The Distribution of ATPase and Porin in the Bovine Heart Mitochondrial Cristae

ATP is the energy source synthesized at the electron transferase that consist of complex I, II, III, IV and V in mitochondrial cristae. The complex V functions as ATPase which composed of sub-complex $F_0$ and $F_1$. Porin or VDAC (voltagedependent anion-selective channel), is a family of small pore-forming proteins of the mitochondrial outer membrane, and play important roles in the regulated flux of anion, proton and metabolites between the cytosolic and mitochondrial compartments. The channel allows the diffusion of negatively charged solutes such as succinate, malate, and ATP in the fully open state, but of positively charged ions in subconducting state. In this study, in order to investigate the relationship of the function and localization between porin and ATPase we observed the distribution of porin and ATPase in the mitochondria of the bovine heart. Monoclonal antibodies against porin and ATPase ${\beta}$-subunit were used to detect porin and ATPase using light microscope with immunohistochemistry and immunofluorescence, and using electron microscope with immunogold-labeling. ATPase were stained in longitudinal section region in cardiac muscle, porin were stained in longitudinal section region in cardiac muscle. We viewed more specific pattern of localization and distribution of these proteins using immunofluorescence method. There were some region which were labeled with porin or ATPase respectively, and others which were labeled both proteins in cardiac muscle. The electron microscope results showed that immunogold labeled porin were labeled locally at mitochondrial outer membrane and ATPase were labeled evenly at mitochondrial cristae. But ATPase was not labeled at mitochondria cristae. These results confirmed the subcellular localizations of porin and ATPase in mitochondrial outer membrane and cristae. Also, we assumed that ATP synthesis always does not activation in all mitochondria exist in the bovine cardiac muscle.

소(牛) 심근 미토콘드리아의 ATPase와 porin의 분포

미토콘드리아에서 생성하는 ATP는 미토콘드리아의 속막에 존재하는 전자전달계 효소(electron transferase)에 의해 생성되며, 이러한 전자전달계 효소는 복합체 I, II, III, IV, V로 구성되어 있다고 알려져 있다. ATP는 ATPase에 의해 생성되며, ATPase는 $F_0$와 $F_1$ 소복합체로 구성되어 있다. 미토콘드리아의 외막에는 Porin 또는 VDAC(voltage-dependent anion-selective channel)이라고 알려져 있는 미세한 구멍 형태의 단백질이 존재하며, 세포질에 존재하는 succinate, malate, ATP와 같은 음전하용질 또는 전자를 선택적으로 통과시키는 역할을 수행하는 것으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 소의 심근 미토콘드리아에 존재하고 있는 porin과 ATPase의 기능과 분포의 관계를 알아보기 위하여, porin과 ATPase Ⅴ-${\beta}$ 항체를 면역반응법을 이용한 광학현미경과 이중면역반응법을 이용한 형광현미경으로 확인하고, 심근 미토콘드리아의 두 단백질 분포를 면역황금표지법을 이용한 전자현미경으로 관찰하였다. 미토콘드리아에서 porin 항체에 대한 미토콘드리아 조직항원의 발색은 조직내에서 전반적으로 관찰할 수 있었으며, ATPase 항체에 대한 조직항원의 발색은 세로면에서 관찰되었다. 이중면역응법에서 porin 항체와 ATPase는 각각 다른 조직에서 발색이 관찰되거나, 같은 조직 내에서 관찰되었다. 면역황금표지법에서 porin 항체는 미토콘드리아의 바깥막에서 황금입자가 표지된 것을 확인할 수 있었으며, ATPase는 미토콘드리아의 속막에서 황금입자가 표지된 것을 확인할 수 있었다. 그러나 ATPase 항체가 황금입자로 표지되지 않은 미토콘드리아도 확인되었다. 이러한 결과로 porin 항체와 ATPase 항체는 미토콘드리아의 바깥막과 속막에 각각 분포양상을 확인하였다. porin 항체의 발색으로 인한 조직 내의 미토콘드리아가 존재하고 있음을 확인할 수 있었으며, ATPase 항체의 발색으로 인한 ATP를 생성하는 미토콘드리아를 확인할 수 있었다. 하지만 porin 항체의 반응으로 확인된 미토콘드리아가 반드시 ATP를 생성하는 것은 아니라는 것을 추측할 수 있었다.