19.10: Crista 膜中的超复合物

The Supercomplexes in the Crista Membrane
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Cell Biology
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The Supercomplexes in the Crista Membrane
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01:41 min
April 30, 2023

Overview

线粒体嵴膜是通过呼吸复合物 I 到 V 介导的能量转换氧化磷酸化 (OXPHOS) 过程的主要位点。这些复合物已经被广泛研究了几十年,并且已经证明它们形成了称为呼吸超复合物 (SC) 的超分子结构。这些高阶复合物对于维持生化结构和提高单个复合物的生理活性,同时提高电子转移效率可能至关重要。

呼吸链超复合物的类型

呼吸超复合物可能与单个 OXPHOS 复合物共存于嵴膜中。在许多不同类型的超复合物中,含有复合物 I 单体、复合物 III 二聚体和复合物 IV 的一个或多个单元的超复合物形成最丰富的超复合物 – SC I+III2+IV1-2。这种超复合物也被称为”呼吸小体”,因为它可以在泛醌和细胞色素 c 存在下自主进行呼吸。

此外,可能存在各种其他组成和化学计量的超复合物,其丰度和组成可能因生物体和组织而异,具体取决于代谢和生理条件。例如,复合物 I 具有不稳定的结构,可能会解离成单个蛋白质亚基。复合物 I 的稳定性取决于它与其他复合物的结合,例如 SC I+III2 中的复合物 III 二聚体。导致复合物 III 缺失的基因突变与复合物 I 和相关超复合物的缺失相关。

复合物 III 还与超复合物 (III2+IV1-2) 中的一个或多个复合物 IV 单元形成稳定的结合。这种更简单的超复合物在酿酒酵母等不表达复合物 I 的生物体中含量丰富。此类生物体主要包括 SC III2+IV1 和 III2+IV2 以及作为电子进入电子传递链的唯一入口点的复合物 II。

呼吸超复合物可以组织成更大的复合物,称为巨型复合物或呼吸串。人呼吸 SCI+III2+IV 可形成环状 MCI2+III2+IV2。这些高阶复合物的功能仍然是一个研究领域。

Transcript

电子链复合物是将氧化还原反应与 ATP 合成偶联的关键组分。

它们可以作为离散实体存在于线粒体内膜上,具有移动电子载体在两个相邻复合物之间传输电子。

或者,一种称为心磷脂的磷脂充当分子胶,将单个复合物的不同组合组织成呼吸链超复合物甚至巨型复合物。

在超复合物中,与单独排列的复合物相比,相邻复合物之间的距离减小。

这使得移动电子载体能够在超复合物组装体中从一个复合物快速扩散到另一个复合物,从而提高它们的电子转移和质子泵送效率。

因此,在具有高能量需求的细胞中,呼吸超级复合物可以产生很大的质子动力来上调 ATP 的产生。

此外,超复合物还在调节活性氧或 ROS 方面发挥作用。

当反应位点(如铁硫簇)保持暴露在氧气中时,会产生有毒的超氧自由基。

在超复合物组装体中,反应位点被蛋白质环境绝缘,变得无法与氧气接触,从而防止过量的 ROS 形成。

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