19.6:

19.6: Łańcuch transportu elektronów: kompleks I i II

Electron Transport Chain: Complex I and II

JoVE Core
Cell Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Cell Biology

Electron Transport Chain: Complex I and II

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

19.5: The Citric Acid Cycle: Output

19.8: ATP Synthase: Mechanism

13,970 Views

•

01:46 min

•

April 30, 2023

Overview

Mitochondrialny łańcuch transportu elektronów (ETC) jest głównym systemem wytwarzania energii w komórkach eukariotycznych. Jednak mitochondria wytwarzają również cytotoksyczne reaktywne formy tlenu (ROS) ze względu na duży przepływ elektronów podczas fosforylacji oksydacyjnej. Podczas gdy kompleks I jest jednym z głównych źródeł rodników ponadtlenkowych, produkcja ROS przez kompleks II jest rzadka i można ją zaobserwować tylko w komórkach nowotworowych ze zmutowanymi kompleksami.

Wytwarzanie ROS jest regulowane i utrzymywane na umiarkowanym poziomie niezbędnym do normalnych procesów sygnalizacji komórkowej w zdrowej komórce. Jednak komórki rakowe mają wyższą zdolność przeciwutleniającą, umożliwiając utrzymanie ROS na poziomie, który uruchamia szlaki pronowotworowe, nie powodując śmierci komórek rakowych. W ten sposób komórki rakowe mają zmienione środowisko redoks, z wysokim wskaźnikiem produkcji ROS równoważącym wysoki wskaźnik wymiatania ROS. Ta unikalna cecha komórek rakowych sprawia, że są one bardziej wrażliwe na zmiany poziomów ROS niż normalne komórki. Związki hamujące, które utrudniają regularny przepływ elektronów w ETC, mogą również uruchamiać szlak śmierci komórki mitochondrialnej. Na przykład inhibitory ETC, takie jak metformina, resweratrol i fenretynid, zakłócają normalne funkcjonowanie kompleksów oddechowych. Powoduje to zwiększoną produkcję ROS do poziomu, który przekracza zdolność przeciwutleniającą komórek rakowych, powodując ich śmierć.

Kompleks I jest hamowany przez metforminę, kinazę białkową aktywowaną przez AMP, która blokuje mitochondrialne funkcje oddechowe i indukuje zaprogramowaną śmierć komórki w kilku typach komórek nowotworowych, w tym w komórkach raka trzustki i piersi. Mutacje w kompleksie II, choć rzadkie, mogą prowadzić do nowotworów narządu czuciowego tętnicy szyjnej obwodowego układu nerwowego.

Oprócz raka, nieprawidłowa aktywność lub niedobór kompleksów łańcucha transportu elektronów jest powiązany z chorobami neurodegeneracyjnymi u ludzi. Na przykład w chorobie Parkinsona występuje brak funkcji kompleksu I. Podobnie, defekty w kompleksie II zostały powiązane z chorobą Huntingtona.

Transcript

Wewnętrzna błona mitochondrialna stanowi szereg pięciu wielopodjednostkowych kompleksów enzymatycznych odpowiedzialnych za transport elektronów z nośników wysokoenergetycznych, NADH i FADH₂, w sekwencji energetycznie opadającej, do niskoenergetycznego akceptora elektronów – tlenu.

Oksydoreduktaza pierwszego kompleksu NADH-Q jest największym kompleksem enzymatycznym w serii, przenoszącym elektrony z NADH do koenzymu Q.

Ten kompleks w kształcie litery L obejmuje 45 różnych podjednostek, z których genom mitochondrialny koduje siedem. Jego głównymi składnikami katalitycznymi są miejsce wiązania NADH, główny akceptor elektronów – FMN i wiele klastrów żelaza i siarki.

Drugi kompleks jest częścią zarówno cyklu kwasu cytrynowego, jak i łańcucha transportu elektronów. Transportuje elektrony z bursztynianu do FADH₂, a na końcu do koenzymu Q za pośrednictwem klastrów żelazowo-siarkowych. Kompleks ten jest zatem znany jako reduktaza bursztyniana-Q.

Jest to tetramer kodowany jądrowo z dwiema podjednostkami hydrofilowymi – A i B. Podjednostka-A to flawoproteina z kofaktorem FAD i miejscem wiązania bursztynianu. Podjednostka B jest białkiem żelazowo-siarkowym z trzema klastrami żelazowo-siarkowymi. Pozostałe dwie podjednostki – C i D to hydrofobowe białka integralno-błonowe, które zawierają miejsce wiązania Q.

Key Terms and definitions

Electron Transport Chain (ETC) - This is the main energy generation system of eukaryotic cells.
Reactive Oxygen Species (ROS) - Cytotoxic substances produced by mitochondria during oxidative phosphorylation.
Complex I and II - These are parts of the ETC, they facilitate energy production and ROS creation.
Antioxidant Capacity - The ability of a cell to maintain ROS levels, which is higher in cancer cells.
ETC Inhibitors - Substances that disrupt the ETC's normal functions, prompting mitochondrial cell death.

Learning Objectives

Define ETC – Explain what it is (e.g., electron transport chain).
Contrast Complex I and II – Explain key differences (e.g., ROS production).
Explore ROS Maintenance in Normal and Cancer Cells – Enhanced antioxidant capacity in cancer cells (e.g., higher ROS scavenging rate).
Explain Role of ETC Inhibitors – They inhibit normal electron flow in ETC, inducing tunnel death in cancer cells.
Apply the Role of ETC in other Diseases – Relate ETC dysfunction to human neurodegenerative diseases.

Questions that this video will help you answer

What is the Electron Transport Chain and how does it function?
What are the differences between Complex I and II in the ETC?
How does a cancer cell's antioxidant capacity differ from that of a healthy cell?

This video is also useful for

Students – Understanding ETC helps grasp complex biological concepts related to energy production.
Educators – Provides a clear framework for understanding and teaching cellular energy generation and proton gradient.
Researchers – ETC's role in energy generation is vital for advanced life sciences research, particularly in cancer and neurodegenerative diseases.
Science Enthusiasts – Offers insights into the complex workings of cellular respiration and energy production.