Powiązanie produkcji reaktywnych form tlenu ze stopniem redukcji koenzymu Q w mitochondriach
Loading...
Date
2022
Authors
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
The interplay between reactive oxygen species formation and the coenzyme Q reduction level in mitochondria
Abstract
Koenzym Q (Q) jest kluczowym nośnikiem elektronów w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym oraz ważnym przeciwutleniaczem chroniącym przed uszkodzeniami oksydacyjnymi, obecnym we wszystkich błonach komórki. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było zbadanie powiązania produkcji mitochondrialnych RFT (mRFT) ze stopniem redukcji mitochondrialnego Q (mQ) w warunkach fosforylujących (podczas syntezy ATP) i niefosforylujacych. Przeprowadzona w mitochondriach A. castellanii szczegółowa analiza kinetyczna po raz pierwszy pokazała, że produkcja mRFT jest bezpośrednią funkcją poziomu redukcji mQ. Zwiększeniu poziomu redukcji mQ towarzyszy większa produkcja mRFT i odwrotnie. Badając wpływ treningu wytrzymałościowego w płucach szczura wykazano odwrotną regulację Q na poziomie tkankowym i mitochondrialnym. Zwiększeniu poziomu Q jako przeciwutleniacza w komórkach płuc towarzyszył spadek mQ jako nośnika elektronów w łańcuchu oddechowym mitochondriów, prowadząc do zmniejszenia produkcji mRFT. Po raz pierwszy badano zmianę w produkcji mRFT, która następuje w wyniku przejścia z warunków niefosforylujących do warunków fosforylujących w mitochondriach różnych tkanek szczura o różnej zawartości zredukowanego mQ. Różnice obserwowane w tkankach szczurów i ich mitochondriach w wielkości puli zredukowanego Q, w tym mQ, odzwierciedlają różne poziomy produkcji mRFT, wskazując na różne zapotrzebowanie na zredukowany Q jako przeciwutleniacz. Badając wpływ treningu wytrzymałościowego na zawartość Q oraz tworzenie mRFT w tkankach szczura o dużym zapotrzebowaniu na energię, tj. w sercu, wątrobie i mózgu, stwierdzono, że trening może indukować różną odpowiedź tkankową i mitochondrialną związaną z Q działającym jako przeciwutleniacz i nośnik elektronów w łańcuchu oddechowym. Wyniki pracy doktorskiej podkreślają istotną rolę Q jako nośnika elektronów w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym oraz jako komórkowego przeciwutleniacza. Poziom produkcji mRFT zależy od szeregu wzajemnie powiązanych czynników, które wpływają na poziom redukcji mQ.
Coenzyme Q (Q) is a key electron carrier in the mitochondrial respiratory chain and an important antioxidant against oxidative damage, present in all cell membranes. The aim of this dissertation was to investigate the relationship between the production of mitochondrial ROS (mROS) and the reduction level of mitochondrial Q (mQ) under phosphorylating (during ATP synthesis) and nonphosphorylating conditions. A detailed kinetic analysis in A. castellanii mitochondria showed for the first time that mROS production is a direct function of the mQ reduction level. Increasing the level of mQ reduction is accompanied by greater production of mROS and vice versa. When examining the effect of endurance training in rat lung, Q was shown to be inversely regulated at the tissue and mitochondrial levels. The increase in the level of Q as an antioxidant in lung cells was accompanied by a decrease in mQ as an electron carrier in the mitochondrial respiratory chain, leading to a decrease in mROS production. For the first time, the change in mROS production, which occurs as a result of a transition from nonphosphorylating conditions to phosphorylating conditions in the mitochondria of various rat tissues with different content of reduced mQ, was investigated. The differences observed in rat tissues and their mitochondria in reduced Q pool size, including mQ, reflect different levels of mROS production and may therefore indicate a different need for reduced Q as an antioxidant. By examining the effect of endurance training on Q content and the formation of mROS in rat tissues with high energy requirements, i.e., in the heart, liver and brain, it was found that training can induce a different tissue and mitochondrial response associated with Q acting as an antioxidant and an electron carrier in the chain respiratory. The results of the presented dissertation emphasize the important role of Q as an electron carrier in the mitochondrial respiratory chain and as a cellular antioxidant. The level of mROS production depends on a number of interrelated factors that affect the level of mQ reduction.
Coenzyme Q (Q) is a key electron carrier in the mitochondrial respiratory chain and an important antioxidant against oxidative damage, present in all cell membranes. The aim of this dissertation was to investigate the relationship between the production of mitochondrial ROS (mROS) and the reduction level of mitochondrial Q (mQ) under phosphorylating (during ATP synthesis) and nonphosphorylating conditions. A detailed kinetic analysis in A. castellanii mitochondria showed for the first time that mROS production is a direct function of the mQ reduction level. Increasing the level of mQ reduction is accompanied by greater production of mROS and vice versa. When examining the effect of endurance training in rat lung, Q was shown to be inversely regulated at the tissue and mitochondrial levels. The increase in the level of Q as an antioxidant in lung cells was accompanied by a decrease in mQ as an electron carrier in the mitochondrial respiratory chain, leading to a decrease in mROS production. For the first time, the change in mROS production, which occurs as a result of a transition from nonphosphorylating conditions to phosphorylating conditions in the mitochondria of various rat tissues with different content of reduced mQ, was investigated. The differences observed in rat tissues and their mitochondria in reduced Q pool size, including mQ, reflect different levels of mROS production and may therefore indicate a different need for reduced Q as an antioxidant. By examining the effect of endurance training on Q content and the formation of mROS in rat tissues with high energy requirements, i.e., in the heart, liver and brain, it was found that training can induce a different tissue and mitochondrial response associated with Q acting as an antioxidant and an electron carrier in the chain respiratory. The results of the presented dissertation emphasize the important role of Q as an electron carrier in the mitochondrial respiratory chain and as a cellular antioxidant. The level of mROS production depends on a number of interrelated factors that affect the level of mQ reduction.
Description
Wydział Biologii
Sponsor
Badania wykonano w ramach projektów finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki
• OPUS11 NCN (2016/21/B/NZ3/00333) “Relationship between reactive oxygen species
production and coenzyme Q reduction level in mitochondria”, 2016-2021
• PRELUDIUM 19 (2019/35/N/NZ1/01366) “The effect of anoxia/reoxygenation on the
bioenergetic properties of mitochondria isolated from endothelial cells cultured under
hypoxia”, 2019-2023
Keywords
mitochondria, reaktywne formy tlenu, koenzym Q, reactive oxygen species, coenzyme Q