Molekulární mechanismus produkce reaktivních forem kyslíku u flavinových dehydrogenáz mitochondriálního respiračního řetězce.

Abstract

Cílem této práce je odhalit molekulární mechanismus produkce reaktivních forem kyslíku flavinovými dehydrogenázami mitochondriální glycerol-3-fosfát dehydrogenázou (mGPDH) a sukcinát dehydrogenázou (SDH). Obě tyto dehydrogenázy představují důležité zdroje reaktivních forem kyslíku v savčích mitochondriích, ale mechanismus úniku elektronů není zatím dostatečně popsán. Jelikož mechanismy produkce reaktivních forem kyslíku ostatními komplexy dýchacího řetězce jsou charakterizovány lépe, mohou posloužit jako případové studie pro lepší pochopení produkce reaktivních forem kyslíku flavinovými dehydrogenázami, a proto jsou důležité poznatky shrnuty v první části této práce. Ke studiu produkce reaktivních forem kyslíku izolovanými flavinovými dehydrogenázami jsme jako model používali digitoninem solubilizované mitochondrie z hnědé tukové tkáně potkana. Měření enzymových aktivit, produkce peroxidu vodíku pomocí fluorescence Amplex UltraRed a luminiscence luminolu odhalila flavin, jakožto nejpravděpodobnější místo úniku elektronů u SDH za in vivo podmínek, zatímco místo vázající koenzym Q navrhujeme jako místo produkce reaktivních forem kyslíku v případě mGPDH. Odlišný mechanismus této produkce oběma dehydrogenázami je patrný také z indukce reaktivních forem kyslíku vyvolané ferrikyanidem, která je...

The aim of this thesis is to investigate molecular mechanism of reactive oxygen species production by flavin dehydrogenases mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase (mGPDH) and succinate dehydrogenase (SDH). Together, they represent important source of reactive oxygen species in mammalian mitochondria, but the mechanism of electron leak is still poorly understood. Because mechanisms of reactive oxygen species production by other complexes of respiratory chain are better characterized, they can serve as case studies to get insight into mechanisms of reactive oxygen species by flavin dehydrogenases. Relevant knowledge is therefore summarized in the first part of the thesis. To study the production of reactive oxygen species by the isolated flavin dehydrogenases, we used brown adipose tissue mitochondria solubilized by digitonin as a model. Enzyme activity measurements, hydrogen peroxide production studies by Amplex UltraRed fluorescence and luminol luminescence revealed flavin as the most likely source of electron leak in SDH under in vivo conditions, while we propose coenzyme Q binding site as the site of reactive oxygen species production in the case of mGPDH. Distinct mechanism of this production by the two dehydrogenases is also apparent from induction of reactive oxygen species...