Budding yeasts maintain an effective system to regulate intracellular pH in response to environmental pH fluctuation. In a previous study we reported that SHC1 plays a role in cell growth at alkaline condition, not at acid pH. We constructed a null mutant deleted an entire open reading frame for SHC1. To test whether the retardation in cell growth was caused by the absence of intracellular pH buffering capacity, we measured intracellular pH with a pH-sensitive fluorescent dye, C.SNARE. The intracellular pH of the mutant cell was much higher than that of wild-type cells, indicating that the mutant cells lack some types of buffering capacity. We also investigated the level of $Na^+ and K^+$ content with atomic mass spectroscopy after alkali shock. Wild-type cell showed a higher level of intracellular K^+$ content, whereas there was no difference in $Na^+$ level. The result suggested that K^+$ is more important in the regulation of intracellular pH in yeasts.
Intracellular pH was determined by distribution of 5.5-dimethyl-2,4-oxazolidlnedione [DMO]in the skeletal muscle of dogs before and after lactic acidosis induced by intravenous infusion of lactic acid solution. After infusion of lactic acid solution arterial pH decreased from 7.40 to around 7.12 [P<0.001]and metabolic acidosis was induced. However, dose-pH change response was not proportional as in the case of hydrochloric acid infusion. During lactic acidosis, intracellular pH changed very little except when venous blood $pCO_2$ increased significantly. The decrease of intracellular pH in lactic acidosis might be due primarily to the increase of intracellular $pCO_2$. And during lactic acidosis, change of extracellular pH was larger than that of intracellular pH, and this was also the case of change In hydrogen Ion concentration in extracellular and intracellular fluid. The fact was estimated that exogenous lactic acid transported into the cell does not contribute to pH change by the participation in the metabolism. Change in plasma potassium Ion concentration was not eminent as metabolic acid-base disturbances by other origin, and changing pattern of Hi/He ratio was not same as Ki/Ke ratio. In spite of no changes in extracellular potassium ion concentration after exogenous lactic acidosis total amount of potassium ion in extracellular fluid increased from 12.62mEg to 18.26mEg [P< 0.05].
An increase in ventricular pressure can alter cardiac excitation and contraction. Recent report has demonstrated that fluid pressure (FP) suppresses L-type $Ca^{2+}$ current with acceleration of the current inactivation in ventricular myocytes. Since the L-type $Ca^{2+}$ channels known to be regulated by intracellular pH ($pH_i$), this study was designed to explore whether pressurized fluid flow affects pHi in isolated rat ventricular myocytes. A flow of pressurized (~16 dyne/$cm^2$) fluid, identical to that bathing the myocytes, was applied onto single myocytes, and intracellular $H^+$ concentration was monitored using confocal $H^+$ imaging. FP significantly decreased $pH_i$ by $0.07{\pm}0.01$ pH units (n=16, P<0.01). Intracellular acidosis enhances the activity of $Na^+-H^+$ exchanger (NHE). Therefore, we examined if the NHE activity is increased by FP using the NHE inhibitor, HOE642. Although HOE642 did not alter $pH_i$ in control conditions, it decreased $pH_i$ in cells pre-exposed to FP, suggesting enhancement of NHE activity by FP. In addition, FP-induced intracellular acidosis was larger in cells pre-treated with HOE642 than in cells under the control conditions. These results suggest that FP induces intracellular acidosis and that NHE may contribute to extrude $H^+$ during the FP-induced acidosis in rat ventricular myocytes.
$Na^+/H^+$ exchanger (NHE) has a critical role in regulation of intracellular pH (pHi) in the renal proximal tubular cells. It has recently been shown that dopamine inhibits NHE in the renal proximal tubules. Nevertheless, there is a dearth of information on the effects of long-term (chronic) dopamine treatment on NHE activities. This study was performed to elucidate the pHi regulatory mechanisms during the chronic dopamine treatments in renal proximal tubular OK cells. The resting pHi was greatly decreased by chronic dopamine treatments. The initial rate and the amplitude of intracellular acidification by isosmotical $Na^+$ removal from the bath medium in chronically dopamine-treated cells were much smaller than those in control. Although it seemed to be attenuated in $Na^+$-dependent pH regulation system, $Na^+$-dependent pHi recovery by NHE after intracelluar acid loading in the dopamine-treated groups was not significantly different from the control. The result is interpreted to be due to the balance between the stimulation effects of lower pHi on the NHE activity and counterbalance by dopamine. Our data strongly suggested that chronic dopamine treatment increased intrinsic intracellular buffer capacity, since higher buffer capacity was induced by lower resting pHi and this effect could attenuate pHi changes under extracellular $Na^+$-free conditions in chronically dopamine-treated cells. Our study also demonstrated that intracellular acidification induced by chronic dopamine treatments was not mediated by changes in NHE activity.
The $Na^+/H^+$ exchanger-1 (NHE-1) is a ubiquitously expressed pH-regulatory membrane protein that functions in the brain, heart, and other organs. It is increased by intracellular acidosis through the interaction of intracellular $H^+$ with an allosteric modifier site in the transport domain. In the previous study, we reported that glutamate-induced NHE-1 phosphorylation mediated by activation of protein kinase C-${\beta}$ (PKC-${\beta}$) in cultured neuron cells via extracellular signal-regulated kinases (ERK)/p90 ribosomal s6 kinases (p90RSK) pathway results in NHE-1 activation. However, whether glutamate stimulates NHE-1 activity solely by the allosteric mechanism remains elusive. Cultured primary cortical neuronal cells were subjected to intracellular acidosis by exposure to $100{\mu}M$ glutamate or 20 mM $NH_4Cl$. After the desired duration of intracellular acidosis, the phosphorylation and activation of PKC-${\beta}$, ERK1/2 and p90RSK were determined by Western blotting. We investigated whether the duration of intracellular acidosis is controlled by glutamate exposure time. The NHE-1 activation increased while intracellular acidosis sustained for >3 min. To determine if sustained intracellular acidosis induced NHE-1 phosphorylation, we examined phosphorylation of NHE-1 induced by intracellular acidosis by transient exposure to $NH_4Cl$. Sustained intracellular acidosis led to activation and phosphorylation of NHE-1. In addition, sustained intracellular acidosis also activated the PKC-${\beta}$, ERK1/2, and p90RSK in neuronal cells. We conclude that glutamate stimulates NHE-1 activity through sustained intracellular acidosis, which mediates NHE-1 phosphorylation regulated by PKC-${\beta}$/ERK1/2/p90RSK pathway in neuronal cells.
The toxicity of inorganic sulfuric acid as a stressor was characterized in Saccharomyces cerevisiae KNU5377. In this work, we examined physiological responses to low extracellular pH $(pH_{ex})$ caused by inorganic $H_2SO_4$, which could not affect cell growth after pH was adjusted to an optimum with Trizma base. The major toxicity of sulfuric and was found to be reduction of environmental pH, resulting in stimulation of plasma membrane ${H^+}-ATPase$, which in turn contributed to intracellular alkalinization. Using a pH-dependent fluorescence probe, 5-(and-6)-carboxy SNARF-1, acetoxymethyl ester, acetate (carboxy SNARF-1 AM acetate), to determine $pH_{in}$, we found that color was dependent on the changes of intracellular pH which coincided with calculated $pH_{in}$ of alkalinization up to approximately pH 7.3. This alkalinization did not seem to affect survival of these cells exposed to 30 mM sulfuric acid, which lowered the $pH_{ex}$ of the glucose containing growth media up to approximately pH 3.0; however, the cells could grow only up to 70% of the maximum growth in the same media, when 30 mM sulfuric acid was added.
The extracellular and intracellular inulases from Kluyveromyces marxianus were purified and characterized. The maximum production of both inulases was achieved at stationary phase in a pH-controlled medium at pH 5 with yeast nitrogen base as organic nitrogen source. Each enzyme was concentrated by tannic acid precipitation and separated into two fractions by DEAF-cellulose chromatography. Electrophoretic analysis showed that the four fractions had three glycoprotein bards each. Only main glycoprotein band, however, had both inulase and invertase activities. There were no significant differences between two enzymes in the optimum pH and temperature. But the intracellular inulases had higher heat stability and less affinity toward inulin than the extracellular enzymes do. All the purified enzymes were considered to be exo-inulases using hydrolyzate analysis with TLC.
Park, Kyu-Sang;Kong, In-Deok;Lee, Joong-Woo;Rhim, Hye-Whon;Kim, Young-Chul;So, In-Suk;Kim, Ki-Whan
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.6
no.5
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pp.255-260
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2002
The effects of intracellular and extracellular pH on the inwardly rectifying $K^+$ (IRK) channel of the bovine aortic endothelial cells (BAECs) were examined using whole-cell patch-clamp technique. The IRK current, efficiently blocked by $Ba^{2+}\;(200{\mu}M),$ is the most prominent membrane current in BAECs, which mainly determines the resting membrane potential. The expression of Kir2.1 was observed in BAECs using reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis. Intracellular alkalinization, elicited by the extracellular substitution of NaCl with $NH_4Cl$ (30 mM), significantly augmented the amplitude of IRK current. On the contrary, the amplitude of IRK current was attenuated by the Na-acetate (30 mM)-induced intracellular acidification. The changes in extracellular pH also closely modulated the amplitude of IRK current, which was decreased to $40.2{\pm}1.3%$ of control upon switching the extracellular pH to 4.0 from 7.4. The extracellular pH value for half-maximal inhibition (pK) of IRK current was 5.11. These results demonstrate that the activity of IRK channel in BAECs, probably Kir2.1, was suppressed by proton at both sides of plasma membrane.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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1999.06a
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pp.24-25
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1999
Intracellular pH(pH$_{i}$) regulation is very important to regulate the cellular functions of cardiac myocytes such as contractility, signal transduction, ion regulation, cell volume, and energy production etc. The resting pH$_{i}$ was maintained at about 7.07 and strictly regulated within the range of $\pm$0.1.(omitted)ted)
The effect of ${\alpha}_1$-adrenoceptor(${\alpha}_1$-AR) stimulation on intracellular pH($pH_i$), $Na^+$ activity($a_{Na}{^i}$) and contractility were investigated in isolated papillary muscles of euthyroid or hyperthyroid guinea pig with conventional microelectrode, $Na^+$ or $H^+$-selective microelectrodes, and tension transducer. Stimulation of the ${\alpha}_1$-AR by phenylephrine produced a decrease in $a_{Na}{^i}$ in euthyroid preparations. This decrease in $a_{Na}{^i}$ was abolished in presence of PKC activator, phorbol dibutyrate, and increased contrary to decrease. Phenylephrine also increased $a_{Na}{^i}$ in hyperthyroid ones. However, phenylrephtine produced an increase in $pH_i$ in both euthyroid and hyperthyroid ones. These changes were blocked by prazosin, an antagonist of ${\alpha}_1$-AR. These findings suggest that the changes in $a_{Na}{^i}$ and $pH_i$ are mediated by a stimulation of $Na^+-H^+$ exchange via ${\alpha}_1$-AR stimulation. This study focused on the increase in $a_{Na}{^i}$, $pH_i$ and contractility. The increase in $pH_i$ was blocked by amiloride or EIPA, $Na^+-H^+$ exchange inhibitors. Therefore, the increase in $a_{Na}{^i}$ and $pH_i$ mediated by ${\alpha}_1$-AR appeared to be due to an influx of $Na^+$ and a reduction of $H^+$ through $Na^+-H^+$ exchange. This study also revealed that the increase in $pH_i$ and $a_{Na}{^i}$ might be related to the sustained positive inotropic response. The $a_{Na}{^i}$ increase may contribute to the intracellular $Ca^{2+}$ through the $Na^+-Ca^{2+}$ exchange, and the $pH_i$ increase could cause an increase in the $Ca^{2+}$ sensitivity of myofilaments and may augment the ${\alpha}_1$-AR-mediated positive inotropic response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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