19.9: La catena di trasporto degli elettroni

La catena di trasporto degli elettroni o fosforilazione ossidativa è un processo esotermico in cui l’energia libera rilasciata durante le reazioni di trasferimento degli elettroni è accoppiata alla sintesi di ATP. Questo processo è una fonte significativa di energia nelle cellule aerobiche e quindi gli inibitori della catena di trasporto degli elettroni possono essere dannosi per i processi metabolici della cellula.

Inibitori della catena di trasporto degli elettroni

Il rotenone, un pesticida ampiamente utilizzato, impedisce il trasferimento di elettroni dal cluster Fe-S all’ubichinone o al Q nel complesso I bloccando il sito di legame Q. L’inibizione della funzione del complesso I provoca un aumento della produzione di specie reattive dell’ossigeno o ROS. Questa produzione di ROS indotta dal rotenone può essere dannosa per i componenti mitocondriali, incluso il DNA mitocondriale, e può eventualmente portare alla morte cellulare.

Un altro inibitore competitivo dell’ubichinone è la carbossina, un potente fungicida che interferisce con il sito di legame del Q sul complesso II. Il legame della carbossina inibisce il trasferimento di elettroni da FADH₂ all’ubichinone, bloccando così la catena respiratoria.

Alcuni antibiotici sono anche noti per inibire i complessi della catena respiratoria. Ad esempio, l’antimicina A, un antibiotico prodotto dalle specie di Streptomyces, interferisce con il sito di legame dell’ubichinone del complesso III, bloccando così il ciclo Q. L’assenza del ciclo Q impedisce il trasferimento di elettroni tra le subunità del complesso III, il citocromo b e il citocromo c, inibendo così la catena di trasporto degli elettroni.

A volte, le tossine generate durante le attività metaboliche della cellula possono agire come inibitori della funzione mitocondriale. Ad esempio, il monossido di carbonio, un sottoprodotto del catabolismo dell’eme, inibisce il complesso IV competendo con l’ossigeno per i siti di legame dell’ossigeno. Ciò porta all’accumulo di elettroni nel complesso III e alla generazione di radicali superossido.

L’ATP sintasi mitocondriale, o complesso V, è inibito dall’oligomicina, un antibiotico che si lega e inibisce il suo canale protonico. Questa inibizione impedisce il flusso di protoni attraverso l’ATP sintasi, impedendo così il movimento rotatorio del complesso necessario per la conversione catalitica dell’ADP in ATP.

Sebbene queste tossine siano potenti inibitori delle funzioni respiratorie, possono anche agire come agenti preziosi nello studio di singoli complessi e nella ricerca cinetica enzimatica.