19.9: Цепь переноса электронов

Цепь переноса электронов или окислительное фосфорилирование — это экзотермический процесс, в котором свободная энергия, высвобождающаяся при реакциях переноса электронов, связана с синтезом АТФ. Этот процесс является важным источником энергии в аэробных клетках, и поэтому ингибиторы цепи переноса электронов могут быть губительными для метаболических процессов в клетке.

Ингибиторы цепи переноса электронов

Ротенон, широко используемый пестицид, предотвращает перенос электронов из кластера Fe-S в убихинон или Q в комплексе I, блокируя сайт связывания Q. Ингибирование функции комплекса I приводит к увеличению продукции активных форм кислорода или АФК. Эта индуцированная ротенонами продукция АФК может быть вредной для митохондриальных компонентов, включая митохондриальную ДНК, и в конечном итоге может привести к гибели клеток.

Другим конкурентным ингибитором убихинона является карбоксин, мощный фунгицид, который вмешивается в Q-связывающий сайт на комплексе II. Связывание карбоксина препятствует переносу электронов от FADH₂ к убихинону, тем самым блокируя дыхательную цепь.

Известно также, что некоторые антибиотики подавляют дыхательные цепные комплексы. Например, антимицин А, антибиотик, продуцируемый видами Streptomyces, вмешивается в сайт связывания убихинона комплекса III, тем самым блокируя Q-цикл. Отсутствие Q-цикла препятствует переносу электронов между субъединицами комплекса III, цитохромом b и цитохромом c, тем самым ингибируя цепь переноса электронов.

Иногда токсины, образующиеся в процессе метаболической деятельности клетки, могут выступать в качестве ингибитора функции митохондрий. Например, окись углерода, побочный продукт катаболизма гема, ингибирует комплекс IV, конкурируя с кислородом за участки связывания кислорода. Это приводит к накоплению электронов в комплексе III и приводит к генерации супероксидных радикалов.

Митохондриальная АТФ-синтаза, или комплекс V, ингибируется олигомицином, антибиотиком, который связывает и ингибирует его протонный канал. Это ингибирование предотвращает протекание протона через АТФ-синтазу, тем самым предотвращая вращательное движение комплекса, необходимого для каталитического превращения АДФ в АТФ.

В то время как эти токсины являются мощными ингибиторами дыхательных функций, они также могут выступать в качестве ценных агентов при изучении отдельных комплексов и кинетических исследованиях ферментов.