19.7: Цепь переноса электронов: комплекс III и IV

В ходе цепи переноса электронов электроны из NADH и FADH₂ сначала переносятся в комплексы I и II соответственно. Затем эти два комплекса переносят электроны в убихинол, который переносит их дальше в комплекс III. Комплекс III передает электроны через межмембранное пространство к Cyt c, который переносит их дальше в комплекс IV. Комплекс IV отдает электроны кислороду и восстанавливает его до воды. Когда электроны проходят через комплексы I, III и IV, высвобождаемая энергия способствует закачке протонов в межмембранное пространство, создавая протонный градиент. Этот протонный градиент стимулирует синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата в комплексе V или АТФ-синтазе и помогает удовлетворить энергетические потребности клетки.

Генерация супероксида в комплексе III

Комплексы электронно-транспортной цепи, расположенные на митохондриальной мембране, являются основными сайтами неферментативного образования супероксида в клетке. Эти супероксиды являются основной причиной окислительного повреждения клеток, лежащего в основе различных дегенеративных заболеваний, а также старения. В то время как комплексы I и II генерируют супероксиды внутри митохондриального матрикса, комплекс III производит супероксиды либо внутри матрицы, либо в межмембранном пространстве.

Фактическим источником супероксидов в комплексе III является убихинон, или Q-цикл, в котором образуется нестабильный радикал убисемихинон (Q•-). Этот радикал может отдавать свой неспаренный электрон кислороду для получения супероксидных анионов. Такие препараты, как стигмателлин, препятствуют потоку электронов от убихинона к железо-серным белкам и предотвращают окисление убихинона до убисемихинона, тем самым уменьшая образование супероксидов. Напротив, такие препараты, как антимицин А, могут увеличивать образование супероксидов в Q-цикле за счет увеличения равновесной концентрации убисемихинона.

Комплекс IV выступает в качестве регулирующего центра

Цитохром-с-оксидаза (ЦОГ) или комплекс IV действует как конечный кислородопринимающий комплекс, а также как регуляторный центр окислительного фосфорилирования в эукариотических клетках. Он регулируется с помощью различных механизмов, включая аллостерическое ингибирование АТФ. Когда соотношение АТФ/АДФ в клетках высокое, фосфорилированный ЦОГ подвергается ингибированию обратной связи АТФ. Это аллостерическое ингибирование помогает определить уровень энергии клеток и регулировать синтез АТФ в митохондриях в соответствии с потребностями в энергии.