Kinetics and mechanism of the exchange reactions catalysed by the oxoglutarate translocator of rat-heart mitochondria

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The kinetics of the exchange reactions between 2-oxoglutarate, malate, malonate and succinate have been measured at 4°C in preparations of rat-heart mitochondria under conditions where the oxoglutarate translocator is operating exclusively. Measurements of initial rates were made at three different external and three different internal concentrations of the substrates. Double-reciprocal plots show linear relationships between v−1, on the one hand, and [Sint]−1 or [Sext]−1, on the other hand, with common intercept on the axis of abscissae. Therefore the Michaelis constants equals K' in all cases. The results also show that the Michaelis constants are very much higher for external substrates than for the corresponding internal substrates and that the Michaelis constant for a given substrate, either external or internal, is independent of the nature of the counter-ion. The kinetics of the exchange reactions between internal malate and external 2-oxoglu-tarate or malonate have been measured at 4°C in the presence of external malate (external-product inhibitor). Measurements of initial rates were made at three concentrations of the internal substrate, of the external substrate and of the external product. The external product inhibits the exchange in a competitive way when external substrate is varied and in a non-competitive way when internal substrate is varied. These results are in perfect agreement with only the so-called mechanism of rapid-equilibrium random bi-bi, and with a mixed dead-end and product inhibition. It can be concluded that the translocator should possess two independent binding sites for substrates, one internal and one external, and that the transport of anions should be achieved by a simultaneous displacement of the two substrates, which would be the limiting step of the exchange reaction. Les réactions d'échange entre le 2-oxoglutarate, le malate, le malonate et le succinate ont été étudiées à 4°C dans des préparations de mitochondries de cœur de rat dans des conditions où le transporteur oxoglutarate était le seul transporteur capable de les effectuer. Les mesures de vitesses initiales ont été faites pour trois concentrations du substrat interne et du substrat externe. Les graphiques des inverses montrent que l'on obtient des relations linéaires entre v−1, d'une part, et [Sint]−1 ou [Sext]−1, d'autre part, et que ces lignes droites coupent l'axe des abscisses en un même point. Dans chaque cas la constante de Michaelis est donc égale à la constante K'. Les résultats obtenus montrent aussi que les constantes de Michaelis sont beaucoup plus petites pour les substrats externes que pour les substrats internes correspondants et que la constante de Michaelis pour un substrat donné, qu'il soit interne ou externe, est indépendante de la nature de l'ion partenaire de l'échange. Les réactions d'échange entre le malate interne et le 2-oxoglutarate ou le malonate externes ont été étudiés à 4°C en présence de malate externe (inhibition par le produit externe de la réaction). Les vitesses initiales ont été mesurées pour trois concentrations du substrat interne, du substrat externe et du produit externe. Le produit externe inhibe l'échange d'une façon compétitive quand on fait varier le substrat externe et d'une façon non compétitive quand on fait varier le substrat interne. Ces résultats sont exclusivement en accord avec le mécanisme de réaction appelé rapid-equilibrium random bi-bi et avec une inhibition mixte par le produit et le complexe dead-end. On peut conclure que le transporteur possède deux sites indépendants sur lesquels se fixent les substrats (un site interne et un site externe) et que le transport d'anions s'effectue par déplacement simultané des deux substrats, ce qui est l'étape limitante de la réaction.