Journal de chimie physique et biophysique
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Abstrait

Myoglobine et mitochondries : comment fonctionne la « réserve d’oxygène » ?

Galina B Postnikova et Ekaterina A Shekhovtsova

Nous avons d'abord montré que la libération d'oxygène de MbO2 à des concentrations d'O2 proches de zéro (p02) ne se produit que lors de l'interaction de la protéine avec les mitochondries en respiration. Si elles sont séparées de la solution de MbO2 par une membrane semi-perméable, aucune désoxygénation de MbO2 ne se produit. Les taux d'absorption d'O2 par les mitochondries à partir de la solution en présence de MbO2 (V1) et de désoxygénation de MbO2 (V2) coïncident complètement pour différentes préparations mitochondriales, natives, congelées et découplées par FCCP, car V1 et V2 sont tous deux déterminés par l'activité respiratoire des mitochondries. Cependant, V1 et V2 reflètent des processus différents, car ils sont différemment affectés par les protéines, comme le lysozyme, en compétition avec MbO2 pour la liaison aux mitochondries. Il a été constaté que la myoglobine interagit de manière non spécifique avec les sites phospholipidiques de la membrane mitochondriale externe, alors qu'il n'existe aucune protéine ou canal protéique spécifique pour la liaison à la myoglobine. La dépendance prononcée de la force ionique de la liaison implique une contribution significative de l'électrostatique coulombienne à la formation du complexe myoglobine-mitochondrie. Comme la charge totale de la molécule de myoglobine n'affecte pas l'affinité de MbO2 et de metMb pour la membrane mitochondriale, l'effet de la force ionique doit être dû à des interactions électrostatiques locales, très probablement entre des groupes de phospholipides de charge opposée (les têtes) et des résidus de myoglobine polaires dans l'environnement de la cavité hémique. Le déplacement de l'équilibre oxy-/désoxy vers la désoxymyoglobine sans ligand dans des conditions anaérobies en présence de membranes mitochondriales et phospholipidiques artificielles indique que l'interaction myoglobine-membrane entraîne une diminution de l'affinité de la myoglobine pour l'oxygène (et une augmentation de p50), ce qui facilite le détachement de l'O2 de la MbO2 aux valeurs physiologiques de p02. Ainsi, en présence de mitochondries en respiration, au moins deux types de molécules de myoglobine devraient être présents dans la cellule. Certaines d'entre elles sont libres, avec une affinité élevée pour l'O2, et respectivement, une faible p50, et les autres, associées aux mitochondries, avec des affinités plus faibles et une p50 plus élevée. Pour un transfert efficace de l'O2 depuis le cytoplasme, l'échange entre ces deux types de molécules de MbO2 doit être assez rapide. Les valeurs de Km de liaison de MbO2 aux mitochondries (environ 104 M-1 à I = 0,15) et la durée de vie du complexe (dizaines de ns) correspondent bien à cette demande.