oxidasy (COX, EC 1.9.3.1) může být ovlivněna jak faktory exogenními, tak endogenními. Nejúčinnější a v prostředí se nejhojněji vyskytující látkou, jež inhibuje COX, je kyanid. Velmi častá příčina lidské deficience COX je představována defektem v genu SURF1. Mechanismus inhibičního účinku kyanidu na COX stejně jako podmínky jeho zvratu nejsou zcela vysvětleny. Tři parametry funkce COX, jmenovitě transport elektronů (spotřeba kyslíku), transport protonů (mitochondriální membránový potenciál, m) a afinita ke kyslíku (hodnota p50), byly studovány s ohledem na inhibici KCN a její zvrat pyruvátem. Analyzována byla funkce COX v intaktních izolovaných mitochondriích jak v rámci dýchacího řetězce, tak jako samostatný enzym za použití sukcinátu nebo arteficielního elektronového donoru askorbát + TMPD. 250 M KCN zcela inhiboval elektron- i protontransportní funkci COX a tato inhibice byla plně reverzibilní, což se projevilo plnou aktivitou po promytí mitochondrií. Přidání 60 mM pyruvátu vyvolalo maximální obnovu obou parametrů pouze na 60 - 80 % původních hodnot. KCN o nízkých koncentracích do 5 M způsobil výrazný, třicetinásobný pokles afinity COX ke kyslíku. Tento pokles byl opět plně reverzibilní promytím mitochondrií, zatímco podání pyruvátu vedlo jen k částečné,...

The activity of mitochondrial cytochrome c oxidase (COX) can be affected by either exogenous or endogenous factors. The most efficient and in the environment abundant compound that inhibits COX is cyanide. The very frequent cause of COX deficiency in humans is represented by a defect in the SURF1 gene. The mechanism of cyanide inhibitory effect on COX as well as the conditions for its recovery are not yet fully explained. Three parameters of COX function, namely the transport of electrons (oxygen consumption), the transport of protons (mitochondrial membrane potential, m) and the enzyme affinity to oxygen (p50 value), were studied with regard to the inhibition by KCN and its reversal by pyruvate. The function of COX was analysed in intact isolated rat liver mitochondria, both within the respiratory chain and as a sole enzyme, using succinate or an artificial electron donor ascorbate + TMPD as a substrate. 250 M KCN completely inhibited both electron- and proton-transporting function of COX, and this inhibition was reversible as proved with washing of mitochondria. The addition of 60 mM pyruvate induced the maximal recovery of both parameters to 60 - 80 % of original values. Using KCN in the low concentration range up to 5 M, a profound, 30-fold decrease of COX affinity to oxygen was observed....