19.6:

19.6: Elektron Taşıma Zinciri: Kompleks I ve II

Electron Transport Chain: Complex I and II

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

Electron Transport Chain: Complex I and II

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

19.5: The Citric Acid Cycle: Output

19.8: ATP Synthase: Mechanism

13,970 Views

•

01:46 min

•

April 30, 2023

Overview

Mitokondriyal elektron taşıma zinciri (ETC), ökaryotik hücrelerdeki ana enerji üretim sistemidir. Bununla birlikte, mitokondri, oksidatif fosforilasyon sırasındaki büyük elektron akışı nedeniyle sitotoksik reaktif oksijen türleri (ROS) de üretir. Kompleks I, süperoksit radikallerinin birincil kaynaklarından biri olsa da, Kompleks II tarafından ROS üretimi nadirdir ve sadece mutasyona uğramış komplekslere sahip kanser hücrelerinde gözlenebilir.

ROS üretimi, sağlıklı bir hücrede normal hücresel sinyalleşme süreçleri için gerekli olan orta seviyelerde düzenlenir ve korunur. Bununla birlikte, kanser hücreleri daha yüksek bir antioksidan kapasiteye sahiptir ve kanser hücresi ölümüne neden olmadan pro-tümörjenik yolları tetikleyen bir seviyede ROS bakımını sağlar. Bu nedenle, kanser hücreleri, yüksek bir ROS temizleme oranını dengeleyen yüksek bir ROS üretim hızı ile değiştirilmiş bir redoks ortamına sahiptir. Kanser hücrelerinin bu benzersiz özelliği, onları ROS seviyelerindeki değişikliklere normal hücrelerden daha duyarlı hale getirir. ETC’de düzenli elektron akışını engelleyen inhibitör bileşikler ayrıca mitokondriyal hücre ölüm yolunu da tetikleyebilir. Örneğin, metformin, resveratrol ve fenretinid gibi ETC inhibitörleri, solunum komplekslerinin normal işleyişini bozar. Bu, ROS üretimini kanser hücrelerinin antioksidan kapasitesini aşan bir seviyeye yükseltir ve ölümlerine neden olur.

Kompleks I, mitokondriyal solunum fonksiyonlarını bloke eden ve pankreas ve meme kanseri hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli kanser hücresi türlerinde programlanmış hücre ölümünü indükleyen AMP ile aktive edilmiş bir protein kinaz olan metformin tarafından inhibe edilir. Kompleks II’deki mutasyonlar, nadir olmasına rağmen, periferik sinir sisteminin karotis vücut duyu organının tümörlerine yol açabilir.

Kanserin yanı sıra, elektron taşıma zinciri komplekslerindeki anormal aktivite veya eksiklik, insan nörodejeneratif hastalıklarıyla ilişkilendirilmiştir. Örneğin, Parkinson hastalığında, kompleks I’in fonksiyon eksikliği vardır. Benzer şekilde, kompleks II’deki kusurlar Huntington hastalığı ile ilişkilendirilmiştir.

Transcript

Mitokondriyal iç zar, elektronların yüksek enerjili taşıyıcılardan, NADH ve FADH_2’den, enerjik olarak yokuş aşağı bir dizide, düşük enerjili bir elektron alıcısı olan oksijene taşınmasından sorumlu beş çok alt birimli enzim kompleksinden oluşan bir dizi oluşturur.

İlk kompleks-NADH-Q oksidoredüktaz, serideki en büyük enzim kompleksidir ve elektronları NADH’den koenzim Q’ya aktarır.

L şeklindeki bu kompleks, mitokondriyal genomun yedisini kodladığı 45 farklı alt birim içerir. Başlıca katalitik bileşenleri, NADH bağlanma bölgesi, birincil elektron alıcısı FMN ve çoklu demir-kükürt kümeleridir.

İkinci kompleks, hem sitrik asit döngüsünün hem de elektron taşıma zincirinin bir parçasıdır. Elektronları süksinattan FADH_2’ye ve son olarak demir-kükürt kümeleri yoluyla koenzim Q’ya taşır. Bu kompleks bu nedenle süksinat-Q redüktaz olarak bilinir.

A ve B olmak üzere iki hidrofilik alt birime sahip nükleer kodlu bir tetramerdir. Alt Birim-A, FAD kofaktörü ve bir süksinat bağlanma bölgesi olan bir flavoproteindir. Alt birim-B, üç demir-kükürt kümesine sahip bir demir-kükürt proteinidir. Diğer iki alt birim – C ve D, bir Q bağlanma bölgesi içeren hidrofobik integral-membran proteinleridir.

Key Terms and definitions

Electron Transport Chain (ETC) - This is the main energy generation system of eukaryotic cells.
Reactive Oxygen Species (ROS) - Cytotoxic substances produced by mitochondria during oxidative phosphorylation.
Complex I and II - These are parts of the ETC, they facilitate energy production and ROS creation.
Antioxidant Capacity - The ability of a cell to maintain ROS levels, which is higher in cancer cells.
ETC Inhibitors - Substances that disrupt the ETC's normal functions, prompting mitochondrial cell death.

Learning Objectives

Define ETC – Explain what it is (e.g., electron transport chain).
Contrast Complex I and II – Explain key differences (e.g., ROS production).
Explore ROS Maintenance in Normal and Cancer Cells – Enhanced antioxidant capacity in cancer cells (e.g., higher ROS scavenging rate).
Explain Role of ETC Inhibitors – They inhibit normal electron flow in ETC, inducing tunnel death in cancer cells.
Apply the Role of ETC in other Diseases – Relate ETC dysfunction to human neurodegenerative diseases.

Questions that this video will help you answer

What is the Electron Transport Chain and how does it function?
What are the differences between Complex I and II in the ETC?
How does a cancer cell's antioxidant capacity differ from that of a healthy cell?

This video is also useful for

Students – Understanding ETC helps grasp complex biological concepts related to energy production.
Educators – Provides a clear framework for understanding and teaching cellular energy generation and proton gradient.
Researchers – ETC's role in energy generation is vital for advanced life sciences research, particularly in cancer and neurodegenerative diseases.
Science Enthusiasts – Offers insights into the complex workings of cellular respiration and energy production.