Hyperthermia modulates the effect of Ca2+ overload on respiration and NAD(P)H fluorescence in rat heart mitochondria

Abstract

Palyginome nuosaikaus kaitinimo (42 ir 45°C) poveikį izoliuotų širdies mitochondrijų kvėpavimui ir NAD(P)H fluorescencijai inkubacijos terpėje esant dviem skirtingoms Ca2+ jonų koncentracijoms (1 ir 10 µM). Mūsų duomenimis, didinant temperatūrą virš fiziologinės reikšmės (37°C), pirmiausia stebimas vidinės mitochondrijų membranos pralaidumo didėjimas. Šis poveikis yra ženklus jau 42°C temperatūroje ir lemia svarbius antrinius padarinius – dalinį atskyrimą, mitochondrijų deenergizavimą, NAD(P)H ir oksidacinio fosforilinimo efektyvumo mažėjimą. Nors ir mažiau efektyviai mitochondrijos geba transformuoti energiją esant 42°C, tačiau jos beveik neatlieka šios funkcijos, kai temperatūra padidinama nuo 42 iki 45°C. Esant šiai temperatūrai, oksidacinis fosforilinimas beveik visai atskirtas, mitochondrijos neišlaiko membraninio potencialo ir NAD(P)H/NAD(P)+ pusiausvyros, menkas fosforilinimo aktyvumas, slopinama kvėpavimo grandinė (pastarasis poveikis ženklesnis mitochondrijoms oksiduojant glutamatą + malatą, tačiau būdingas ir piruvato + malato oksidacijai). Nuosaikus kaitinimas progresuojančiai mažino slopinanti Ca2+ perkrovos poveikį mitochondrijoms. Lyginant su energizuota mitochondrijų būsena, kai temperatūra siekė 37°C, Ca2+ poveikis kvėpavimui buvo daug mažesnis deenergizavus mitochondrijas 42°C temperatūroje. Šis poveikis sumažėjo iki minimalaus 45°C temperatūroje, kai mitochondrijų oksidacinis fosforilinimas beveik visai atskirtas. Temperatūros didinimo poveikis Ca2+ perkrovos (10 µM Ca2+) nuslopintoms mitochondrijoms taip pat buvo mažesnis nei kvėpuojančioms esant optimaliai 1 µM Ca2+ jonų koncentracijai

We have compared the effect of moderate heating (42 and 45 °C) on the respiration and NAD(P)H fluorescence in isolated rat heart mitochondria incubated at two different Ca2+ concentrations (1 and 10 µM). The main effect of temperature elevation above the physiological level is an increased permeability of the inner mitochondrial membrane. This effect is pronounced at 42 °C and is followed by the secondary consequences – partial uncoupling, deenergizing, decrease in NAD(P)H and in the efficiency of oxidative phosphorylation. Although less effectively, mitochondria are capable to perform energy transformation at 42 °C. This ability is almost completely lost when the temperature is raised from 42 to 45 °C. At this temperature, mitochondria are almost completely uncoupled, they do not maintain the membrane potential and NAD(P)H/NAD(P)+ equilibrium, hardly phosphorylate, and their respiratory chain is inhibited (the latter effect is more pronounced for glutamate + malate, but also evident for pyruvate + malate oxidation). Moderate heating significantly and progressively reduced the impairment of mitochondrial function by Ca2+ overload. In comparison to the high energy state at 37 °C, Ca2+ effect on respiration is much smaller in partially deenergized mitochondria at 42 °C and minimized at 45 °C when oxidative phosphorylation is almost completely uncoupled. Temperature effects are smoothened in Ca2+ overload (10 µM Ca2+) inhibited mitochondria in comparison to mitochondria respiring at the optimal 1 µM Ca2+ concentration