19.10: Superkompleksy w błonie Crista

The Supercomplexes in the Crista Membrane
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
The Supercomplexes in the Crista Membrane
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

2,493 Views

01:41 min
April 30, 2023

Overview

Błona grzebieniowa mitochondriów jest głównym miejscem procesu fosforylacji oksydacyjnej (OXPHOS), czyli konwersji energii, w której pośredniczą kompleksy oddechowe od I do V. Kompleksy te są szeroko badane od dziesięcioleci i udowodniono, że tworzą struktury supramolekularne zwane superkompleksami oddechowymi (SC). Te kompleksy wyższego rzędu mogą mieć kluczowe znaczenie w utrzymaniu struktury biochemicznej i poprawie fizjologicznej aktywności poszczególnych kompleksów przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności transferu elektronów.

Rodzaje superkompleksów łańcuchów oddechowych

Superkompleksy oddechowe mogą współistnieć w błonie grzebieniowej z pojedynczymi kompleksami OXPHOS. Spośród wielu różnych typów superkompleksów, te zawierające monomer kompleksu I, dimer kompleksu III i jedną lub więcej jednostek kompleksu IV tworzą najliczniejszy superkompleks – SC I+III2+IV1-2. Ten superkompleks jest również znany jako “respirasomy”, ponieważ może autonomicznie przeprowadzać oddychanie w obecności ubichinonu i cytochromu c.

Ponadto mogą istnieć superkompleksy o różnym innym składzie i stechiometrii, których liczebność i skład mogą się różnić w zależności od organizmów i tkanek w zależności od warunków metabolicznych i fizjologicznych. Na przykład kompleks I ma niestabilną strukturę i może dysocjować na poszczególne podjednostki białkowe. Stabilność kompleksu I zależy od jego związku z innymi kompleksami, takimi jak dimer kompleksu III w SC I+III2. Mutacje genetyczne, które prowadzą do utraty kompleksu III, są skorelowane z utratą kompleksu I i związanych z nim superkompleksów.

Kompleks III tworzy również stabilny związek z jedną lub wieloma jednostkami kompleksu IV w superkompleksie (III2 + IV1-2). Takie prostsze superkompleksy występują obficie w organizmach takich jak Saccharomyces cerevisiae, które nie wykazują ekspresji kompleksu I. Organizmy takie obejmują głównie SC III, 2 + IV1 i III2 +IV2 oraz kompleks II, który służy jako jedyny punkt wejścia elektronów do łańcucha transportu elektronów.

Superkompleksy oddechowe mogą być zorganizowane w jeszcze większe kompleksy zwane megakompleksami lub strunami oddechowymi. Ludzki układ oddechowy SCI+III2+IV może tworzyć kolisty MCI2+III2+IV2. Funkcja tych kompleksów wysokiego rzędu pozostaje obszarem badań.

Transcript

Kompleksy łańcuchów elektronowych są kluczowymi składnikami do łączenia reakcji redoks z syntezą ATP.

Mogą być obecne na wewnętrznej błonie mitochondrialnej jako dyskretne jednostki z ruchomymi nośnikami elektronów transportującymi elektrony między dwoma sąsiednimi kompleksami.

Alternatywnie, fosfolipid zwany kardiolipiną działa jak klej molekularny, organizując różne kombinacje poszczególnych kompleksów w superkompleksy łańcuchów oddechowych lub nawet megakompleksy.

W superkompleksie odległość między sąsiednimi kompleksami jest zmniejszona w porównaniu z indywidualnie rozmieszczonymi kompleksami.

Pozwala to ruchomym nośnikom elektronów na szybką dyfuzję z jednego kompleksu do drugiego w zespole nadkompleksu, poprawiając ich wydajność transferu elektronów i pompowania protonów.

W komórkach o wysokim zapotrzebowaniu na energię, superkompleks oddechowy może zatem generować dużą siłę napędową protonów w celu zwiększenia produkcji ATP.

Ponadto superkompleksy odgrywają również rolę w regulacji reaktywnych form tlenu lub ROS.

Toksyczne rodniki ponadtlenkowe powstają, gdy miejsca reaktywne, takie jak klastry żelaza i siarki, pozostają wystawione na działanie tlenu.

W zespole nadkompleksu miejsca reaktywne zostają odizolowane przez środowisko białkowe i stają się niedostępne dla tlenu, zapobiegając w ten sposób nadmiernemu tworzeniu ROS.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for