Creatine kinase (CK) is considered the main phosphotransfer system in the heart, important for overcoming diffusion restrictions and regulating mitochondrial respiration. It is substrate limited in creatine-deficient mice lacking L-arginine:glycine amidinotransferase (AGAT) or guanidinoacetate methyltranferase (GAMT). Our aim was to determine the expression, activity and mitochondrial coupling of hexokinase (HK) and adenylate kinase (AK), as these represent alternative energy transfer systems. In permeabilized cardiomyocytes, we assessed how much endogenous ADP generated by HK, AK or CK stimulated mitochondrial respiration and how much was channeled to mitochondria. In whole heart homogenates, and cytosolic and mitochondrial fractions, we measured the activities of AK, CK and HK. Lastly, we assessed the expression of the major HK, AK and CK isoforms. Overall, respiration stimulated by HK, AK and CK was ~25, 90 and 80%, respectively, of the maximal respiration rate, and ~20, 0 and 25%, respectively, was channeled to the mitochondria. The activity, distribution and expression of HK, AK and CK did not change in GAMT KO mice. In AGAT KO mice, we found no changes in AK, but we found a higher HK activity in the mitochondrial fraction, greater expression of HK I, but a lower stimulation of respiration by HK. Our findings suggest that mouse hearts depend less on phosphotransfer systems to facilitate ADP flux across the mitochondrial membrane. In AGAT KO mice, which are a model of pure creatine-deficiency, the changes in HK may reflect changes in metabolism as well as influence mitochondrial regulation and reactive oxygen species production.

中文翻译：

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纯肌酸缺乏小鼠模型中己糖激酶的心脏表达和位置变化

肌酸激酶 (CK) 被认为是心脏中的主要磷酸转移系统​​，对于克服扩散限制和调节线粒体呼吸很重要。它在缺乏 L-精氨酸：甘氨酸脒基转移酶 (AGAT) 或胍基乙酸甲基转移酶 (GAMT) 的肌酸缺陷小鼠中是底物受限的。我们的目的是确定己糖激酶 (HK) 和腺苷酸激酶 (AK) 的表达、活性和线粒体偶联，因为它们代表了替代能量转移系统。在透化心肌细胞中，我们评估了 HK、AK 或 CK 产生的内源性 ADP 有多少刺激了线粒体呼吸，以及有多少被引导至线粒体。在整个心脏匀浆、细胞质和线粒体组分中，我们测量了 AK、CK 和 HK 的活性。最后，我们评估了主要HK的表达，AK 和 CK 同种型。总体而言，HK、AK 和 CK 刺激的呼吸分别为最大呼吸速率的 ~25%、90% 和 80%，并且分别~20%、0% 和 25% 被引导到线粒体。HK、AK和CK的活性、分布和表达在GAMT KO小鼠中没有变化。在 AGAT KO 小鼠中，我们发现 AK 没有变化，但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。AK 和 CK 分别为最大呼吸率的 ~25%、90% 和 80%，并且分别 ~20%、0% 和 25% 被引导到线粒体。HK、AK和CK的活性、分布和表达在GAMT KO小鼠中没有变化。在 AGAT KO 小鼠中，我们发现 AK 没有变化，但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。AK 和 CK 分别为最大呼吸率的 ~25%、90% 和 80%，并且分别 ~20%、0% 和 25% 被引导到线粒体。HK、AK和CK的活性、分布和表达在GAMT KO小鼠中没有变化。在 AGAT KO 小鼠中，我们发现 AK 没有变化，但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。分别被引导到线粒体。HK、AK和CK的活性、分布和表达在GAMT KO小鼠中没有变化。在 AGAT KO 小鼠中，我们发现 AK 没有变化，但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。分别被引导到线粒体。HK、AK和CK的活性、分布和表达在GAMT KO小鼠中没有变化。在 AGAT KO 小鼠中，我们发现 AK 没有变化，但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。但我们发现线粒体部分的 HK 活性更高，HK I 的表达更高，但 HK 对呼吸的刺激较低。我们的研究结果表明，小鼠心脏较少依赖磷酸转移系统​​来促进 ADP 穿过线粒体膜。在作为纯肌酸缺乏模型的 AGAT KO 小鼠中，HK 的变化可能反映了代谢的变化以及影响线粒体调节和活性氧的产生。