19.9: Łańcuch transportu elektronów

Łańcuch transportu elektronów lub fosforylacja oksydacyjna to proces egzotermiczny, w którym swobodna energia uwalniana podczas reakcji przenoszenia elektronów jest sprzężona z syntezą ATP. Proces ten jest znaczącym źródłem energii w komórkach tlenowych, dlatego inhibitory łańcucha transportu elektronów mogą być szkodliwe dla procesów metabolicznych komórki.

Inhibitory łańcucha transportu elektronów

Rotenon, szeroko stosowany pestycyd, zapobiega przenoszeniu elektronów z klastra Fe-S do ubichinonu lub Q w kompleksie I poprzez blokowanie miejsca wiązania Q. Hamowanie funkcji kompleksu I powoduje zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu lub ROS. Ta indukowana przez rotenonem produkcja ROS może być szkodliwa dla składników mitochondrialnych, w tym mitochondrialnego DNA, i może ostatecznie prowadzić do śmierci komórki.

Innym konkurencyjnym inhibitorem ubichinonu jest karboksyna, silny fungicyd, który zakłóca miejsce wiązania Q w kompleksie II. Wiązanie karboksyny hamuje przenoszenie elektronów z FADH₂ do ubichinonu, blokując w ten sposób łańcuch oddechowy.

Wiadomo również, że niektóre antybiotyki hamują kompleksy łańcuchów oddechowych. Na przykład antymycyna A, antybiotyk wytwarzany przez gatunki Streptomyces, zakłóca miejsce wiązania ubichinonu kompleksu III, blokując w ten sposób cykl Q. Brak cyklu Q zapobiega przenoszeniu elektronów między podjednostkami kompleksu III, cytochromem b i cytochromem c, hamując w ten sposób łańcuch transportu elektronów.

Czasami toksyny powstające podczas aktywności metabolicznej komórki mogą działać jako inhibitor funkcji mitochondriów. Na przykład tlenek węgla, produkt uboczny katabolizmu hemu, hamuje kompleks IV, konkurując z tlenem o miejsca wiązania tlenu. Prowadzi to do akumulacji elektronów w kompleksie III i powoduje powstawanie rodników ponadtlenkowych.

Mitochondrialna syntaza ATP, czyli kompleks V, jest hamowana przez oligomycynę, antybiotyk, który wiąże i hamuje jego kanał protonowy. Hamowanie to zapobiega przepływowi protonów przez syntazę ATP, zapobiegając w ten sposób ruchowi obrotowemu kompleksu potrzebnego do katalitycznej konwersji ADP do ATP.

Chociaż toksyny te są silnymi inhibitorami funkcji oddechowych, mogą również działać jako cenne czynniki w badaniu poszczególnych kompleksów i badaniach kinetycznych enzymów.