The skeletal muscle in our body is a major site for bioenergetics and metabolism during exercise. Carbohydrates and fats are the primary nutrients that provide the necessary energy required to maintain cellular activities during exercise. The metabolic responses to exercise in glucose and lipid regulation depend on the intensity and duration of exercise. Because of the increasing prevalence of obesity, recent studies have focused on the cellular and molecular mechanisms of obesity-induced insulin resistance in skeletal muscle. Accumulation of intramyocellular lipid may lead to insulin resistance in skeletal muscle. In addition, lipid intermediates (e.g., fatty acyl-coenzyme A, diacylglycerol, and ceramide) impair insulin signaling in skeletal muscle. Recently, emerging evidence linking obesity-induced insulin resistance to excessive lipid oxidation, mitochondrial overload, and mitochondrial oxidative stress have been provided with mitochondrial function. This review will provide a brief comprehensive summary on exercise and skeletal muscle metabolism, and discuss the potential mechanisms of obesity-induced insulin resistance in skeletal muscle.
Park, Doo-Hyun;Shin, Chul-Su;Kim, Byung-Hong;Shin, Pyung-Kyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
/
v.6
no.4
/
pp.232-237
/
1996
Growth yield of Desulfovibrio desulfuricans M6 was measured using different substrates. The cell yield of fermentative growth on pyruvate was 6.22 g cell $mol^{-l}$ pyruvate. Since 1 ATP is available from substrate-level phosphorylation from the oxidation of pyruvate to acetate, $Y_{ATP}$ of the bacterium should be the same as $Y_{pyruvate}$ (6.22 g cell $mol^{-l}$ ATP). The cell yields of the bacterium on different electron donors were measured with sulfate as the electron acceptor. Cell yields on lactate, pyruvate and $H_2$ were 9.39, 13.76 and 8.45 g cell $mol^{-l}$ substrate, respectively. From these figures ATP available from electron-transport phosphorylation (ETP) of the electron donors used was calculated. ATP produced by ETP of each electron donnor were 1.71 from pyruvate, 1.51 from lactate and 1.76 from $H_2$. These values show that electrons from the oxidation of lactate to pyruvate are consumed to reduce sulfate through a reverse electron transport mechanism requiring 0.2 ATP for each pair of electrons. Based on these results, discussions are made on the electron transport mechanism in the bacterium.
Park, Kyu-Sang;Wiederkehr, Andreas;Wollheim, Claes B.
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
/
v.16
no.1
/
pp.71-77
/
2012
Mitochondrial dynamics and distribution is critical for their role in bioenergetics and cell survival. We investigated the consequence of altered fission/fusion on mitochondrial function and motility in INS-1E rat clonal ${\beta}$-cells. Adenoviruses were used to induce doxycycline-dependent expression of wild type (WT-Mfn1) or a dominant negative mitofusin 1 mutant (DN-Mfn1). Mitochondrial morphology and motility were analyzed by monitoring mitochondrially-targeted red fluorescent protein. Adenovirus-driven overexpression of WT-Mfn1 elicited severe aggregation of mitochondria, preventing them from reaching peripheral near plasma membrane areas of the cell. Overexpression of DN-Mfn1 resulted in fragmented mitochondria with widespread cytosolic distribution. WT-Mfn1 overexpression impaired mitochondrial function as glucose- and oligomycin-induced mitochondrial hyperpolarization were markedly reduced. Viability of the INS-1E cells, however, was not affected. Mitochondrial motility was significantly reduced in WT-Mfn1 overexpressing cells. Conversely, fragmented mitochondria in DN-Mfn1 overexpressing cells showed more vigorous movement than mitochondria in control cells. Movement of these mitochondria was also less microtubule-dependent. These results suggest that Mfn1-induced hyperfusion leads to mitochondrial dysfunction and hypomotility, which may explain impaired metabolism-secretion coupling in insulin-releasing cells overexpressing Mfn1.
Mitochondrial respiratory defect is a key bioenergetics feature of hepatocellular carcinoma (HCC) cells. However, their involvement and roles in HCC development and progression remain unclear. Recently, we identified 10 common mitochondrial defect (CMD) signature genes that may be induced by retrograde signaling-mediated transcriptional reprogramming in response to HCC mitochondrial defects. HCC patients with enriched expression of these genes had poor prognostic outcomes, such as shorter periods of overall survival and recurrence-free survival. Nuclear protein 1 (NUPR1), a key transcription regulator, was up-regulated by Ca++-mediated retrograde signaling. NUPR1-centric network analysis and a biochemical promoter-binding assay demonstrated that granulin (GRN) is a key downstream effector of NUPR1 for the regulation of HCC cell invasiveness; association analysis of the NUPR1-GRN pathway supported this conclusion. Mitochondrial respiratory defects and retrograde signaling thus play pivotal roles in HCC progression, highlighting the potential of the NUPR1-GRN axis as a novel diagnostic marker and therapeutic target for HCC.
The ATP-inhibited Plant Mitochondrial $K^+$ Channel ($PmitoK_{ATP}$) was discovered about fifteen years ago in Durum Wheat Mitochondria (DWM). $PmitoK_{ATP}$ catalyses the electrophoretic $K^+$ uniport through the inner mitochondrial membrane; moreover, the co-operation between $PmitoK_{ATP}$ and $K^+/H^+$ antiporter allows such a great operation of a $K^+$ cycle to collapse mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}$) and ${\Delta}pH$, thus impairing protonmotive force (${\Delta}p$). A possible physiological role of such ${\Delta}{\Psi}$ control is the restriction of harmful reactive oxygen species (ROS) production under environmental/oxidative stress conditions. Interestingly, DWM lacking ${\Delta}p$ were found to be nevertheless fully coupled and able to regularly accomplish ATP synthesis; this unexpected behaviour makes necessary to recast in some way the classical chemiosmotic model. In the whole, $PmitoK_{ATP}$ may oppose to large scale ROS production by lowering ${\Delta}{\Psi}$ under environmental/oxidative stress, but, when stress is moderate, this occurs without impairing ATP synthesis in a crucial moment for cell and mitochondrial bioenergetics.
Alzheimer's disease (AD) is a multifactorial neurodegenerative disease and has become a major socioeconomic issue in many developed countries. Currently available therapeutic agents for AD provide only symptomatic treatments, mainly because the complete mechanism of the AD pathogenesis is still unclear. Although several different hypotheses have been proposed, mitochondrial dysfunction has gathered interest because of its profound effect on brain bioenergetics and neuronal survival in the pathophysiology of AD. Various therapeutic agents targeting the mitochondrial pathways associated with AD have been developed over the past decade. Although most of these agents are still early in the clinical development process, they are used to restore mitochondrial function, which provides an alternative therapeutic strategy that is likely to slow the progression of the disease. In this mini review, we will survey the AD-related mitochondrial pathways and their small-molecule modulators that have therapeutic potential. We will focus on recently reported examples, and also overview the current challenges and future perspectives of ongoing research.
Aging is accompanied by a time-dependent progressive deterioration of multiple factors of the cellular system. The past several decades have witnessed major leaps in our understanding of the biological mechanisms of aging using dietary, genetic, pharmacological, and physical interventions. Metabolic processes, including nutrient sensing pathways and mitochondrial function, have emerged as prominent regulators of aging. Mitochondria have been considered to play a key role largely due to their production of reactive oxygen species (ROS), resulting in DNA damage that accumulates over time and ultimately causes cellular failure. This theory, known as the mitochondrial free radical theory of aging (MFRTA), was favored by the aging field, but increasing inconsistent evidence has led to criticism and rejection of this idea. However, MFRTA should not be hastily rejected in its entirety because we now understand that ROS is not simply an undesired toxic metabolic byproduct, but also an important signaling molecule that is vital to cellular fitness. Notably, mitochondrial function, a term traditionally referred to bioenergetics and apoptosis, has since expanded considerably. It encompasses numerous other key biological processes, including the following: (i) complex metabolic processes, (ii) intracellular and endocrine signaling/communication, and (iii) immunity/inflammation. Here, we will discuss shortcomings of previous concepts regarding mitochondria in aging and their emerging roles based on recent advances. We will also discuss how the mitochondrial genome integrates with major theories on the evolution of aging.
The red alga Compsopogon caeruleus can generally be found in tropical and subtropical waters worldwide. In addition to its natural habitats, this species may be found in waters that receive abnormally hot water, e.g., from powerhouses. To date, the presence of C. caeruleus has not been observed in thermally polluted lacustrine ecosystems in Poland, which has a moderate climate. The thalli of this red alga were found growing on Vallisneria spiralis in Lichenskie Lake. Importantly, this paper presents a previously unknown relationship between the temperature (20, 25, 30, 35, and 40℃) and oxygen requirements of C. caeruleus (based on ex situ measurements of O2 consumption by thalli). Surprisingly, 35℃ can be the optimum temperature for C. caeruleus, and this temperature is higher than the values reported by some previous thermal analyses by approximately 10℃. Additionally, we reviewed and mapped the distribution of this nonnative and mesophilic red alga in natural / seminatural water ecosystems in Europe. Finally, we propose that the occurrence of C. caeruleus mature thalli can be a novel, simple and easy-to-recognize bioindicator of artificially and permanently heated waters in moderate climate zones by a regular discharge of postindustrial water.
Obesity is known to induce inhibition of glucose uptake, reduction of lipid metabolism, and progressive loss of skeletal muscle function, which are all associated with mitochondrial dysfunction in skeletal muscle. Mitochondria are dynamic organelles that regulate cellular metabolism and bioenergetics, including ATP production via oxidative phosphorylation. Due to these critical roles of mitochondria, mitochondrial dysfunction results in various diseases such as obesity and type 2 diabetes. Obesity is associated with impairment of mitochondrial function (e.g., decrease in $O_2$ respiration and increase in oxidative stress) in skeletal muscle. The balance between mitochondrial fusion and fission is critical to maintain mitochondrial homeostasis in skeletal muscle. Obesity impairs mitochondrial dynamics, leading to an unbalance between fusion and fission by favorably shifting fission or reducing fusion proteins. Mitophagy is the catabolic process of damaged or unnecessary mitochondria. Obesity reduces mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and increases accumulation of dysfunctional cellular organelles, suggesting that mitophagy does not work properly in obesity. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress are reported to trigger apoptosis, and mitochondrial apoptosis is induced by obesity in skeletal muscle. It is well known that exercise is the most effective intervention to protect against obesity. Although the cellular and molecular mechanisms by which exercise protects against obesity-induced mitochondrial dysfunction in skeletal muscle are not clearly elucidated, exercise training attenuates mitochondrial dysfunction, allows mitochondria to maintain the balance between mitochondrial dynamics and mitophagy, and reduces apoptotic signaling in obese skeletal muscle.
Targeting hair follicle regeneration has been investigated for the treatment of hair loss, and fundamental studies investigating stem cells and their niche have been described. However, knowledge of stem cell metabolism and the specific regulation of bioenergetics during the hair regeneration process is currently insufficient. Here, we report the hair regrowth-promoting effect of a newly synthesized novel small molecule, IM176OUT05 (IM), which activates stem cell metabolism. IM facilitated stemness induction and maintenance during an induced pluripotent stem cell generation process. IM treatment mildly inhibited mitochondrial oxidative phosphorylation and concurrently increased glycolysis, which accelerated stemness induction during the early phase of reprogramming. More importantly, the topical application of IM accelerated hair follicle regeneration by stimulating the progression of the hair follicle cycle to the anagen phase and increased the hair follicle number in mice. Furthermore, the stem cell population with a glycolytic metabotype appeared slightly earlier in the IM-treated mice. Stem cell and niche signaling involved in the hair regeneration process was also activated by the IM treatment during the early phase of hair follicle regeneration. Overall, these results show that the novel small molecule IM promotes tissue regeneration, specifically in hair regrowth, by restructuring the metabolic configuration of stem cells.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.