Superkompleks
Współczesne badania biologiczne ujawniły mocne dowody na to, że enzymy mitochondrialnego łańcucha oddechowego łączą się w większe, supramolekularne struktury zwane superkompleksami , zamiast tradycyjnego płynnego modelu dyskretnych enzymów rozproszonych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej . Te superkompleksy są funkcjonalnie aktywne i niezbędne do tworzenia stabilnych kompleksów oddechowych.
Jeden superkompleks kompleksu I , III i IV tworzy jednostkę znaną jako respirasom . Respirasomy znaleziono w różnych gatunkach i tkankach, w tym w mózgu szczura, wątrobie, nerkach, mięśniach szkieletowych, sercu, sercu bydlęcym, fibroblastach ludzkiej skóry, grzybach, roślinach i C. elegans .
Historia
W 1955 roku biolodzy Britton Chance i GR Williams jako pierwsi wysunęli pomysł, że enzymy oddechowe łączą się w większe kompleksy, chociaż model stanu płynnego pozostał standardem. Jednak już w 1985 roku naukowcy rozpoczęli izolowanie kompleksu III / kompleksu IV z bakterii i drożdży . Wreszcie, w 2000 roku Hermann Schägger i Kathy Pfeiffer użyli Blue Native PAGE do wyizolowania bydlęcych białek błony mitochondrialnej, wykazując Kompleks I , III i IV ułożone w superkompleksy.
Skład i formacja
Najczęściej obserwowanymi superkompleksami są Kompleks I/III, Kompleks I/III/IV i Kompleks III/IV. Większość kompleksu II znajduje się w postaci swobodnie unoszącej się zarówno w mitochondriach roślinnych, jak i zwierzęcych. Kompleks V można znaleźć jako migrujący razem jako dimer z innymi superkompleksami, ale rzadko jako część jednostki superkompleksu.
Zespół superkompleksowy wydaje się być dynamiczny, a enzymy oddechowe mogą naprzemiennie uczestniczyć w dużych respirasomach i istnieć w stanie wolnym. Nie wiadomo, co wyzwala zmiany w złożonym zespoleniu, ale badania wykazały, że tworzenie superkompleksów jest silnie uzależnione od składu lipidów błony mitochondrialnej, aw szczególności wymaga obecności kardiolipiny , unikalny lipid mitochondrialny. W mitochondriach drożdży pozbawionych kardiolipiny liczba enzymów tworzących superkompleksy oddechowe była znacznie zmniejszona. Według Wenza i in. ) , cardiolipin stabilizuje formację superkompleksu poprzez neutralizację ładunków reszt lizyny w domenie oddziaływania Kompleksu III z Kompleksem IV. W 2012 roku Bazan i in. był w stanie odtworzyć trimeru i tetrameru Complex III/IV z oczyszczonych kompleksów wyizolowanych z Saccharomyces cerevisiae i egzogenne liposomy kardiolipinowe .
Inną hipotezą dotyczącą tworzenia respirasomów jest to, że potencjał błony może inicjować zmiany w interakcjach elektrostatycznych / hydrofobowych pośredniczących w składaniu / rozkładaniu superkompleksów.
Znaczenie funkcjonalne
Funkcjonalne znaczenie respirasomów nie jest do końca jasne, ale nowsze badania zaczynają rzucać nieco światła na ich przeznaczenie. Postawiono hipotezę, że organizacja enzymów oddechowych w superkompleksy zmniejsza uszkodzenia oksydacyjne i zwiększa wydajność metabolizmu. Schäfer i in. (2006) wykazali, że superkompleksy składające się na Kompleks IV miały wyższą aktywność w Kompleksie I i III, co wskazuje, że obecność Kompleksu IV modyfikuje konformację innych kompleksów w celu zwiększenia aktywności katalitycznej. Zgromadzono również dowody na to, że obecność respirasomów jest niezbędna dla stabilności i funkcji kompleksu I. W 2013 r. Lapuente-Brun i in. wykazał, że superzłożony montaż jest „dynamiczny i organizuje strumień elektronów w celu optymalizacji wykorzystania dostępnych substratów”.