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Cell Biology
Chapter 19: Mitochondria and Energy Production
19.6:
电子传递链:复合物 I 和 II
线粒体电子传递链 (ETC) 是真核细胞中的主要能量产生系统。然而,由于氧化磷酸化过程中的大电子流,线粒体也会产生细胞毒性活性氧 (ROS)。虽然复合物 I 是超氧自由基的主要来源之一,但复合物 II 产生的 ROS 并不常见,只能在复合物突变的癌细胞中观察到。
ROS 的产生受到调节并维持在健康细胞中正常细胞信号传导过程所必需的适度水平。然而,癌细胞具有更高的抗氧化能力,使 ROS 维持在触发促肿瘤途径的水平,而不会导致癌细胞死亡。因此,癌细胞具有改变的氧化还原环境,高 ROS 产生率抵消了高 ROS 清除率。癌细胞的这一独特特性使它们比正常细胞对 ROS 水平的变化更敏感。阻碍 ETC 中正常电子流动的抑制性化合物也可以触发线粒体细胞死亡途径。例如,二甲双胍、白藜芦醇和芬瑞替尼等 ETC 抑制剂会破坏呼吸复合物的正常功能。这会导致 ROS 产生升高到超过癌细胞抗氧化能力的水平,从而导致它们死亡。
复合物 I 被二甲双胍抑制,二甲双胍是一种 AMP 活化蛋白激酶,可阻断线粒体呼吸功能并诱导多种类型的癌细胞(包括胰腺癌和乳腺癌细胞)的程序性细胞死亡。复合物 II 的突变虽然罕见,但可导致周围神经系统颈动脉体感觉器官的肿瘤。
除了癌症,电子传递链复合物的异常活动或缺陷也与人类神经退行性疾病有关。例如,在帕金森病中,缺乏复合物 I 的功能。同样,复合物 II 的缺陷也与亨廷顿病有关。
线粒体内膜由一系列五个多亚基酶复合物组成,负责将电子从高能载体 NADH 和 FADH2 以能量下坡顺序转运到低能电子受体氧。
第一种复合物 NADH-Q 氧化还原酶是该系列中最大的酶复合物,可将电子从 NADH 转移到辅酶 Q。
这种 L 形复合物包括 45 个不同的亚基,其中线粒体基因组编码 7 个。它的主要催化成分是 NADH 结合位点、初级电子受体 FMN 和多个铁硫簇。
第二个络合物是柠檬酸循环和电子传递链的一部分。它将电子从琥珀酸盐传输到 FADH2,最后通过铁硫簇传输到辅酶 Q。因此,这种复合物被称为琥珀酸-Q 还原酶。
它是一种核编码的四聚体,具有两个亲水性亚基 – A 和 B。亚基-A 是一种具有 FAD 辅因子和琥珀酸结合位点的黄素蛋白。亚基 B 是一种铁硫蛋白,具有三个铁硫簇。其他两个亚基 – C 和 D 是包含 Q 结合位点的疏水性整合膜蛋白。
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