נשימה מיטוכונדריאלית בתאים שלמים של שמרים היא אינדיקטור רב ערך לביו-אנרגטיקה של התאים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לכימות פנוטיפ זה הרלוונטי למיני שמרים שונים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
נשימה מיטוכונדריאלית בתאים שלמים של שמרים היא אינדיקטור רב ערך לביו-אנרגטיקה של התאים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לכימות פנוטיפ זה הרלוונטי למיני שמרים שונים.
חילוף החומרים מתואם בעיקר על ידי זמינות האנרגיה התאית ותנאי הסביבה. מבחנים לדעת כיצד תאים מתאימים את חילוף החומרים האנרגטי לתנאים תזונתיים וסביבתיים שונים נותנים מידע רב ערך להבהרת מנגנונים מולקולריים. זרחון חמצוני הוא המקור העיקרי ל-ATP ברוב התאים, ופעילות הנשימה המיטוכונדריאלית היא מרכיב מרכזי בזרחון חמצוני, תוך שמירה על פוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית לסינתזת ATP. נשימה מיטוכונדריאלית נחקרת לעתים קרובות במיטוכונדריה מבודדת שחסרה את ההקשר התאי. כאן, אנו מציגים שיטה לכימות נשימה מיטוכונדריאלית בתאים שלמים של שמרים. שיטה זו חלה על כל מיני השמרים, אם כי היא שימשה בדרך כלל לתאי Saccharomyces cerevisiae. ראשית, נבדק גידול השמרים בתנאים ספציפיים. לאחר מכן, התאים נשטפים ומושעיים מחדש במים נטולי יונים ביחס של 1:1 (w/v). לאחר מכן מכניסים תאים לתא אוקסימטר תוך ערבוב מתמיד, ואלקטרודה של קלארק משמשת לכימות צריכת החמצן. חלק מהמולקולות ממוקמות ברצף בתא ונבחרות על פי השפעה זו על שרשרת הובלת האלקטרונים או סינתזת ATP. מעכב ATPase אוליגומיצין מתווסף תחילה למדידת נשימה יחד עם סינתזת ATP. לאחר מכן, נעשה שימוש במצמד למדידת יכולת הנשימה המקסימלית. לבסוף, תערובת של מעכבי שרשרת הובלת אלקטרונים מתווספת כדי להשליך את צריכת החמצן שאינה קשורה לנשימה המיטוכונדריאלית. הנתונים מנותחים באמצעות רגרסיה ליניארית כדי לקבל את השיפוע, המייצג את קצב צריכת החמצן. היתרון בשיטה זו הוא בכך שהיא ספציפית לנשימה מיטוכונדריאלית של שמרים, תוך שמירה על ההקשר התאי. חשוב להדגיש כי מעכבים המשמשים לכימות נשימה מיטוכונדריאלית עשויים להשתנות בין מיני שמרים.
המיטוכונדריה ממלאת תפקיד מהותי בביו-אנרגטיקה תאית מכיוון שהיא המקור העיקרי ל-ATP עבור רוב התאים, ומספר מסלולים מתכנסים ותלויים בפעילות המסלולים המיטוכונדריאלים1. יש צורך בזרחון חמצוני לסינתזה של ATP המשלבת הובלת אלקטרונים דרך שרשרת הובלת האלקטרונים כדי להפחית את פעילות החמצן ו- F1F0- ATPase, תוך סינתזה של ATP באמצעות פוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית המיוצר עקב שטף אלקטרונים2. לפיכך, נשימה מיטוכונדריאלית היא חלק מהזרחון החמצוני3.
שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית מורכבת מארבעה קומפלקסים או, במקרים מסוימים, קומפלקס שמרים חסר I (למשל, Saccharomyces cerevisiae), שלושה קומפלקסים ושלושה חלבוני דהידרוגנאז4. מתחמי נשימה ממוקמים בקרום המיטוכונדריאלי הפנימי; שמרים מסוימים מציגים את שרשרת הובלת האלקטרונים הקנונית עם קומפלקס I (NADH dehydrogenase) או שלושה NADH dehydrogenase, ubiquinone (Co Q), קומפלקס II (succinate ubiquinone oxidoreductase), קומפלקס III (ubiquinone cytochrome oxidoreductase), ציטוכרום c (Cyt c) וקומפלקס IV (ציטוכרום c אוקסידאז)5,6. הובלת אלקטרונים דרך הקומפלקסים מאפשרת שאיבת פרוטונים ממטריצת המיטוכונדריה לחלל הבין-ממברני, ויוצרים פוטנציאל ממברנה מיטוכונדריאלית7. פרוטונים הממוקמים בחלל הבין-ממברני נשאבים הפוך, לכיוון מטריצת המיטוכונדריה על ידי F1F0 -ATPase כדי לסנתז מולקולת ATP אחת לכל ארבעה פרוטונים שנשאבים8.
מדידות נשימה מיטוכונדריאלית מספקות תובנות חשובות לגבי שלמות המיטוכונדריה, יכולת הנשימה הביו-אנרגטית של התאויכולת הנשימה המיטוכונדריאלית 9. ניתן לנתח את תפקוד הנשימה המיטוכונדריאלית במבחנה או באתרה באמצעות טכניקות מגוונות. עם זאת, ניתוח נשימה מיטוכונדריאלית בתאים שלמים יכול להציג סדרה של יתרונות מכיוון שהוא כולל את כל חילוף החומרים של התא, שכן האינטראקציות של התאים עם סביבתם וחילוף החומרים התוך-תאי נלקחות בחשבון בעת שימוש בתאים שלמים10. יתר על כן, שימוש בתאים שלמים מאפשר הערכה קלה של תנאי ניסוי שונים ומזהה שינויים מינימליים שלא ניתן היה לראות במיטוכונדריהמבודדת 10,11. יתרון נוסף של כימות נשימה מיטוכונדריאלית בתאים שלמים הוא שההשפעות של התפשטות ולוקליזציה של המיטוכונדריה נשמרות12.
נשימת מיטוכונדריה של יונקים בתאים שלמים תוארה בפירוט רב12, תוך השארת המחקר של אורגניזמים איקריוטיים אחרים, כגון שמרים. כאן, אנו מציעים טכניקה לכימות נשימה מיטוכונדריאלית המותאמת לשמרים מפרוטוקולים של יונקים. לפיכך, מושגים מכימות יונקים של נשימה מיטוכונדריאלית שימשו בטכניקה זו. לדוגמה, טכניקה זו מחולקת לשלבים שונים כפרוטוקול היונקים: 1) נשימה בסיסית (תלויה בסובסטרט), 2) נשימה מקושרת ל-ATP (באמצעות עיכוב סינתאז ATP), 3) יכולת נשימה מקסימלית (שימוש במצמד המאפשר חדירות של פרוטונים דרך הממברנה המיטוכונדריאלית הפנימית), 4) עיכוב נשימה מיטוכונדריאלית (שימוש בתערובת של מעכבי שרשרת נשימה כדי להשליך את צריכת החמצן למקורות אחרים שונים מ נשימה מיטוכונדריאלית)11,13. לכן, מאמר זה נועד להציג פרוטוקול לכימות נשימה מיטוכונדריאלית בשמרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. אמצעי תרבות והכנת חיסון
2. תנאי גידול ותכנון ניסויים
3. בדיקת צריכת חמצן (פולרוגרפיה)
4. עיבוד נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתן להשתמש בטכניקת נשימה מיטוכונדריאלית זו עבור מיני שמרים אחרים מלבד S. cerevisiae, כגון Scheffersomyces stipitis15 ו-K. marxianus16. עם זאת, למטרות ייצוגיות, אנו מציגים רק תוצאות מ-S. cerevisiae. ידוע היטב כי S. cerevisiae מציג חילוף חומרים נשימתי דומיננטי בריכוזי גלוקוז נמוכים (מתחת ל-0.8 מ"מ)17,18. לפיכך, כדי לאשש את הפנוטיפ הנשימתי של S. cerevisiae, הוא גדל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
זרחון נשימה מיטוכונדריאלית ממלא תפקיד מהותי במספר מסלולים התלויים בפוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית ושומרים על רמות ATP באמצעות זרחון חמצוני. הבנת האופן שבו תנאים סביבתיים ותזונתיים משפיעים על הנשימה המיטוכונדריאלית של שמרים משמשת ככלי להבהרת מנגנונים מולקולריים.
חיוני לשקול את השלבים הקריטיים הבאים כדי להשיג תוצאות אמינות משיטה זו. תסיסה >200 סל"ד היא קריטית להשגת מספיק ביומסה בתנאי גדילה נשימתיים לבדיקת נשימה מיטוכונדריאלית; תנאי תסיסה נמוכים מ-200 סל"ד גורמ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי ה-Tecnológico Nacional de México (מענק 20026.24-PD) שהוענק ל-LAMP.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 2- thenoyltrifluoroacetone (TTFA) | Merck | T27006 | קומפלקס מעכב II |
| 3-כלורופנילהידרזון קרבוניל ציאניד (CCCP) | Merck | C2759 | מנתקת נשימה מיטוכונדריאלית |
| אבסולוט אתנול | Merck | 107017 | להמסת קוורצטין |
| Agar | Merck | A1296 | YPD הכנת אגר |
| אמוניום גופרתי גרגירי (NH4)2SO4 | J.T. Baker | 0792-05 | SC הכנת מרק |
| אנטימיצין A (AA) | Merck | A8674 | קומפלקס מעכב III |
| aYSI5300A | ---- | ---- | מוניטור |
| צנטריפוגה | הרמל | Z 206 A | לתאים צנטריפוגה |
| חמצן מסוג קלארק | ---- | ---- | אלקטרודה |
| מחשב | ---- | ---- | לרכישת נתונים |
| דיפוטסיום פוספט K2HPO4 | J.T. Baker | 3252-05 | SC הכנת מרק |
| גלוקוז | Merck | G7021 | YPD הכנת מרק |
| גליצרול | Merck | G5516 | תוסף מצע בינוני |
| לקטט | Merck | L1250 | תוסף מצע בינוני |
| אוליגומיצין מ-Streptomyces diastatochromogenes | Merck | O4876 | עיכוב של סינתאז ATP מיטוכונדריאלי |
| שייקר אורביטלי | תרמו פישר | SHKE6000 | דגירה של צינורות זכוכית ובקבוקון |
| פפטון מקזאין, עיכול אנזימטי | Merck | 82303 | YPD הכנת מרק |
| קוורצטין | Merck | 337951 | להפחתת נשימה מיטוכונדריאלית |
| Uracil | הכנת מרק Merck | U0750 | SC |
| תמצית שמרים | Merck | Y1625 | הכנת מרק YPD |
| בסיס חנקן שמרים ללא חומצות אמינו ואמוניום גופרתי | Merck | Y1251 | SC הכנת מרק |
| שמרים תוספי תזונה בינוניים נשירה סינתטית ללא אורציל | Merck | Y1501 | SC הכנת מרק |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.