Митохондриальные биоэнергетика и дыхательные способности могут быть изучены не только в проницаемыми клеток или волокон, но и в изолированных митохондриях. В настоящем исследовании мы опишем протокол, чтобы изолировать неповрежденных скелетных мышц митохондрии с помощью дифференциального центрифугирования для измерения респирометрии с высокой разрешающей способностью.
Чтобы изолировать интактные митохондрии для респирометрии, ткань гомогенизируют и митохондрии изолированы с помощью обычного метода дифференциального центрифугирования. Метод дифференциального центрифугирования основан на последовательном центрифугировани (в серии увеличения скорости) тканевых гомогенатах впервые был введен Pallade и сотрудниками почти 70 лет назад 1. Ткань сначала фарша с помощью ножниц и гомогенизируют механически в стеклянном гомогенизаторе с рыхлой облегающие пестиком. Затем гомогенат центрифугируют при низкой скорости и образующийс осадок, который содержит сплошную ткань, клеточныймусора и ядер отбрасывают. Затем надосадочную жидкость центрифугируют несколько раз на высокой скорости и митохондриальные обогащенную фракцию собирают. Преимущества метода дифференциального центрифугирования, чтобы изолировать митохондрии, что: I) метод быстр и митохондрии, могут быть выделены в течение 1-1,5 ч (дыхательные эксперименты должны быть выполнены как можно быстрее); б) это недорого; и III) она является очень эффективным и митохондрии, полученные с помощью дифференциального центрифугирования достаточно чистым для использования респирометрии анализов. К недостаткам метода дифференциального центрифугирования, чтобы изолировать митохондрии, что я) митохондрии могут быть повреждены и отсоединен во время гомогенизации; б) загрязнение митохондрий с другими клеточными компонентами (может быть решена путем дальнейшей промывки митохондриальная гранул с дополнительными шагами центрифугирование); III) возможность выбора различных митохондриальных субпопуляции, например, во время дифференциальные центрифугировани шагов, митochondria с более низкой плотной могут быть исключены 7; и IV) митохондриальный сотовой окружающих отсутствует, и только теоретическое максимальное дыхание может быть измерено. Другой метод , чтобы изолировать митохондрии для респирометрии анализов градиент плотности Центрифугирование 2. В этой технике, экстракт ткани наслаивается над раствором сахарозы или градиентом Percoll (с более высокой плотностью в нижней части центрифугирование трубки) и центрифугировали при определенной скорости, в результате чего митохондрии быть изолированы от других клеточных компонентов в соответствии с их плотности. Этот метод часто используется, чтобы изолировать митохондрии мозга с очень низким загрязнения от синаптосомах. Тем не менее, митохондрии печени крысы , выделенные центрифугирования в градиенте плотности сильно загрязнены с другими клеточных органелл 3. Одним из недостатков этого метода является то, что градиент сахарозы присутствует в центрифужную пробирку может треснуть такменя митохондрии (осмотический шок).
В зависимости от типа ткани; Есть некоторые важные факторы, которые необходимо учитывать для выделения неповрежденной митохондрий методом дифференциального центрифугирования. Первой необходимости является гомогенизация тканей в мягкой форме. Мягкие ткани, такие как почки, мозг и печень требуют нежные механические силы, применяемые в процессе гомогенизации. Это контрастирует с твердыми тканями, такими как сердца и скелетных мышц, которые требуют гораздо более сильные механические силы. Измельченной ткани, как правило, обрабатывают протеиназой до гомогенизации, чтобы размягчить ткани. Все буферы , используемые в процессе гомогенизации и центрифугирования должны быть ледяная и имеют физиологическую соответствующий рН с ионной и осмотической силы , совместимой с цитозоле 4, 5.
Одним из преимуществ изучения изоляции митохондриальные биоэнергетика является то, что клеточная плазматические мембраны не должны быть permeabiтрализованную с моющими средствами , такими как дигитонина или сапонина 4, 6, которые могут привести к нарушению целостности митохондриальной наружной мембраны. Еще одно преимущество изолированного митохондрий является отсутствие других цитозольных факторов, которые могут препятствовать анализу митохондриальных функций, таких как потребление кислорода. Недостатки использования выделенных митохондрии возможный выбор некоторых митохондриальных популяций во время стадий центрифугирование, повреждение митохондрий в процессе гомогенизации, а также потребность в больших количеств биологических образцов, чтобы получить хороший выход изолированных митохондрий 7, 8.
После процедуры изоляции, частота дыхания митохондриальных комплексов I-, II- и IV-зависимые состояния (2, 3 и 4) определяются с использованием высокого разрешения респирометрии. Для сложных I управляемых дыхания, глутамати малат добавляют с последующим аденозиндифосфатом (ДПА). Для получения сложного дыхания II приводом, сукцинат с последующим добавлением АДФ. Для комплексного IV управляемых дыхания, аскорбат и tetramethylphenylendiamine (ТМФД) добавляют с последующим АДФ 9, 10, 11, 12. Состояние 2 относится к потреблению кислорода в присутствии одних субстратов. Состояние 3 относится к потреблению кислорода в присутствии субстратов и АДФ. Состояние 4 относится к потреблению кислорода после истощения АДФ. Дыхательный коэффициент (RCR) является индексом сцепления производства АТФ потребления кислорода и рассчитывается как отношение между состоянием 3 и состояние 4 13, 15.
В заключение, мы опишем протокол для выделения функциональных и неповрежденные скелетных мышц митохондрии с помощью дифференциального центрифугирования и использовать эти изолированные mitochonDria функциональных и биоэнергетических исследований, таких как высокого разрешения респирометрии.