Русская версия English version   
Том 9   Выпуск 1   Год 2014
Компьютерный анализ гистерезиса и бистабильности в дыхательной цепи митохондрий

Маркевич Н.И., Хоек Я.

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, Московская область, 142290, Россия
Университет Томаса Джефферсона, Филадельфия, 19107, США 
 
 
Аннотация. Количественный анализ бистабильности в работе дыхательной цепи был выполнен с помощью математической модели, представляющей систему 32 обыкновенных дифференциальных уравнений. Детальный численный анализ широкого спектра стационарных состояний в модели выявил механизмы появления гистерезиса и бистабильности в работе дыхательной цепи в условиях окисления НАДН, сукцината и НАДН+сукцинат. Показано, что появление гистерезиса и бистабильности при окислении НАДН и сукцината имеет один и тот же кинетический механизм, а именно, кажущееся субстратное угнетение окисления QH2 на Qo-сайте комплекса III.   Однако, условия возникновения бистабильности при окисленнии разных субстратов сильно отличаются из-за разной QH2-зависимости скорости генерации QH2 в комплексах I и II. Наиболее важными параметрами, которые влияют на появление бистабильности в дыхательной цепи при окислении НАДН и НАДН+сукцинат, являются скорость восстановления НАДН в матриксе и концентрации комплекса I и убихинона во внутренней мембране митохондрий. Детально изучена гипотеза, предложенная ранее Селивановым с коллегами, о том, что бистабильность является причиной экспериментально наблюдаемого сильного увеличения производства активных форм кислорода (АФК) при гипоксии-реоксигенации. Компьютерное моделирование ситуации «гипоксия-реоксигенация» при условии существования бистабильности в модели показывает, что существенный рост производства АФК при реоксигенации наблюдается только при слабых изменениях мембранного потенциала в результате гипоксии. Если же при гипоксии мембранный потенциал сильно падает, удерживая высокую скорость дыхания и окисленное состояние дыхательной цепи, то реоксигенация, следующая после гипоксии, не приводит к изменению скорости производства АФК, существовавшему до гипоксии. Результаты этого исследования предполагают существование другого дополнительного механизма сильного увеличения АФК в митохондриях в результате гипоксии-реоксигенации, приводящего к гибели клеток.
 
Ключевые слова: активные формы кислорода (АФК), митохондриальная дыхательная цепь, математическая модель, гистерезис и бистабильность, гипоксия-реоксигенация. 

 

Содержание Оригинальная статья
Мат. биол. и биоинф.
2014;9(1):89-111
doi: 10.17537/2014.9.89
опубликована на англ. яз.

Аннотация (англ.)
Аннотация (рус.)
Полный текст (англ., pdf)
Список литературы

 

  Copyright ИМПБ РАН © 2005-2022