Митохондриальное дыхание в цельных клетках дрожжей является ценным показателем биоэнергетики клеток. Здесь мы представляем протокол количественной оценки этого фенотипа, применимый к различным видам дрожжей.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Митохондриальное дыхание в цельных клетках дрожжей является ценным показателем биоэнергетики клеток. Здесь мы представляем протокол количественной оценки этого фенотипа, применимый к различным видам дрожжей.
Метаболизм в основном координируется наличием клеточной энергии и условиями окружающей среды. Анализы для понимания того, как клетки адаптируют энергетический метаболизм к различным условиям питания и окружающей среды, дают ценную информацию для выяснения молекулярных механизмов. Окислительное фосфорилирование является основным источником АТФ в большинстве клеток, а активность митохондриального дыхания является ключевым компонентом окислительного фосфорилирования, поддерживая потенциал митохондриальной мембраны для синтеза АТФ. Митохондриальное дыхание часто изучается в изолированных митохондриях, в которых отсутствует клеточный контекст. В данной работе мы представляем метод количественной оценки митохондриального дыхания в интактных дрожжевых клетках. Этот метод применим к любым видам дрожжей, хотя обычно он используется для клеток Saccharomyces cerevisiae. Сначала проверяется рост дрожжей в конкретных условиях. Затем элементы промываются и ресуспендируются в деионизированной воде в соотношении 1:1 (w/v). Затем клетки помещаются в камеру оксиметра при постоянном перемешивании, а электрод Кларка используется для количественной оценки потребления кислорода. Некоторые молекулы последовательно помещаются в камеру и отбираются в соответствии с этим эффектом в цепи переноса электронов или синтезе АТФ. Ингибитор АТФазы олигомицин сначала добавляют для измерения дыхания в сочетании с синтезом АТФ. После этого с помощью разъединителя измеряется максимальная дыхательная способность. Наконец, добавляется смесь ингибиторов цепи переноса электронов, чтобы отбросить потребление кислорода, не связанное с митохондриальным дыханием. Данные анализируются с помощью линейной регрессии для получения наклона, представляющего скорость потребления кислорода. Преимущество этого метода в том, что он специфичен для митохондриального дыхания дрожжей, поддерживая клеточный контекст. Важно подчеркнуть, что ингибиторы, используемые для количественного определения митохондриального дыхания, могут различаться в зависимости от вида дрожжей.
Митохондрии играют фундаментальную роль в клеточной биоэнергетике, поскольку они являются основным источником АТФ для большинства клеток, и несколько путей сходятся и зависят от активности митохондриальных путей1. Окислительное фосфорилирование необходимо для синтеза АТФ, который сочетает транспорт электронов через цепь переноса электронов для снижения активности кислорода и F1F 0-АТФазы, синтезируя АТФ с использованием потенциала митохондриальной мембраны, образующегося из-за потока электронов2. Таким образом, митохондриальное дыхание является частью окислительного фосфорилирования3.
Цепь митохондриального дыхания содержит четыре комплекса или, в некоторых случаях, дрожжевой комплекс I-дефицитный (например, Saccharomyces cerevisiae), три комплекса и три белка дегидрогеназы4. Дыхательные комплексы локализуются во внутренней митохондриальной мембране; некоторые дрожжи представляют собой каноническую электронно-транспортную цепь с комплексом I (НАДН-дегидрогеназа) или тремя НАДН-дегидрогеназами: убихинон (Co Q), комплекс II (сукцинат-убихиноноксидоредуктаза), комплекс III (убихинон-цитохромоксидоредуктаза), цитохром с (Cyt c) и комплекс IV (цитохром-с-оксидаза)5,6. Транспорт электронов через комплексы позволяет перекачивать протоны из матрицы митохондрий в межмембранное пространство, формируя потенциал митохондриальноймембраны7. Протоны, расположенные в межмембранном пространстве, перекачиваются в обратном направлении, по направлению к матриксу митохондрий с помощью F1F0 -АТФазы для синтеза одной молекулы АТФ на четыре закачиваемых протона8.
Измерения митохондриального дыхания дают ценную информацию о целостности митохондрий, биоэнергетике клеток и дыхательной способности митохондрий9. Функция митохондриального дыхания может быть проанализирована in vitro или in situ с использованием различных методов. Тем не менее, анализ митохондриального дыхания в интактных клетках может дать ряд преимуществ, поскольку он охватывает весь клеточный метаболизм, поскольку при использовании целыхклеток учитываются взаимодействия клеток с окружающей средой и внутриклеточный метаболизм. Кроме того, использование интактных клеток позволяет легко оценивать различные условия эксперимента и обнаруживать минимальные изменения, которые не могли наблюдаться в изолированных митохондриях10,11. Еще одним преимуществом количественного определения митохондриального дыхания в интактных клетках является то, что эффекты митохондриальной пролиферации и локализациисохраняются12.
Митохондриальное дыхание млекопитающих в интактных клетках описано оченьподробно12, оставляя в стороне изучение других эукариотических организмов, таких как дрожжи. В данной работе мы предлагаем метод количественной оценки митохондриального дыхания, адаптированный к протоколам дрожжей млекопитающих. Таким образом, в этой методике были использованы концепции количественной оценки митохондриального дыхания у млекопитающих. Например, этот метод разделен на различные этапы, как и протокол млекопитающих: 1) базальное дыхание (субстратнозависимое), 2) АТФ-связанное дыхание (через ингибирование АТФ-синтазы), 3) максимальная способность дыхания (использование размыкателя, который обеспечивает проницаемость протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану), 4) ингибирование митохондриального дыхания (использование смеси ингибиторов дыхательной цепи для отказа от потребления кислорода для других источников, отличных от митохондриальное дыхание)11,13. Таким образом, целью данной статьи является представление протокола для количественной оценки митохондриального дыхания у дрожжей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Питательные среды и подготовка посевного материала
2. Условия произрастания и план эксперимента
3. Анализ потребления кислорода (полярография)
4. Обработка данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот метод митохондриального дыхания может быть использован для других видов дрожжей, кроме S. cerevisiae, таких как Scheffersomyces stipitis15 и K. marxianus16. Тем не менее, в репрезентативных целях мы представляем результаты только для S. cerevisiae. Хорошо известно, что S. cerevisiae проявляет преобладающий респираторный метаболизм при низких концентрациях глюкозы (ниже 0,8 мМ)17,18
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Фосфорилирование митохондриального дыхания играет фундаментальную роль в нескольких путях, которые зависят от потенциала митохондриальной мембраны и поддерживают уровень АТФ за счет окислительного фосфорилирования. Понимание того, как условия окружающей среды и питания влияют на митохондриальное дыхание дрожжей, служит инструментом для выяснения молекулярных механизмов.
Важно рассмотреть следующие важные шаги для получения надежных результатов от этого метода....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана грантом Tecnológico Nacional de México (грант 20026.24-PD), присужденным LAMP.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 2-теноилтрифторацетон (TTFA) | Merck | T27006 | Комплекс ингибиторов II |
| 3-хлорфенилгидразона карбонилцианид (CCCP) | Merck | C2759 | Развязка митохондриального дыхания |
| Absolut ethanol | Merck 107017 | Для растворения кверцетина | |
| Agar | Merck | A1296 | YPD агаровый препарат |
| сульфат аммония гранулированный (NH4)2SO4 | J.T. Baker | 0792-05 | SC бульонный препарат |
| Антимицин А (AA) | Merck | A8674 | Комплекс ингибиторов III |
| aYSI5300A | ---- | ---- | Monitor |
| Центрифуга | Hermle | Z 206 A | Для центрифугирования ячеек |
| типа Кларк кислород---- | ---- | Электрод | |
| Компьютер | ---- | ---- | Для сбора данных |
| Дикалийфосфат K2HPO4 | J.T. Baker | 3252-05 | SC Приготовление бульона |
| Глюкоза | Merck | G7021 | YPD Приготовление бульона |
| Глицерин | Merck | G5516 | Добавка субстрата для субстрата |
| Лактат | Merck | L1250 | Субстрат для средних добавок |
| Олигомицин из Streptomyces diastatochromogenes | Merck | O4876 | Ингибирование митохондриальной АТФ-синтазы |
| Orbital Shaker | Thermo Fisher | SHKE6000 | Inoculum инкубационные стеклянные пробирки и колба |
| Пептон из казеина, ферментативный дигест | Merck | 82303 | YPD бульон приготовление |
| Quercetin | Merck | 337951 | Для снижения митохондриального дыхания |
| Uracil | Merck | U0750 | SC бульон |
| Дрожжевой экстракт | Merck | Y1625 | YPD бульон |
| Азот дрожжей без аминокислот и сульфата аммония | Merck | Y1251 | SC бульон |
| Дрожжи синтетические Drop-out среда добавки без урацила | Merck | Y1501 | SC бульон |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.