19.10: Суперкомплексы в мембране Crista

Мембрана митохондриального криста является основным местом для процесса окислительного фосфорилирования (OXPHOS) преобразования энергии, опосредованного дыхательными комплексами от I до V. Эти комплексы широко изучались на протяжении десятилетий, и было доказано, что они образуют надмолекулярные структуры, называемые респираторными суперкомплексами (СК). Эти комплексы более высокого порядка могут иметь решающее значение для поддержания биохимической структуры и улучшения физиологической активности отдельных комплексов при одновременном повышении эффективности переноса электронов.

Виды дыхательных цепных суперкомплексов

Респираторные суперкомплексы могут сосуществовать в мембране кристаллов с одиночными комплексами OXPHOS. Среди множества различных типов суперкомплексов те, которые содержат мономер комплекса I, димер комплекса III и одно или несколько звеньев комплекса IV, образуют наиболее распространенный суперкомплекс – SC I+III₂+IV_1-2. Этот сверхкомплекс также известен как «респиросомы», потому что он может автономно осуществлять дыхание в присутствии убихинона и цитохрома с.

Кроме того, могут существовать суперкомплексы различных других составов и стехиометрии, численность и состав которых могут варьироваться у разных организмов и тканей в зависимости от метаболических и физиологических условий. Например, комплекс I имеет нестабильную структуру и может диссоциировать на отдельные белковые субъединицы. Устойчивость комплекса I зависит от его ассоциации с другими комплексами, такими как димер комплекса III в SC I+III₂. Генетические мутации, которые приводят к потере комплекса III, коррелируют с потерей комплекса I и связанных с ним суперкомплексов.

Комплекс III также образует устойчивую ассоциацию с одной или несколькими единицами комплекса IV в суперкомплексе (III₂ + IV_1-2). Такие более простые суперкомплексы в изобилии присутствуют у таких организмов, как Saccharomyces cerevisiae, которые не экспрессируют комплекс I. К таким организмам в основном относятся SC III₂+_IV1 и III2+_IV2, а также комплекс II, который служит единственной точкой входа электронов в цепь переноса электронов.

Дыхательные суперкомплексы могут быть организованы в еще более крупные комплексы, называемые мегакомплексами или дыхательными струнами. Дыхательная система человека SCI+III₂+IV может образовывать круговую MCI₂+III₂+IV₂. Функция этих комплексов высокого порядка остается областью исследований.