Native organization of alternative NAD(P)H-dehydrogenases NDA and NDB in mitochondria of etiolated pea sprouts

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Numerous biochemical and structural studies into the native organization of oxidative phosphorylation in the mitochondria of various eukaryotic organisms have convincingly shown that respiratory complexes can associate with one another to form higher-order structures referred to as supercomplexes. Plant mitochondria are distinguished by a more complicated organization of the respiratory chain due to the presence of a number of alternative oxidoreductases. It is considered that these enzymes do not physically interact with those of the cytochrome pathway. However, the available literature data obtained on yeast mitochondria suggests the possibility of such an association. In this regard, we aimed to study the native organization of alternative NAD(P)H-dehydrogenases NDA and NDB in plant mitochondria. The work was performed on six-day etiolated pea seedlings. The 2D BN/SDS-PAGE in combination with immunochemistry found that, in pea organelles, the main part of the populations of NDA and NDB alternative NAD(P)H dehydrogenases were included in superstructures with masses of 700, 780, and 900 kDa. Additionally, NDA was detected in the region of 1480 and 1600 kDa, and NDB was registered at values of 1330, 340, and 100–120 kDa. An analysis of subunit profiles of the observed associations and a colorimetric detection of ATPase activity in 1D BN-gel suggested that the major part of the NDA and NDB populations identified by the available antibodies was associated with ATP synthase and represented a heterogeneous population of ATP-synthasomes, assumably, with a NDA2/NDB2Va/b1-2 composition. The rest of the enzymes were likely to be part of the NDA2/NDB2III2IV and NDA2IV1Va2 supercomplexes. The physiological significance of the association of alternative NAD(P)H dehydrogenases with ATP synthase requires further study.

About the authors

I. V. Ukolova

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: irinastupnikova@mail.ru

M. A. Kondakova

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: kondakova-marina@mail.ru

G. B. Borovskii

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: borovskii@sifibr.irk.ru

References

  1. Cogliati S., Cabrera-Alarcón J.L., Enriquez J.A. Regulation and functional role of the electron transport chain supercomplexes // Biochemical Society Transactions. 2021. Vol. 49, no. 6. P. 2655–2668. doi: 10.1042/BST20210460.
  2. Kohler A., Barrientos A., Fontanesi F., Ott M. The functional significance of mitochondrial respiratory chain supercomplexes // EMBO Reports. 2023. Vol. 24, no. 11. P. e57092. doi: 10.15252/embr.202357092.
  3. Kühlbrandt W. Structure and mechanisms of F-type ATP synthases // Annual Review of Biochemistry. 2019. Vol. 88. P. 515–549. doi: 10.1146/annurev-biochem-013118-110903.
  4. Ukolova I.V. The subcompartmented oxphosomic model of the phosphorylating system organization in mitochondria // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2021. Т. 25. N 7. С. 778–786. doi: 10.18699/VJ21.089. EDN: VRUFFV.
  5. Møller I.M., Rasmusson A.G., Van Aken O. Plant mitochondria – past, present and future // The Plant Journal. 2021. Vol. 108, no. 4. P. 912–959. doi: 10.1111/tpj.15495.
  6. Rasmusson A.G., Geisler D.A., Møller I.M. The multiplicity of dehydrogenases in the electron transport chain of plant mitochondria // Mitochondrion. 2008. Vol. 8, no. 1. P. 47–60. doi: 10.1016/j.mito.2007.10.004.
  7. Sweetman C., Waterman C.D., Rainbird B.M., Smith P.M.C., Jenkins C.D., Day D.A., et al. AtNDB2 is the main external NADH dehydrogenase in mitochondria and is important for tolerance to environmental stress // Plant Physiology. 2019. Vol. 181, no. 2. P. 774–788. doi: 10.1104/pp.19.00877.
  8. Гармаш Е.В. Сигнальные пути регуляции экспрессии генов альтернативной оксидазы растений // Физиология растений. 2022. Т. 69. N 1. С. 3–19. doi: 10.31857/S0015330322010055. EDN: AATESI.
  9. Braun H.-P. The Oxidative Phosphorylation system of the mitochondria in plants // Mitochondrion. 2020. Vol. 53. P. 66–75. doi: 10.1016/j.mito.2020.04.007.
  10. Grandier-Vazeille X., Bathany K., Chaignepain S., Camougrand N., Manon S., Schmitter J.M. Yeast mitochondrial dehydrogenases are associated in a supramolecular complex // Biochemistry. 2001. Vol. 40, no. 33. P. 9758–9769. doi: 10.1021/bi010277r.
  11. Guerrero-Castillo S., Vázquez-Acevedo M., González-Halphen D., Uribe-Carvajal S. In Yarrowia lipolytica mitochondria, the alternative NADH dehydrogenase interacts specifically with the cytochrome complexes of the classic respiratory pathway // Biochimica et Biophysica Acta. 2009. Vol. 1787, no. 2. P. 75–85. doi: 10.1016/j.bbabio.2008.10.008.
  12. Matus-Ortega M.G., Cárdenas-Monroy C.A., Flores-Herrera O., Mendoza-Hernández G., Miranda M., González-Pedrajo B., et al. New complexes containing the internal alternative NADH dehydrogenase (Ndi1) in mitochondria of Saccharomyces cerevisiae // Yeast. 2015. Vol. 32, no. 10. P. 629–641. doi: 10.1002/yea.3086.
  13. Senkler J., Senkler M., Eubel H., Hildebrandt T., Lengwenus C., Schertl P., et al. The mitochondrial complexome of Arabidopsis thaliana // The Plant Journal. 2017. Vol. 89, no. 6. P. 1079–1092. doi: 10.1111/tpj.13448.
  14. Ukolova I.V., Kondakova M.A., Kondratov I.G., Sidorov A.V., Borovskii G.B., Voinikov V.K. New insights into the organisation of the oxidative phosphorylation system in the example of pea shoot mitochondria // Biochimica et Biophysica Acta – Bioenergetics. 2020. Vol. 1861, no. 11. P. 148264. doi: 10.1016/j.bbabio.2020.148264.
  15. Schägger H. Blue-native gels to isolate protein complexes from mitochondria // Methods in Cell Biology. 2001. Vol. 65. P. 231–244. doi: 10.1016/S0091-679X(01)65014-3.
  16. Wittig I., Braun H.-P., Schägger H. Blue native PAGE // Nature Protocols. 2006. Vol. 1, no. 1. P. 418–428. doi: 10.1038/nprot.2006.62.
  17. Sabar M., Balk J., Leaver C.J. Histochemical staining and quantification of plant mitochondrial respiratory chain complexes using blue-native polyacrylamide gel electrophoresis // The Plant Journal. 2005. Vol. 44, no. 5. P. 893–901. doi: 10.1111/j.1365-313X.2005.02577.x.
  18. Svensson A.S., Rasmusson A.G. Light-dependent gene expression for proteins in the respiratory chain of potato leaves // The Plant Journal. 2001. Vol. 28, no. 1. P. 73–82. doi: 10.1046/j.1365-313x.2001.01128.x.
  19. Ukolova I.V., Borovskii G.B. OXPHOS organization and activity in mitochondria of plants with different life strategies // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24, no. 20. P. 15229. doi: 10.3390/ijms242015229.
  20. Кондакова М.А., Уколова И.В., Боровский Г.Б., Войников В.К. Новые суперкомплексы в системе окислительного фосфорилирования митохондрий проростков гороха Pisum sativum L. // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6. N 3. С. 143–146. doi: 10.21285/2227-2925-2016-6-3-143-146. EDN: WZQKGF.
  21. Rasmusson A.G., Agius S.C. Rotenone-insensitive NAD(P)H dehydrogenases in plants: immunodetection and distribution of native proteins in mitochondria // Plant Physiology and Biochemistry. 2001. Vol. 39, no. 12. P. 1057–1066. doi: 10.1016/S0981-9428(01)01334-1.
  22. Antos-Krzeminska N., Jarmuszkiewicz W. Alternative type II NAD(P)H dehydrogenases in the mitochondria of protists and fungi // Protist. 2019. Vol. 170, no. 1. P. 21–37. doi: 10.1016/j.protis.2018.11.001.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».