19.9: שרשרת הובלת האלקטרונים

שרשרת הובלת האלקטרונים או זרחן חמצוני היא תהליך אקסותרמי שבו אנרגיה חופשית המשתחררת במהלך תגובות העברת אלקטרונים מצומדת לסינתזה של ATP. תהליך זה הוא מקור אנרגיה משמעותי בתאים אירוביים, ולכן מעכבי שרשרת הובלת האלקטרונים עלולים להזיק לתהליכים המטבוליים של התא.

מעכבי שרשרת הובלת האלקטרונים

רוטנון, חומר הדברה בשימוש נרחב, מונע מעבר אלקטרונים מצביר Fe-S ליוביקינון או Q בקומפלקס I על ידי חסימת אתר קשירת Q. עיכוב של תפקוד קומפלקס I גורם לייצור מוגבר של מיני חמצן תגובתי או ROS. ייצור ROS זה המושרה על ידי רוטנון יכול להזיק למרכיבים מיטוכונדריאליים, כולל DNA מיטוכונדריאלי, ובסופו של דבר יכול להוביל למוות תאי.

מעכב תחרותי נוסף של יוביקינון הוא קרבוקסין, קוטל פטריות רב עוצמה המפריע לאתר קשירת Q בקומפלקס II. קשירת קרבוקסין מעכבת את העברת האלקטרונים מ-FADH₂ ליוביקינון, ובכך חוסמת את שרשרת הנשימה.

אנטיביוטיקה מסוימת ידועה גם לעכב את מתחמי שרשרת הנשימה. לדוגמה, אנטימיצין A, אנטיביוטיקה המיוצרת על ידי מיני סטרפטומיצס, מפריעה לאתר הקישור של יוביקינון של קומפלקס III, ובכך חוסמת את מחזור Q. היעדר מחזור Q מונע מעבר אלקטרונים בין תת-יחידות קומפלקס III, ציטוכרום b וציטוכרום c, ובכך מעכב את שרשרת הובלת האלקטרונים.

לפעמים, רעלים הנוצרים במהלך פעילות מטבולית של התא יכולים לפעול כמעכב של תפקוד המיטוכונדריה. לדוגמה, פחמן חד חמצני, תוצר לוואי של קטבוליזם הם, מעכב IV מורכב על ידי תחרות עם חמצן על אתרי קשירת חמצן. זה מוביל להצטברות אלקטרונים בקומפלקס III ומביא ליצירת רדיקלים סופראוקסידים.

סינתאז ATP מיטוכונדריאלי, או קומפלקס V, מעוכב על ידי אוליגומיצין, אנטיביוטיקה הקושרת ומעכבת את תעלת הפרוטונים שלה. עיכוב זה מונע זרימת פרוטונים דרך סינתאז ATP, ובכך מונע את התנועה הסיבובית של הקומפלקס הדרוש להמרה קטליטית של ADP ל- ATP.

בעוד רעלים אלה הם מעכבים חזקים של תפקודי נשימה, הם יכולים גם לפעול כסוכנים בעלי ערך בחקר קומפלקסים בודדים ומחקר קינטי אנזימים.