19.10: Os Supercomplexos na Membrana das Cristas

A membrana das cristas mitocondriais é o local principal para o processo de fosforilação oxidativa (OXPHOS) de conversão de energia mediado pelos complexos respiratórios I a V. Esses complexos têm sido amplamente estudados há décadas e está comprovado que formam estruturas supramoleculares chamadas supercomplexos respiratórios (SC). Estes complexos de ordem superior podem ser cruciais na manutenção da estrutura bioquímica e na melhoria da atividade fisiológica dos complexos individuais, ao mesmo tempo que aumentam a eficiência da transferência de eletrons.

Tipos de supercomplexos da cadeia respiratória

Os supercomplexos respiratórios podem coexistir com complexos OXPHOS únicos na membrana das cristas. Entre os muitos tipos diferentes de supercomplexos, aqueles contendo monômero do complexo I, dímero do complexo III e uma ou mais unidades do complexo IV formam o supercomplexo mais abundante - SC I+III₂+IV_1-2. Este supercomplexo também é conhecido como “respirassomos” porque pode realizar a respiração de forma autônoma na presença de ubiquinona e citocromo c.

Além disso, podem existir supercomplexos de várias outras composições e estequiometrias, cuja abundância e composição podem variar entre organismos e tecidos dependendo das condições metabólicas e fisiológicas. Por exemplo, o complexo I tem uma estrutura instável e pode dissociar-se em subunidades proteicas individuais. A estabilidade do complexo I depende da sua associação com outros complexos, como o dímero do complexo III em SC I+III₂. Mutações genéticas que levam à perda do complexo III estão correlacionadas com a perda do complexo I e dos supercomplexos associados.

O complexo III também forma uma associação estável com uma ou múltiplas unidades do complexo IV no supercomplexo (III₂+IV_1-2). Esses supercomplexos mais simples são abundantes em organismos como Saccharomyces cerevisiae, que não expressam o complexo I. Tais organismos compreendem principalmente SC III₂+IV₁ e III₂+IV₂, além do complexo II que serve como único ponto de entrada de elétrons na cadeia de transporte de elétrons.

Os supercomplexos respiratórios podem ser organizados em complexos ainda maiores, chamados megacomplexos, ou cadeias respiratórias.O SCI+III₂+IV respiratório humano poderia formar um MCI₂+III₂+IV₂ circular. A função desses complexos de alta ordem continua sendo uma área de pesquisa ativa.

Os complexos de cadeia de elétrons são componentes cruciais para acoplar reações redox com síntese de ATP.

Eles podem estar presentes na membrana mitocondrial interna como entidades discretas com portadores de elétrons móveis transportando os elétrons entre dois complexos vizinhos.

Alternativamente, um fosfolipídio chamado cardiolipina atua como cola molecular, organizando diferentes combinações de complexos individuais em supercomplexos de cadeia respiratória ou mesmo megacomplexos.

Em um supercomplexo, a distância entre os complexos vizinhos é reduzida em comparação com os complexos dispostos individualmente.

Isso permite que os portadores de elétrons móveis se difundam rapidamente de um complexo para outro na montagem supercomplexa, melhorando sua transferência de elétrons e eficiência de bombeamento de prótons.

Em células com alta demanda de energia, um supercomplexo respiratório pode, portanto, gerar uma grande força motriz de prótons para regular positivamente a produção de ATP.

Além disso, os supercomplexos também desempenham um papel na regulação das espécies reativas de oxigênio ou ROS.

Os radicais tóxicos de superóxido são produzidos quando locais reativos, como aglomerados de ferro-enxofre, permanecem expostos ao oxigênio.

Em um conjunto supercomplexo, os sítios reativos ficam isolados pelo ambiente proteico e tornam-se inacessíveis ao oxigênio, evitando assim a formação excessiva de ROS.