19.7: Catena di trasporto degli elettroni: Complesso III e IV

Durante la catena di trasporto degli elettroni, gli elettroni di NADH e FADH₂ vengono prima trasferiti rispettivamente ai complessi I e II. Questi due complessi trasferiscono quindi gli elettroni all’ubichinolo, che li trasporta ulteriormente al complesso III. Il complesso III passa gli elettroni attraverso lo spazio intermembrana a Cyt c, che li trasporta ulteriormente al complesso IV. Il complesso IV dona elettroni all’ossigeno e lo riduce all’acqua. Quando gli elettroni passano attraverso i complessi I, III e IV, l’energia rilasciata aiuta il pompaggio dei protoni nello spazio intermembrana, creando un gradiente di protoni. Questo gradiente protonico guida la sintesi di ATP dall’ADP e dal fosfato inorganico nel complesso V o ATP sintasi e aiuta a soddisfare il fabbisogno energetico della cellula.

Generazione di superossido nel complesso III

I complessi della catena di trasporto degli elettroni situati sulla membrana mitocondriale sono i principali siti di generazione di superossido non enzimatico all’interno di una cellula. Questi superossidi sono la causa principale del danno ossidativo cellulare che è alla base di varie malattie degenerative e dell’invecchiamento. Mentre i complessi I e II generano superossidi all’interno della matrice mitocondriale, il complesso III produce superossidi all’interno della matrice o nello spazio intermembrana.

La vera fonte di superossidi nel complesso III è l’ubichinone o ciclo Q, dove viene generato un radicale instabile ubisemichinone (Q•-). Questo radicale può donare il suo elettrone spaiato all’ossigeno per generare anioni superossido. Farmaci come la stigmatellina ostruiscono il flusso di elettroni dall’ubichinone alle proteine ferro-zolfo e prevengono l’ossidazione dell’ubichinone in ubisemichinone, diminuendo così la generazione di superossidi. Al contrario, farmaci come l’antimicina A possono aumentare la generazione di superossidi all’interno del ciclo Q aumentando la concentrazione allo stato stazionario di ubisemichinone.

Il Complesso IV funge da centro normativo

La citocromo c ossidasi (COX) o Complesso IV agisce come complesso finale che accetta l’ossigeno e come centro regolatore della fosforilazione ossidativa nelle cellule eucariotiche. È regolata attraverso vari meccanismi, tra cui l’inibizione allosterica-ATP. Quando il rapporto ATP/ADP delle cellule è elevato, la COX fosforilata subisce l’inibizione del feedback da parte dell’ATP. Questa inibizione allosterica aiuta a percepire i livelli di energia delle cellule e a regolare la sintesi di ATP nei mitocondri in base alla richiesta di energia.