Hiivan mitokondrioan polyfosfaatit (2010)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20673205

Biochemistry (Mosc). 2010 Jul;75(7):825-31.

Inorganic polyphosphates in mitochondria.

Kulakovskaya TV¹, Lichko LP, Vagabov VM, Kulaev IS.

TIIVISTELMÄ. Abstract

 Katsastetaan nykytietoa epäorgaanisista polyfosfaateista ja niiden kriittisestä merkityksestä  hiivasolun mitokondrian toiminnalle tai  toiminnan häiriölle.

• Current data concerning the crucial role of inorganic polyphosphates (polyP) in mitochondrial functions and dysfunctions in yeast and animal cells are reviewed.

 Tavallisen hiivan mitokondrioista on löydetty biopolymeerejä, suhteellisen lyhytkokoisia polyfosfaatteja  noin 15 peräkkäisttä fosfaattia ( ottaen huomioon että luonnossa  esim bakteereissa tms. voi   esiintyä  monen tuhannen  tai kymmnentuhannen  epäorgaanisen fosfaatin ketjuja).
Hiivasolun kaikista  polyfosfaateista mitokondrian polyfosfaatit ovat 7-10%. Nämä  mitokondriaaliset polyfosfaatit asettuvat  mitokondrian kalvoihin  ja kalvovälitilaan. Mitokondrain kalvossa esiintyy kompleksisena rakenteenta polyfosfaattiketju/varauksin / kalsium  (2+) jonia/polyhydroksivoihappoa (PHB). polyfosfaatin kertymä on tyypillistä promitokondrialle muta ei aktiiville funktionaaliselle mitokondrialle. 

•  Biopolymers with short chain length (approximately 15 phosphate residues) were found in the mitochondria of Saccharomyces cerevisiae. They comprised 7-10% of the total polyP content of the cell. The polyP are located in the membranes and intermembrane space of mitochondria. The mitochondrial membranes possess polyP/Ca2+/polyhydroxybutyrate complexes. PolyP accumulation is typical of promitochondria but not of functionally active mitochondria. 

Hiivan mitokondriassa on kaksi exopolyfosfataasia, joka pystyy pilkkomaan epäorgaanista fosfaatia P(i) polyfosfaattiketjun päädystä.   Geeni PPX1 koodaa toista näistä entsyymeistä ja sitä on matrixissa. Toista, kalvoon sitoutunutta entsyymiä  koodaa PPN1-geeni. Hiivasolun  hyvinkehittyneen mitokondrian  muodostumista glukoosin  loputtua seuraa  vähenemä polyfosfaattipitoisuudessa ja ketjun pidentymä.  PPN1-mutaatiossa polyP-ketjun pituus lisääntyy glukoosin konsumption aikana ja hyvinkehittyneen mitokondrian  muodostuminen estyy. Niissä mutanteissa oli  hengitysketjufunktio puuttellinen ja samoin oksidoitavissa olevien  hiililähteiden kuten laktaatin ja etanolin käsitely oli puuttellinen. Koska polyP on  yhdiste, josa on korkea-energisiä sidoksia, sen aineenvaihdunta riippuu vitaalisti  solun bioenergeettisestä tilasta. Glukoosin käytön aikana havaittiin maksimaalinen pitoisuus lyhytketjuisia happoliukoisia polyfosfaatteja, kun taas etanolin vaikutuksessa pysyi polyfosfaattiketju pitkänä.  

 

• Yeast mitochondria possess two exopolyphosphatases splitting P(i) from the end of the polyP chain. One of them, encoded by the PPX1 gene, is located in the matrix; the other one, encoded by the PPN1 gene, is membrane-bound. Formation of well-developed mitochondria in the cells of S. cerevisiae after glucose depletion is accompanied by decrease in the polyP level and the chain length. In PPN1 mutants, the polyP chain length increased under glucose consumption, and the formation of well-developed mitochondria was blocked. These mutants were defective in respiration functions and consumption of oxidizable carbon sources such as lactate and ethanol. Since polyP is a compound with high-energy bonds, its metabolism vitally depends on the cell bioenergetics. The maximal level of short-chain acid-soluble polyP was observed in S. cerevisiae under consumption of glucose, while the long-chain polyP prevailed under ethanol consumptio 

Hyönteisissä polyfosfaatti muuttuu  hyvin vahvasti ontogeneettisen kehityksen aikana , mikä  viittaa siihen, että polymeerit osallistuvat mitokondria-aineenvaihdunnan säätelyyn ontogeneesin aikana. 

Ihmisen solulinjoissa tapahtuu spesifinen mitokondriaalisen polyfosfaatin vähenemä, jo s solu on asetettu ilmentämään   hiivan PPX1 exopolyfosfataasia, jolloin merkitsevästi  moduloituu mitokondrian bioenergiatalous ja  kuljetustoiminta.

• 
   In insects, polyP in the mitochondria change drastically during ontogenetic development, indicating involvement of the polymers in the regulation of mitochondrial metabolism during ontogenesis. In human cell lines, specific reduction of mitochondrial polyP under expression of yeast exopolyphosphatase PPX1 significantly modulates mitochondrial bioenergetics and transport.

PMID:

20673205

[PubMed - indexed for MEDLINE]