Cardiac, skeletal, and smooth muscle mitochondrial respiration: are all mitochondria created equal?

Park, Song Young; Gifford, Jayson R.; Andtbacka, Robert H.I.; Trinity, Joel D.; Hyngstrom, John; Garten, Ryan S.; Διάκος, Νικόλαος; Ives, Stephen J.; Dela, Flemming; Larsen, Steen; Drakos, Stavros G.; Richardson, Russell S.

doi:10.1152/ajpheart.00227.2014

Cited by 109 publications

(118 citation statements)

References 49 publications

Supporting

Mentioning

113

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…We found no correlation between SMR and MMR among fish or between the mitochondrial properties of the liver and white muscle. The absence of covariation between tissues supports earlier findings (Garland 1984;Garland and Else 1987;Park et al 2014), while the lack of any correlation between minimum metabolic rate and MMR has also been found elsewhere (Chappell et al 2004(Chappell et al , 2007Gomes et al 2004;Careau et al 2014b). However, a highly original finding was the evidence of clear differences between liver and muscle in terms of the relationship between their mitochondrial properties and whole-organism metabolic Note.…”

Section: Discussionsupporting

confidence: 89%

“…However, the link between mitochondrial properties and metabolic traits may be tissue specific for two main reasons (Amara et al 2007;Trzcionka et al 2008;Brown et al 2012). First, mitochondrial respiratory capacities differ significantly among tissues (Hulbert et al 2006;Park et al 2014). Second, the relative contribution of a tissue to whole-organism oxygen consumption may change as a function of the metabolic state of the organism.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Variation in Metabolic Rate among Individuals Is Related to Tissue-Specific Differences in Mitochondrial Leak Respiration

Salin

Auer

Rudolf

et al. 2016

Physiological and Biochemical Zoology

View full text Add to dashboard Cite

Standard metabolic rate (SMR) and maximum metabolic rate (MMR) typically vary two-or threefold among conspecifics, with both traits assumed to significantly impact fitness. However, the underlying mechanisms that determine such intraspecific variation are not well understood. We examined the influence of mitochondrial properties on intraspecific variation in SMR and MMR and hypothesized that if SMR supports the cost of maintaining the metabolic machinery required for MMR, then the mitochondrial properties underlying these traits should be shared. Mitochondrial respiratory capacity (leak and phosphorylating respiration) and mitochondrial content (cytochrome c oxidase activity) were determined in the liver and white muscle of brown trout Salmo trutta of similar age and maintenance conditions. SMR and MMR were uncorrelated across individuals and were not associated with the same mitochondrial properties, suggesting that they are under the control of separate physiological processes. Moreover, tissue-specific relationships between mitochondrial properties and whole-organism metabolic traits were observed. Specifically, SMR was positively associated with leak respiration in liver mitochondria, while MMR was positively associated with muscle mitochondrial leak respiration and mitochondrial content. These results suggest that a high SMR or MMR, rather than signaling a higher ability for respiration-driven ATP synthesis, may actually reflect greater dissipation of energy, driven by proton leak across the mitochondrial inner membrane. Knowledge of these links should aid interpretation of the potential fitness consequences of such variation in metabolism, given the importance of mitochondria in the utilization of resources and their allocation to performance.

show abstract

Section: Discussionsupporting

confidence: 89%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Variation in Metabolic Rate among Individuals Is Related to Tissue-Specific Differences in Mitochondrial Leak Respiration

Salin

Auer

Rudolf

et al. 2016

Physiological and Biochemical Zoology

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…6 cells/ml of suspension and digitonin concentration 25 µg/ml, or at cell concentration 2.0-3.0×10 6 cells/ml and digitonin concentration 50 µg/ml, or at cell concentration 4.0-5.6×10…”

Section: Abstract: Permeabilized Hepatocytes Digitonin Mitocmentioning

confidence: 99%

“…This method is applied in various degrees to skeletal muscle fibers [5], smooth muscle cells [6], hepatocytes [7], pancreacytes [8] and enable to maintain the interaction between mitochondrial respiration and other cell processes. The advantage of using permeabilized cells is that, unlike the isolated mitochondrial fraction, entire cell population of mitochondria is studied in its natural environment [9].…”

Section: Abstract: Permeabilized Hepatocytes Digitonin Mitocmentioning

confidence: 99%

Experimental substantiation of permeabilized hepatocytes model for investigation of mitochondria in situ respiration

Merlavsky¹,

Manko²,

Ikkert³

et al. 2015

Ukr.Biochem.J.

View full text Add to dashboard Cite

to verify experimentally the model of permeabilized hepatocytes, the degree of cell permeability was assessed using trypan blue and polarographycally determined cell respiration rate upon succinate (0.35 mM) and α-ketoglutarate (1 mM) oxidation. Oxidative phosphorylation was stimulated by ADP (750 μM). Hepatocyte permeabilization depends on digitonin concentraion in medium and on the number of cells in suspension.Thus, the permeabilization of 0.9-1.7 million cells/ml was completed by 25 μg/ml of digitonin, permeabilization of 2.0-3.0 million cells/ml -by 50 μg/ml of digitonin and permeabilization of 4.0-5.6 million cells/ml -by 100 μg/ml. Thus, the higher is the suspension density, the higher digitonin concentration is required. Treat T he digitonin-permeabilization of hepatocytes depends on both digitonin concentraion in medium and the number of cells in suspension. Thus, complete permeabilization was observed at cell concentration 0.9-1.7×10 6 cells/ml of suspension and digitonin concentration 25 µg/ml, or at cell concentration 2.0-3.0×10 6 cells/ml and digitonin concentration 50 µg/ml, or at cell concentration 4.0-5.6×10 6 cells/ml and digitonin concentration 100 µg/ml.The rate of oxygen uptake is one of the integral parameters characterizing the functional state of energy-producing cell system. This rate is measured in a polarographic system using an oxygen electrode. The methodological basis for the study of mitochondrial respiration was suggested by Chance and Williams, 1955 [1]. They characterized the basic metabolic states, in which the electron flow intensity in the respiratory chain is determined by various factors such as: availability of endogenous oxidation substrates (state S 1 ), concentrations of ADP and phosphate required for oxidative phosphorylation (state S 2 ), the presence of exogenous oxidation substrate at an excess of exogenous ADP (activation of oxidative phosphorylation, state S 3 ) or ADP depletion (cessation of oxidative phosphorylation, state S 4 ), low pressure (depletion) of oxygen (state S 5 ) [1].Monitoring of respiration rate in the isolated mitochondria suspension contributed to a better understanding and control of the mitochondrial oxidation pathway specifically in these organelles. Howe ver, the absence of structural and functional links between isolated mitochondria and other cell components makes it difficult to investigate the regulation of mitochondrial oxidative processes, in which other organelles and cytosolic factors are involved. In the cell, mitochondria are present in close contacts with endoplasmic reticulum and Golgi complex [2][3][4], and the intensity of oxidative phosphorylation is regulated by adjacent organelles, for example, by the al- concentration [3]. Therefore, the study of isolated mitochondria may not fully indicate the peculiarities of their functioning in vivo. Given, the polarographic measurement of oxygen uptake has been adapted for the study of respiration of permeabilized cells (or mitochondria in situ).This method is applied in various deg...

show abstract

“…Результати подібних досліджень в сучасній лі-тературі різноспрямовані та несистематизовані [27,28,32]. Вивчення морфофункціональних пе-ребудов в клітинах міокарда в умовах гострого та довготривалого навантаження також необхідне для розуміння механізмів, які приймають участь в розви-тку тканинної гіпоксії при фізичних навантаженнях.…”

unclassified

Difference of Structural Reconstructions of Myocardium in Acute and Long-Term Physical Training in Experiment

Bezugla¹,

Rozova²,

Vinnychuk³

2016

Ukr. ž. med. bìol. sportu

View full text Add to dashboard Cite

За гоСтриХ та триВалиХ ФіЗичниХ наВантаЖенЬ В екСпериМентінаціональний університет фізичного виховання та спорту україни, м. київ *інститут фізіології ім. О. О. Богомольця нан україни, м. київ В статті розглянуто вплив гострого та тривало-го фізичного навантаження на мітохондріальний апарат та капіляризацію клітин міокарда щурів. По-казано, що гостре навантаження приводить до де-структивних змін та набряку міоцитів, вакуолізації та збільшення структурно змінених мітохондрій. При тривалому фізичному навантаженні відмічено значне збільшення, відносно контрольних значень та отриманих при гострому навантаженні, кількос-ті функціонуючих капілярів, загальної кількості та площі мітохондрій, що свідчить про зростання енер-гетичного метаболізму і формування тканинної ре-зистентності до гіпоксії навантаження.Ключові слова: фізичне навантаження, міокард, мітохондріальний апарат, капіляризація тканини.Робота виконана відповідно НДР «Здоров'я-зберігаюча технологія підвищення ефективнос-ті тренувальної і змагальної діяльності кваліфі-кованих спортсменів», № державної реєстрації 0114U001532.Вступ. Адаптація до напруженої м'язової діяль-ності та пошук шляхів підвищення фізичної працез-датності залишається актуальною проблемою спор-ту вищих досягнень. Центральними механізмами такої адаптації є підвищення та розширення можли-востей функціональної системи дихання (ФСД), яка складається з системи зовнішнього дихання, крово-обігу та тканинного дихання, і забезпечує адекват-не постачання кисню відповідно кисневому запиту тканин та виведення з організму надлишку СО 2 . [7].Довготривала адаптація спортсменів до фізич-них навантажень супроводжується змінами мор-фофункціональних показників, механізмів регуляції метаболізму і функції апарату кровообігу [8]. Відо-мо, що тривале спортивне тренування приводить як до підвищення потужності механізмів ФСД, так і до зростання ефективності фізіологічних проце-сів, економізації фізіологічних функцій і енергоза-безпечення. При цьому відбувається підвищення максимального споживання кисню, максимальних хвилинних об'ємів дихання, зростання загальної та життєвої ємності легень, маси, об'єму та скоротли-вої здатності серця [4].Проте збільшення навантаження на ФСД завдяки зростанню споживання кисню та продукції вуглекис-лого газу при напруженій м'язовій діяльності веде до формування гіпоксичного стану, а саме до гіпоксії навантаження, яка проявляється на тканинному, клі-тинному і молекулярному рівнях. Головною особли-вістю адаптаційних механізмів при вказаному виді гіпоксії є перерозподіл та збільшення енергетичних, метаболічних, структурних ресурсів організму в ін-тересах тієї тканини, де відбуваються адаптаційні перебудови [7,19]. Зазначені перебудови стосу-ються і змін ультраструктури та функціонування мі-тохондріального апарату клітин організму та мають важливе значення, оскільки пошкодження мітохон-дрій, які є найбільш чутливими до гіпоксії органе-лами, спричиняє порушення енергозабезпечення, антиоксидантного захисту, стабільності мембран внаслідок інтенсифікації перекисного окиснення лі-підів (ПОЛ)...

show abstract

Cardiac, skeletal, and smooth muscle mitochondrial respiration: are all mitochondria created equal?

Cited by 109 publications

References 49 publications

Variation in Metabolic Rate among Individuals Is Related to Tissue-Specific Differences in Mitochondrial Leak Respiration

Variation in Metabolic Rate among Individuals Is Related to Tissue-Specific Differences in Mitochondrial Leak Respiration

Experimental substantiation of permeabilized hepatocytes model for investigation of mitochondria in situ respiration

Difference of Structural Reconstructions of Myocardium in Acute and Long-Term Physical Training in Experiment

Contact Info

Product

Resources

About