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Mitochondrial membrane studies using impedance spectroscopy with parallel pH monitoring.

並行pHモニタリングを用いたインピーダンス分光法によるミトコンドリア膜研究 (機械翻訳の邦題)

PloS one2014Padmaraj D, Pande R, Miller JH Jr, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象動物

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研究デザイン
その他の原著論文
対象
動物
出版年
2014
出典
doi.org
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出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/03
鮮度
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確認段階
自動処理
記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

ミトコンドリア機能障害は糖尿病や肥満、心不全、老化など多くの疾患に関連する。ATP合成は内膜の電位差とプロトン流によるpH差に依存する。本研究では、ミトコンドリアのイオン活性と誘電特性を並行測定するBioMEMSデバイスを開発した。チップは広周波数範囲で最適化された2探針・4探針構造の電極と、電子伝達系のプロトンやナトリウム、カリウム、カルシウムなどのイオンを検出可能なイオン感応性電界効果トランジスタを備える。脱共役剤で膜を脱分極させると、インピーダンス値の増加が観察され、膜電位変化が検出された。電気モデルにより複素インピーダンスの周波数依存性と膜の寄与を説明した。結果は誘電分光法が膜電位研究に有効であることを示し、ミトコンドリアのバイオエナジェティクスに関連する電気化学パラメータの研究が異常の解明に有用であると結論した。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

A biological microelectromechanical system (BioMEMS) device was designed to study complementary mitochondrial parameters important in mitochondrial dysfunction studies. Mitochondrial dysfunction has been linked to many diseases, including diabetes, obesity, heart failure and aging, as these organelles play a critical role in energy generation, cell signaling and apoptosis. The synthesis of ATP is driven by the electrical potential across the inner mitochondrial membrane and by the pH difference due to proton flux across it. We have developed a tool to study the ionic activity of the mitochondria in parallel with dielectric measurements (impedance spectroscopy) to gain a better understanding of the properties of the mitochondrial membrane. This BioMEMS chip includes: 1) electrodes for impedance studies of mitochondria designed as two- and four-probe structures for optimized operation over a wide frequency range and 2) ion-sensitive field effect transistors for proton studies of the electron transport chain and for possible monitoring other ions such as sodium, potassium and calcium. We have used uncouplers to depolarize the mitochondrial membrane and disrupt the ionic balance. Dielectric spectroscopy responded with a corresponding increase in impedance values pointing at changes in mitochondrial membrane potential. An electrical model was used to describe mitochondrial sample's complex impedance frequency dependencies and the contribution of the membrane to overall impedance changes. The results prove that dielectric spectroscopy can be used as a tool for membrane potential studies. It can be concluded that studies of the electrochemical parameters associated with mitochondrial bioenergetics may render significant information on various abnormalities attributable to these organelles.

MeSH

AnimalsCarbonyl Cyanide p-TrifluoromethoxyphenylhydrazoneDielectric SpectroscopyElectrodesGlutamatesHydrogen-Ion ConcentrationMalatesMechanical PhenomenaMembrane Potential, MitochondrialMiceMicrotechnologyMitochondrial MembranesTransistors, Electronic

DOI 10.1371/journal.pone.0101793

PMID 25010497

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