Дыхательный комплекс I
Белковый комплекс, участвующий в клеточном дыхании
Механизм дегидрогеназы НАДН: 1. Семь первичных железо-серных центров служат для переноса электронов от места дегидратации НАДН к убихинону. Обратите внимание, что N7 не встречается у эукариот. 2. Происходит восстановление убихинона (CoQ) до убихинола (CoQH 2 ). 3. Энергия окислительно-восстановительной реакции приводит к конформационным изменениям, позволяющим ионам водорода проходить через четыре трансмембранных спиральных канала.

Дыхательный комплекс I , EC 7.1.1.2 (также известный как НАДН:убихинон оксидоредуктаза , НАДН-дегидрогеназа типа I и митохондриальный комплекс I ) — первый большой белковый комплекс дыхательных цепей многих организмов от бактерий до человека. Он катализирует перенос электронов от НАДН к коферменту Q10 (CoQ10) и перемещает протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану у эукариот или плазматическую мембрану бактерий.

Семейство белков
Дыхательный комплекс I
Идентификаторы
СимволДыхательный комплекс I
суперсемейство OPM246
белок ОПМ6г72
Мембранома255
Идентификаторы
Номер ЕС7.1.1.2
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Этот фермент необходим для нормального функционирования клеток, а мутации в его субъединицах приводят к широкому спектру наследственных нейромышечных и метаболических расстройств. Дефекты этого фермента ответственны за развитие нескольких патологических процессов, таких как ишемия/реперфузионное повреждение ( инсульт и инфаркт миокарда ), болезнь Паркинсона и другие. [ необходима цитата ]

Функция

НАД + в НАДН.
FMN в FMNH 2 .
CoQ в CoQH 2 .

Комплекс I является первым ферментом митохондриальной цепи переноса электронов . В цепи переноса электронов есть три фермента, преобразующих энергию - НАДН:убихинон оксидоредуктаза (комплекс I), кофермент Q - цитохром c редуктаза (комплекс III) и цитохром c оксидаза (комплекс IV). [1] Комплекс I является самым большим и сложным ферментом цепи переноса электронов. [2]

Реакция, катализируемая комплексом I:

НАДН + H + + CoQ + 4H + вход → НАД + + CoQH 2 + 4H + выход

В этом процессе комплекс перемещает четыре протона через внутреннюю мембрану на молекулу окисленного НАДН , [3] [4] [5] помогая создать разность электрохимических потенциалов, используемую для производства АТФ . Комплекс I Escherichia coli (НАДН-дегидрогеназа) способен перемещать протоны в том же направлении к установленному Δψ , показывая, что в тестируемых условиях связывающим ионом является Н + . [6] Наблюдался транспорт Na + в противоположном направлении, и хотя Na + не был необходим для каталитической или протонной транспортной активности, его присутствие усиливало последнюю. Н + перемещался комплексом I Paracoccus denitrificans , но в этом случае транспорт Н + не находился под влиянием Na + , и транспорт Na + не наблюдался. Возможно, комплекс I E. coli имеет два участка сопряжения энергии (один Na + независимый, а другой Na + зависимый), как это наблюдается для комплекса I Rhodothermus marinus , тогда как механизм сопряжения фермента P. denitrificans полностью независим от Na + . Также возможно, что другой транспортер катализирует поглощение Na + . Трансдукция энергии комплекса I путем перекачки протонов может быть не исключительной для фермента R. marinus . Антипортовая активность Na + /H +, по-видимому, не является общим свойством комплекса I. [6] Однако существование Na + -транслоцирующей активности комплекса I все еще остается под вопросом.

Реакция может быть обращена вспять – называемая аэробным восстановлением NAD + с помощью сукцината, поддерживаемым убихинолом – в присутствии высокого мембранного потенциала, но точный каталитический механизм остается неизвестным. Движущей силой этой реакции является потенциал на мембране, который может поддерживаться либо гидролизом АТФ, либо комплексами III и IV во время окисления сукцината. [7]

Комплекс I может играть роль в запуске апоптоза . [8] Фактически, было показано, что существует корреляция между митохондриальной активностью и запрограммированной гибелью клеток (PCD) во время развития соматического эмбриона. [9]

Комплекс I не гомологичен семейству Na + -транслоцирующих НАДН-дегидрогеназ (NDH) (TC# 3.D.1), входящему в суперсемейство Mrp, транспортирующих Na + .

В результате окисления двух молекул НАДН до НАД+, ниже по дыхательной цепи комплексом V ( АТФ-синтазой ) могут быть получены три молекулы АТФ.

Механизм

Общий механизм

Все окислительно-восстановительные реакции происходят в гидрофильном домене комплекса I. NADH первоначально связывается с комплексом I и переносит два электрона на простетическую группу флавинмононуклеотида (FMN) фермента, создавая FMNH 2 . Акцептор электронов – изоаллоксазиновое кольцо – FMN идентичен таковому у FAD . Затем электроны переносятся через FMN через ряд кластеров железа и серы (Fe-S) [10] и , наконец, на кофермент Q10 (убихинон). Этот поток электронов изменяет окислительно-восстановительное состояние белка, вызывая конформационные изменения белка, которые изменяют значения p K ионизируемой боковой цепи и вызывают откачку четырех ионов водорода из митохондриальной матрицы. [11] Убихинон (CoQ) принимает два электрона для восстановления до убихинола (CoQH 2 ). [1]

Механизм переноса электронов

Предложенный путь для электронного транспорта до восстановления убихинона выглядит следующим образом: NADH – FMN – N3 – N1b – N4 – N5 – N6a – N6b – N2 – Q, где Nx – это условное обозначение для кластеров железа и серы. [10] Высокий восстановительный потенциал кластера N2 и относительная близость других кластеров в цепи обеспечивают эффективный перенос электронов на большие расстояния в белке (со скоростью переноса от NADH к кластеру железа и серы N2 около 100 мкс). [12] [13]

Динамика равновесия комплекса I в первую очередь обусловлена ​​окислительно-восстановительным циклом хинона. В условиях высокой движущей силы протона (и, соответственно, концентрированного пула убихинола) фермент работает в обратном направлении. Убихинол окисляется до убихинона, а высвобождающиеся протоны снижают движущую силу протона. [14]

Механизм транслокации протона

В настоящее время предполагается, что связь транслокации протонов и транспорта электронов в комплексе I является косвенной (конформационные изменения на большом расстоянии), а не прямой (окислительно-восстановительные промежуточные продукты в водородных насосах, как в гемовых группах комплексов III и IV ). [10] Архитектура гидрофобной области комплекса I показывает несколько протонных транспортеров, которые механически связаны между собой. Три центральных компонента, которые, как полагают, вносят вклад в это событие конформационного изменения на большом расстоянии, — это связанный с pH кластер железа и серы N2, восстановление хинона и субъединицы трансмембранной спирали мембранного плеча. Трансдукция конформационных изменений для управления трансмембранными транспортерами, связанными «соединительным стержнем» во время восстановления убихинона, может объяснять два или три из четырех протонов, перекачиваемых на окисленный NADH. Оставшийся протон должен перекачиваться путем прямого связывания в месте связывания убихинона. Предполагается, что механизмы прямого и непрямого связывания объясняют перекачку четырех протонов. [15]

Близость кластера N2 к близлежащему остатку цистеина приводит к конформационному изменению при восстановлении близлежащих спиралей, что приводит к небольшим, но важным изменениям в общей конформации белка. [16] Дальнейшие исследования электронного парамагнитного резонанса переноса электронов показали, что большая часть энергии, которая высвобождается во время последующего восстановления CoQ, приходится на конечный этап образования убихинола из семихинона , что подтверждает механизм транслокации H + «одного хода» (т. е. все четыре протона перемещаются через мембрану одновременно). [14] [17] Альтернативные теории предполагают «двухтактный механизм», где каждый этап восстановления ( семихинон и убихинол ) приводит к удару двух протонов, входящих в межмембранное пространство. [18] [19]

Полученный убихинол, локализованный в мембранном домене, взаимодействует с отрицательно заряженными остатками в мембранном плече, стабилизируя конформационные изменения. [10] Механизм антипортера (обмен Na + /H + ) был предложен с использованием доказательств консервативных остатков Asp в мембранном плече. [20] Присутствие остатков Lys, Glu и His обеспечивает протонный гейтинг (протонирование с последующим депротонированием через мембрану), управляемый pK a остатков. [10]

Состав и структура

НАДН:убихинон оксидоредуктаза является крупнейшим из дыхательных комплексов. У млекопитающих фермент содержит 44 отдельных водорастворимых периферических мембранных белка, которые закреплены на интегральных мембранных компонентах. Особое функциональное значение имеют простетическая группа флавина (ФМН) и восемь железо-серных кластеров (FeS). Из 44 субъединиц семь кодируются митохондриальным геномом . [21] [22] [23]

Структура имеет форму «L» с длинным мембранным доменом (примерно с 60 трансмембранными спиралями) и гидрофильным (или периферическим) доменом, который включает все известные окислительно-восстановительные центры и сайт связывания NADH. [24] Все тринадцать белков E. coli , которые составляют NADH-дегидрогеназу I, кодируются в опероне nuo и гомологичны субъединицам митохондриального комплекса I. Каждая из субъединиц, подобных антипортерам, NuoL/M/N, содержит 14 консервативных трансмембранных (TM) спиралей. Две из них прерывистые, но субъединица NuoL содержит амфипатическую α-спираль длиной 110 Å, охватывающую всю длину домена. Субъединица NuoL связана с антипортерами Na + /H + TC# 2.A.63.1.1 (PhaA и PhaD).

Три из консервативных, связанных с мембраной субъединиц в NADH-дегидрогеназе связаны друг с другом и с антипортерами протона натрия Mrp. Структурный анализ двух прокариотических комплексов I показал, что каждая из трех субъединиц содержит четырнадцать трансмембранных спиралей, которые накладываются друг на друга в структурных выравниваниях: транслокация трех протонов может координироваться боковой спиралью, соединяющей их. [25]

Комплекс I содержит карман для связывания убихинона на границе субъединиц 49 кДа и PSST. Рядом с железо-серным кластером N2, предполагаемым непосредственным донором электронов для убихинона, высококонсервативный тирозин составляет критический элемент сайта восстановления хинона. Возможный путь обмена хиноном ведет от кластера N2 к N-концевому бета-слою субъединицы 49 кДа. [26] Все 45 субъединиц бычьего NDHI были секвенированы. [27] [28] Каждый комплекс содержит нековалентно связанный FMN, кофермент Q и несколько железо-серных центров. Бактериальные NDH имеют 8-9 железо-серных центров.

Недавнее исследование использовало спектры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и двойной электрон-электронный резонанс (ДЭЭР) для определения пути переноса электронов через комплексы железа и серы, которые расположены в гидрофильном домене. Семь из этих кластеров образуют цепь от флавина до участков связывания хинона; восьмой кластер расположен по другую сторону флавина, и его функция неизвестна. Результаты ЭПР и ДЭЭР предполагают чередующийся или «американские горки» профиль потенциальной энергии для переноса электронов между активными участками и вдоль кластеров железа и серы, что может оптимизировать скорость перемещения электронов и обеспечить эффективное преобразование энергии в комплексе I. [29]

Консервативные субъединицы комплекса I [30]
#Субъединица человека / бычьего скотаЧеловеческий белокОписание белка ( UniProt )Семейство Pfam с человеческим белком
Основные субъединицы а
1НДУФС7 / ПССТ / НУКМNDUS7_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 7, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF01058
2NDUFS8 / TYKY / NUIMNDUS8_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 8, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF12838
3NDUFV2 / 24kD / NUHM cNDUV2_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] флавопротеин 2, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF01257
4NDUFS3 / 30kD / NUGMNDUS3_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 3, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF00329
5NDUFS2 / 49kD / NUCMNDUS2_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 2, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF00346
6NDUFV1 / 51kD / NUBMNDUV1_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] флавопротеин 1, митохондриальный EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF01512
7NDUFS1 / 75kD / NUAMNDUS1_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза 75 кДа субъединица, митохондриальная EC 1.6.5.3 EC 1.6.99.3Пфам PF00384
8НД1 / НУ1МNU1M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктазная цепь 1 EC 1.6.5.3Пфам PF00146
9НД2 / НУ2МNU2M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза цепь 2 EC 1.6.5.3Пфам PF00361, Пфам PF06444
10НД3 / НУ3МNU3M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза цепь 3 EC 1.6.5.3Пфам PF00507
11ND4 / NU4MNU4M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза цепь 4 EC 1.6.5.3Пфам PF01059, Пфам PF00361
12ND4L / НУЛЬМNU4LM_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктазная цепь 4L EC 1.6.5.3Пфам PF00420
13НД5/НУ5МNU5M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза цепь 5 EC 1.6.5.3Пфам PF00361, Пфам PF06455, Пфам PF00662
14ND6 / NU6MNU6M_ЧЕЛОВЕКНАДН-убихинон оксидоредуктаза цепь 6 EC 1.6.5.3Пфам PF00499
Дополнительные субъединицы ядра b
15НДУФС6/13АNDUS6_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 6, митохондриальныйПфам PF10276
16НДУФА12 / Б17.2NDUAC_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 12Пфам PF05071
17NDUFS4 / AQDQNDUS4_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 4, митохондриальныйПфам PF04800
18НДУФА9 / 39кДаNDUA9_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 9, митохондриальнаяПфам PF01370
19НДУФАБ1 / АЦПМACPM_ЧЕЛОВЕКАцилпереносящий белок, митохондриальныйПфам PF00550
20НДУФА2 / В8NDUA2_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 2Пфам PF05047
21НДУФА1 / МФВЕNDUA1_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 1Пфам PF15879
22НДУФБ3 / В12NDUB3_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 3Пфам PF08122
23НДУФА5 / АВ13NDUA5_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 5Пфам PF04716
24НДУФА6 / В14NDUA6_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 6Пфам PF05347
25НДУФА11 / Б14.7НДУАБ_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 11Пфам PF02466
26NDUFB11 / ESSSNDUBB_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 11, митохондриальнаяПфам PF10183
27НДУФС5 / ПФДNDUS5_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] железо-серный белок 5Пфам PF10200
28НДУФБ4 / В15NDUB4_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 4Пфам PF07225
29НДУФА13/А13NDUAD_HUMANНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 13Пфам PF06212
30НДУФБ7 / В18NDUB7_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 7Пфам PF05676
31NDUFA8 / PGIVNDUA8_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 8Пфам PF06747
32НДУФБ9 / В22NDUB9_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 9Пфам PF05347
33NDUFB10 / PDSWНДУБА_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 10Пфам PF10249
34НДУФБ8 / АШИNDUB8_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 8, митохондриальнаяПфам PF05821
35НДУФК2 / B14.5BNDUC2_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 субъединица C2Пфам PF06374
36NDUFB2 / AGGGNDUB2_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 2, митохондриальнаяПфам PF14813
37НДУФА7 / Б14.5АNDUA7_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 7Пфам PF07347
38НДУФА3 / В9NDUA3_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 3Пфам PF14987
39NDUFA4 / MLRQ c,dNDUA4_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 4Пфам PF06522
40NDUFB5 / SGDHNDUB5_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 5, митохондриальнаяПфам PF09781
41НДУФБ1 / МНЛЛNDUB1_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 1Пфам PF08040
42NDUFC1 / KFYINDUC1_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 субъединица C1, митохондриальнаяПфам PF15088
43НДУФА10 / 42кДNDUAA_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 10, митохондриальнаяПфам PF01712
44NDUFA4L2NUA4L_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс субъединица 4-подобная 2Пфам PF15880
45НДУФВ3NDUV3_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] флавопротеин 3, 10 кДа-
46НДУФБ6NDUB6_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 бета-субкомплекс субъединица 6Пфам PF09782
Белки фактора сборки [31]
47НДУФАФ1 сCIA30_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс, фактор сборки 1Пфам PF08547
48НДУФАФ2MIMIT_HUMANНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс, фактор сборки 2Пфам PF05071
49НДУФАФ3NDUF3_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс фактор сборки 3Пфам PF05071
50НДУФАФ4NDUF4_ЧЕЛОВЕКНАДН-дегидрогеназа [убихинон] 1 альфа-субкомплекс, фактор сборки 4Пфам PF06784

Примечания:

  • a Встречается во всех видах, кроме грибов
  • b Может присутствовать или отсутствовать у любого вида
  • c Обнаружен в таких видах грибов, как Schizosaccharomyces pombe
  • d Недавние исследования описали NDUFA4 как субъединицу комплекса IV , а не комплекса I [34]

Ингибиторы

Ингибирование комплекса I является способом действия акарицидов и инсектицидов METI: феназакин, фенпироксимат, пиримидифен, пиридабен, тебуфенпирад и толфенпирад. [35] [36] [37] Они отнесены к группе IRAC 21A. Возможно, самым известным ингибитором комплекса I является ротенон , который используется в качестве рыбоцида и ранее широко использовался как органический пестицид, но теперь запрещен во многих странах. Он находится в группе IRAC 21B. Ротенон и ротеноиды являются изофлавоноидами, встречающимися в нескольких родах тропических растений, таких как Antonia ( Loganiaceae ), Derris и Lonchocarpus ( Faboideae , Fabaceae ). Были сообщения о том, что коренные жители Французской Гвианы использовали растения, содержащие ротенон, для ловли рыбы - из-за его ихтиотоксического эффекта - еще в 17 веке. [38] Ротенон связывается с участком связывания убихинона комплекса I, а также с пиерицидином А , другим мощным ингибитором, имеющим близкий структурный гомолог убихинона.

Ацетогенины из Annonaceae являются еще более мощными ингибиторами комплекса I. Они перекрестно связываются с субъединицей ND2, что предполагает, что ND2 необходим для связывания хинона. [39] Роллиниастатин-2, ацетогенин, является первым обнаруженным ингибитором комплекса I, который не имеет того же сайта связывания, что и ротенон. [40] Буллатацин ( ацетогенин, обнаруженный в плодах Asimina triloba ) является самым мощным известным ингибитором НАДН-дегидрогеназы (убихинон) ( IC 50 = 1,2 нМ, сильнее, чем ротенон). [41]

Несмотря на более чем 50-летнее изучение комплекса I, не было обнаружено ингибиторов, блокирующих поток электронов внутри фермента. Гидрофобные ингибиторы, такие как ротенон или пиерицидин, скорее всего, нарушают перенос электронов между терминальным кластером FeS N2 и убихиноном. Было показано, что длительное системное ингибирование комплекса I ротеноном может вызывать селективную дегенерацию дофаминергических нейронов. [42]

Комплекс I также блокируется аденозиндифосфатрибозой – обратимым конкурентным ингибитором окисления НАДН – путем связывания с ферментом в месте связывания нуклеотида. [43] Как гидрофильный НАДН, так и гидрофобный аналог убихинона действуют в начале и конце внутреннего пути переноса электронов соответственно.

Было показано, что противодиабетический препарат метформин вызывает легкое и временное ингибирование комплекса I дыхательной цепи митохондрий, и это ингибирование, по-видимому, играет ключевую роль в механизме его действия. [44]

Ингибирование комплекса I было связано с гепатотоксичностью , связанной с различными препаратами, например, флутамидом и нефазодоном . [45] Кроме того, было показано, что ингибирование комплекса I запускает НАД + -независимый катаболизм глюкозы . [46]

Активный/неактивный переход

Каталитические свойства эукариотического комплекса I не просты. В любом данном препарате фермента существуют две каталитически и структурно различные формы: одна — полностью компетентная, так называемая «активная» A-форма, а другая — каталитически молчащая, спящая, «неактивная», D-форма. После воздействия на неактивный фермент повышенных, но физиологических температур (>30 °C) в отсутствие субстрата фермент переходит в D-форму. Эта форма каталитически некомпетентна, но может быть активирована медленной реакцией (k~4 мин −1 ) окисления NADH с последующим восстановлением убихинона. После одного или нескольких оборотов фермент становится активным и может катализировать физиологическую реакцию NADH:убихинон с гораздо более высокой скоростью (k~10 4 мин −1 ). В присутствии двухвалентных катионов (Mg2 + , Ca2 + ) или при щелочном pH активация занимает гораздо больше времени.

Высокая энергия активации (270 кДж/моль) процесса дезактивации указывает на возникновение крупных конформационных изменений в организации комплекса I. Однако до сих пор единственным конформационным различием, наблюдаемым между этими двумя формами, было количество остатков цистеина, экспонированных на поверхности фермента. Обработка D-формы комплекса I сульфгидрильными реагентами N-этилмалеимидом или DTNB необратимо блокирует критические остатки цистеина, отменяя способность фермента реагировать на активацию, тем самым необратимо инактивируя его. A-форма комплекса I нечувствительна к сульфгидрильным реагентам. [47] [48]

Было обнаружено, что эти конформационные изменения могут иметь очень важное физиологическое значение. Неактивная, но не активная форма комплекса I была восприимчива к ингибированию нитрозотиолами и пероксинитритом . [49] Вероятно, что переход из активной в неактивную форму комплекса I происходит при патологических состояниях, когда оборот фермента ограничен при физиологических температурах, таких как гипоксия , ишемия [50] [51] или когда увеличивается соотношение оксида азота и кислорода в тканях (т.е. метаболическая гипоксия). [52]

Производство супероксида

Недавние исследования показывают, что комплекс I является мощным источником активных форм кислорода . [53] Комплекс I может производить супероксид (а также перекись водорода ) по крайней мере двумя различными путями. Во время прямого переноса электронов производится только очень небольшое количество супероксида (вероятно, менее 0,1% от общего потока электронов). [53] [54] [55]

Во время обратного переноса электронов комплекс I может быть самым важным местом производства супероксида в митохондриях, при этом около 3-4% электронов направляются на образование супероксида. [56] Обратный перенос электронов, процесс, при котором электроны из восстановленного пула убихинола (поставляемого сукцинатдегидрогеназой , глицерол-3-фосфатдегидрогеназой , электрон-переносящим флавопротеином или дигидрооротатдегидрогеназой в митохондриях млекопитающих) проходят через комплекс I для восстановления НАД + до НАДН, что обусловлено электрическим потенциалом внутренней митохондриальной мембраны. Хотя точно неизвестно, при каких патологических состояниях обратный перенос электронов будет происходить in vivo, эксперименты in vitro показывают, что этот процесс может быть очень мощным источником супероксида, когда концентрации сукцината высоки, а концентрации оксалоацетата или малата низкие. [57] Это может происходить во время ишемии тканей, когда блокируется доставка кислорода. [58]

Супероксид — это активная форма кислорода, которая способствует окислительному стрессу клеток и связана с нервно-мышечными заболеваниями и старением. [59] НАДН-дегидрогеназа производит супероксид, перенося один электрон от FMNH 2 (или полувосстановленного флавина) к кислороду (O 2 ). Оставшийся радикал флавина нестабилен и переносит оставшийся электрон в железо-серные центры. Именно соотношение НАДН к НАД + определяет скорость образования супероксида. [60] [61]

Патология

Мутации в субъединицах комплекса I могут вызывать митохондриальные заболевания , включая синдром Лея . Точечные мутации в различных субъединицах комплекса I, полученных из митохондриальной ДНК ( мтДНК ), также могут приводить к наследственной оптической нейропатии Лебера . Имеются некоторые доказательства того, что дефекты комплекса I могут играть роль в этиологии болезни Паркинсона , возможно, из-за активных форм кислорода (комплекс I может, как и комплекс III , отдавать электроны кислороду, образуя высокотоксичный супероксид ).

Хотя точная этиология болезни Паркинсона неясна, вероятно, что митохондриальная дисфункция, наряду с ингибированием протеасом и токсинами окружающей среды, может играть большую роль. Фактически, было показано, что ингибирование комплекса I вызывает выработку пероксидов и снижение активности протеасом , что может привести к болезни Паркинсона. [62] Кроме того, Эстевес и др. (2010) обнаружили, что клеточные линии с болезнью Паркинсона показывают повышенную утечку протонов в комплексе I, что вызывает снижение максимальной дыхательной способности. [63]

Ишемия/реперфузионное повреждение мозга опосредовано через нарушение комплекса I. [64] Недавно было обнаружено, что недостаток кислорода приводит к состояниям, при которых митохондриальный комплекс I теряет свой естественный кофактор, флавинмононуклеотид (ФМН), и становится неактивным. [65] [66] При наличии кислорода фермент катализирует физиологическую реакцию окисления НАДН убихиноном, поставляя электроны ниже по течению дыхательной цепи (комплексы III и IV). Ишемия приводит к резкому повышению уровня сукцината . В присутствии сукцината митохондрии катализируют обратный перенос электронов , так что часть электронов от сукцината направляется вверх по течению к ФМН комплекса I. Обратный перенос электронов приводит к восстановлению комплекса I ФМН, [56] увеличению образования ROS, за которым следует потеря восстановленного кофактора (ФМНН 2 ) и нарушение выработки энергии митохондриями. Потерю FMN из-за комплексного повреждения I и I/R можно облегчить путем введения предшественника FMN, рибофлавина. [66]

Недавние исследования изучали другие роли активности комплекса I в мозге. Андреацца и др. (2010) обнаружили, что уровень активности комплекса I был значительно снижен у пациентов с биполярным расстройством, но не у пациентов с депрессией или шизофренией. Они обнаружили, что у пациентов с биполярным расстройством наблюдалось повышенное окисление белков и нитрация в префронтальной коре. Эти результаты предполагают, что будущие исследования должны быть нацелены на комплекс I для потенциальных терапевтических исследований биполярного расстройства. [67] Аналогичным образом, Моран и др. (2010) обнаружили, что у пациентов с тяжелым дефицитом комплекса I наблюдалось снижение скорости потребления кислорода и более медленные темпы роста. Однако они обнаружили, что мутации в разных генах в комплексе I приводят к разным фенотипам, тем самым объясняя вариации патофизиологических проявлений дефицита комплекса I. [68]

Воздействие пестицидов также может подавлять комплекс I и вызывать симптомы заболевания. Например, хроническое воздействие низких уровней дихлофоса, органофосфата, используемого в качестве пестицида, как было показано, вызывает дисфункцию печени. Это происходит потому, что дихлофос изменяет уровни активности комплексов I и II, что приводит к снижению активности переноса электронов митохондриями и снижению синтеза АТФ. [69]

В хлоропластах

Протонный насосный, использующий убихинон комплекс NADH-дегидрогеназы, гомологичный комплексу I, обнаружен в хлоропластных геномах большинства наземных растений под названием ndh . Этот комплекс унаследован от изначального симбиоза с цианобактериями, но был утрачен в большинстве эукариотических водорослей, некоторых голосеменных ( Pinus и gnetophytes ) и некоторых очень молодых линиях покрытосеменных . Назначение этого комплекса изначально было скрытым, поскольку хлоропласты не участвуют в дыхании, но теперь известно, что ndh служит для поддержания фотосинтеза в стрессовых ситуациях. Это делает его, по крайней мере, частично необязательным в благоприятных условиях. Очевидно, что линии покрытосеменных без ndh не сохраняются долго с самого раннего возраста, но неизвестно, как голосеменные выживают на суше без ndh так долго. [70]

Гены

Ниже приведен список генов человека, кодирующих компоненты комплекса I:

  • НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс
    • NDUFA1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 1, 7,5 кДа
    • NDUFA2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 2, 8 кДа
    • NDUFA3 ​​– НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 3, 9 кДа
    • NDUFA4 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 4, 9 кДа – недавно описан как часть комплекса IV [34]
    • NDUFA4L – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 4-подобный
    • NDUFA4L2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 4-подобный 2
    • NDUFA5 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 5, 13 кДа
    • NDUFA6 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 6, 14 кДа
    • NDUFA7 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 7, 14,5 кДа
    • NDUFA8 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 8, 19 кДа
    • NDUFA9 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 9, 39 кДа
    • NDUFA10 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 10, 42 кДа
    • NDUFA11 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 11, 14,7 кДа
    • NDUFA12 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 12
    • NDUFA13 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, 13
    • NDUFAB1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1, альфа/бета-субкомплекс, 1, 8 кДа
    • NDUFAF1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, фактор сборки 1
    • NDUFAF2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа субкомплекс, фактор сборки 2
    • NDUFAF3 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа-субкомплекс, фактор сборки 3
    • NDUFAF4 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 альфа субкомплекс, фактор сборки 4
  • НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс
    • NDUFB1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 1,7кДа
    • NDUFB2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 2, 8 кДа
    • NDUFB3 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 3, 12 кДа
    • NDUFB4 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 4, 15 кДа
    • NDUFB5 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 5, 16 кДа
    • NDUFB6 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 6, 17 кДа
    • NDUFB7 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 7, 18 кДа
    • NDUFB8 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 8, 19 кДа
    • NDUFB9 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 9, 22 кДа
    • NDUFB10 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 10, 22 кДа
    • NDUFB11 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1 бета-субкомплекс, 11, 17,3 кДа
  • НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1, субкомплекс неизвестен
    • NDUFC1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1, субкомплекс неизвестен, 1, 6 кДа
    • NDUFC2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) 1, субкомплекс неизвестен, 2, 14,5 кДа
  • НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S-белок
    • NDUFS1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 1, 75 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 2, 49 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS3 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 3, 30 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS4 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 4, 18 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS5 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 5, 15 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS6 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 6, 13 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS7 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 7, 20 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
    • NDUFS8 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) Fe-S белок 8, 23 кДа (НАДН-кофермент Q-редуктаза)
  • НАДН-дегидрогеназа (убихинон) флавопротеин 1
    • NDUFV1 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) флавопротеин 1, 51 кДа
    • NDUFV2 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) флавопротеин 2, 24 кДа
    • NDUFV3 – НАДН-дегидрогеназа (убихинон) флавопротеин 3, 10 кДа
  • митохондриально кодируемая субъединица НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND1 - митохондриально кодируемая субъединица 1 НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND2 - митохондриально кодируемая субъединица 2 НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND3 - митохондриально кодируемая субъединица 3 НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND4 - митохондриально кодируемая субъединица 4 НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND4L - митохондриально кодируемая субъединица 4L НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND5 - митохондриально кодируемая субъединица 5 НАДН-дегидрогеназы
    • MT-ND6 - митохондриально кодируемая субъединица 6 НАДН-дегидрогеназы

Ссылки

  1. ^ аб Берг Дж., Тимочко Дж., Страйер Л. (2006). Биохимия (6-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman & Company. стр.  509–513 .
  2. ^ Брандт У. (2006). «Энергопреобразующая НАДН:хинон оксидоредуктаза (комплекс I)». Annual Review of Biochemistry . 75 : 69–92 . doi :10.1146/annurev.biochem.75.103004.142539. PMID  16756485.
  3. ^ Wikström M (апрель 1984). «Два протона выкачиваются из митохондриального матрикса на один электрон, переносимый между NADH и убихиноном». FEBS Letters . 169 (2): 300– 4. doi : 10.1016/0014-5793(84)80338-5 . PMID  6325245.
  4. ^ Галкин А., Дрезе С., Брандт У. (декабрь 2006 г.). «Стехиометрия протонной помпы очищенного митохондриального комплекса I, реконструированного в протеолипосомы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1757 (12): 1575–81 . doi : 10.1016/j.bbabio.2006.10.001 . PMID  17094937.
  5. ^ Галкин АС, Гривенникова ВГ, Виноградов АД (май 1999). "-->H+/2e- стехиометрия в реакциях НАДН-хинонредуктазы, катализируемых субмитохондриальными частицами сердца быка". FEBS Letters . 451 (2): 157– 61. doi : 10.1016/s0014-5793(99)00575-x . PMID  10371157. S2CID  2337382.
  6. ^ ab Batista AP, Pereira MM (март 2011 г.). «Влияние натрия на передачу энергии комплексами I из Escherichia coli и Paracoccus denitrificans». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (3): 286–92 . doi : 10.1016/j.bbabio.2010.12.008 . PMID  21172303.
  7. ^ Гривенникова ВГ, Котляр АБ, Карлинер ДЖС, Чеккини Г, Виноградов АД (сентябрь 2007). "Редокс-зависимое изменение сродства нуклеотидов к активному сайту комплекса млекопитающих I". Биохимия . 46 (38): 10971– 8. doi :10.1021/bi7009822. PMC 2258335. PMID  17760425 . 
  8. ^ Chomova M, Racay P (март 2010). «Митохондриальный комплекс I в сети известных и неизвестных фактов». Общая физиология и биофизика . 29 (1): 3– 11. doi : 10.4149/gpb_2010_01_3 . PMID  20371875.
  9. ^ Петрусса Э, Бертолини А, Казоло В, Крайнакова Дж, Макри Ф, Вианелло А (декабрь 2009 г.). «Митохондриальная биоэнергетика связана с проявлением запрограммированной гибели клеток во время соматического эмбриогенеза Abies alba». Планта . 231 (1): 93–107 . doi :10.1007/s00425-009-1028-x. PMID  19834734. S2CID  25828432.
  10. ^ abcde Сазанов LA (июнь 2015). "Гигантский молекулярный протонный насос: структура и механизм дыхательного комплекса I". Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 16 (6): 375– 88. doi :10.1038/nrm3997. PMID  25991374. S2CID  31633494.
  11. ^ Voet DJ, Voet GJ, Pratt CW (2008). "Глава 18, Митохондриальный синтез АТФ". Принципы биохимии, 3-е издание . Wiley. стр. 608. ISBN 978-0-470-23396-2.
  12. ^ Ohnishi T (май 1998). «Железо-серные кластеры/семихиноны в комплексе I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1364 (2): 186– 206. doi : 10.1016/s0005-2728(98)00027-9 . PMID  9593887.
  13. ^ Bridges HR, Bill E, Hirst J (январь 2012 г.). «Мессбауэровская спектроскопия дыхательного комплекса I: ансамбль железо-серных кластеров в ферменте, восстановленном NADH, частично окислен». Биохимия . 51 (1): 149–58 . doi :10.1021/bi201644x. PMC 3254188. PMID  22122402 . 
  14. ^ ab Ефремов РГ, Сазанов ЛА (октябрь 2012). "Механизм сопряжения дыхательного комплекса I - структурная и эволюционная перспектива". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1817 (10): 1785– 95. doi : 10.1016/j.bbabio.2012.02.015 . PMID  22386882.
  15. ^ Treberg JR, Quinlan CL, Brand MD (август 2011 г.). «Доказательства двух участков производства супероксида митохондриальной НАДН-убихинон оксидоредуктазой (комплекс I)». Журнал биологической химии . 286 (31): 27103– 10. doi : 10.1074/jbc.M111.252502 . PMC 3149303. PMID  21659507 . 
  16. ^ Berrisford JM, Sazanov LA (октябрь 2009). «Структурная основа механизма дыхательного комплекса I». Журнал биологической химии . 284 (43): 29773– 83. doi : 10.1074/jbc.m109.032144 . PMC 2785608. PMID  19635800 . 
  17. ^ Баранова Е.А., Морган Д.Д., Сазанов Л.А. (август 2007 г.). «Анализ одиночных частиц подтверждает дистальное расположение субъединиц NuoL и NuoM в комплексе I Escherichia coli». Журнал структурной биологии . 159 (2): 238–42 . doi :10.1016/j.jsb.2007.01.009. ПМИД  17360196.
  18. ^ Брандт У. (октябрь 2011 г.). «Двухступенчатый механизм стабилизации-изменения для комплекса протонной перекачки I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (10): 1364– 9. doi : 10.1016/j.bbabio.2011.04.006 . PMID  21565159.
  19. ^ Цикерманн В., Вирт С., Насири Х., Зигмунд К., Швальбе Х., Хант К., Брандт У. (январь 2015 г.). «Структурная биология. Механистическое понимание кристаллической структуры митохондриального комплекса I» (PDF) . Наука . 347 (6217): 44– 9. doi :10.1126/science.1259859. PMID  25554780. S2CID  23582849.
  20. ^ Хант С., Скрапанти Э., Вентури М., Римон А., Падан Э., Мишель Х. (июнь 2005 г.). «Структура антипортера Na +/H + и понимание механизма действия и регуляции pH». Природа . 435 (7046): 1197–202 . Бибкод : 2005Natur.435.1197H. дои : 10.1038/nature03692. PMID  15988517. S2CID  4372674.
  21. ^ Voet JG, Voet D (2004). Биохимия (3-е изд.). Нью-Йорк: Дж. Уайли и сыновья. стр. 813–826. ISBN 0-471-19350-X.
  22. ^ Carroll J, Fearnley IM, Skehel JM, Shannon RJ, Hirst J, Walker JE (октябрь 2006 г.). «Бычий комплекс I — это комплекс из 45 различных субъединиц». Журнал биологической химии . 281 (43): 32724– 7. doi : 10.1074/jbc.M607135200 . PMID  16950771.
  23. ^ Бальса Э., Марко Р., Пералес-Клементе Э., Шкларчик Р., Кальво Э., Ландасури М.О., Энрикес Х.А. (сентябрь 2012 г.). «NDUFA4 представляет собой субъединицу комплекса IV цепи переноса электронов млекопитающих». Клеточный метаболизм . 16 (3): 378–86 . doi : 10.1016/j.cmet.2012.07.015 . ПМИД  22902835.
  24. ^ Сазанов LA , Хинчлифф P (март 2006). "Структура гидрофильного домена дыхательного комплекса I из Thermus thermophilus". Science . 311 (5766): 1430– 6. Bibcode : 2006Sci...311.1430S. doi : 10.1126/science.1123809 . PMID  16469879. S2CID  1892332.
  25. ^ Ефремов РГ, Барадаран Р, Сазанов ЛА (май 2010). "Архитектура дыхательного комплекса I". Nature . 465 (7297): 441– 5. Bibcode :2010Natur.465..441E. doi :10.1038/nature09066. PMID  20505720. S2CID  4372778.
  26. ^ Точилеску М.А., Цикерманн В., Цвикер К., Брандт У. (декабрь 2010 г.). «Связывание и восстановление хинонов дыхательным комплексом I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1797 (12): 1883–90 . doi : 10.1016/j.bbabio.2010.05.009 . ПМИД  20493164.
  27. ^ Cardol P, Vanrobaeys F, Devreese B, Van Beeumen J, Matagne RF, Remacle C (октябрь 2004 г.). "Высший растительноподобный субъединичный состав митохондриального комплекса I из Chlamydomonas reinhardtii: 31 консервативный компонент среди эукариот". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1658 (3): 212– 24. doi : 10.1016/j.bbabio.2004.06.001 . PMID  15450959.
  28. ^ Gabaldón T, Rainey D, Huynen MA (май 2005 г.). «Отслеживание эволюции большого белкового комплекса у эукариот, NADH:убихинон оксидоредуктаза (комплекс I)». Журнал молекулярной биологии . 348 (4): 857–70 . doi :10.1016/j.jmb.2005.02.067. PMID  15843018.
  29. ^ Roessler MM, King MS, Robinson AJ, Armstrong FA, Harmer J, Hirst J (февраль 2010 г.). «Прямое присвоение спектров ЭПР структурно определенным кластерам железа и серы в комплексе I с помощью двойного электрон-электронного резонанса». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (5): 1930– 5. Bibcode : 2010PNAS..107.1930R. doi : 10.1073/pnas.0908050107 . PMC 2808219. PMID  20133838 . 
  30. ^ Кардол П (ноябрь 2011 г.). «Митохондриальная НАДН:убихинон оксидоредуктаза (комплекс I) у эукариот: высококонсервативный состав субъединиц, выявленный при анализе баз данных белков». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1807 (11): 1390– 7. doi : 10.1016/j.bbabio.2011.06.015 . PMID  21749854.
  31. ^ Ogilvie I, Kennaway NG, Shoubridge EA (октябрь 2005 г.). «Молекулярный шаперон для сборки митохондриального комплекса I мутирует при прогрессирующей энцефалопатии». The Journal of Clinical Investigation . 115 (10): 2784– 92. doi :10.1172/JCI26020. PMC 1236688. PMID  16200211 . 
  32. ^ Dunning CJ, McKenzie M, Sugiana C, Lazarou M, Silke J, Connelly A, Fletcher JM, Kirby DM, Thorburn DR, Ryan MT (июль 2007 г.). «Человеческий CIA30 участвует в ранней сборке митохондриального комплекса I, а мутации в его гене вызывают заболевание». The EMBO Journal . 26 (13): 3227– 37. doi :10.1038/sj.emboj.7601748. PMC 1914096. PMID  17557076 . 
  33. ^ Саада А., Фогель Р.О., Хофс С.Дж., ван ден Бранд М.А., Весселс Х.Дж., Виллемс П.Х., Венселаар Х., Шааг А., Баргути Ф., Рейш О., Шохат М., Хуйнен М.А., Смейтинк Дж.А., ван ден Хеувел Л.П., Нейтманс Л.Г. (июнь 2009 г.). «Мутации в NDUFAF3 (C3ORF60), кодирующем белок сборки комплекса I, взаимодействующий с NDUFAF4 (C6ORF66), вызывают фатальные неонатальные митохондриальные заболевания». Американский журнал генетики человека . 84 (6): 718–27 . doi :10.1016/j.ajhg.2009.04.020. ПМК 2694978 . ПМИД  19463981. 
  34. ^ аб Бальса, Эдуардо; Марко, Рикардо; Пералес-Клементе, Эстер; Шклярчик, Радек; Кальво, Энрике; Ландазури, Мануэль О.; Энрикес, Хосе Антонио (5 сентября 2012 г.). «NDUFA4 представляет собой субъединицу комплекса IV цепи переноса электронов млекопитающих». Клеточный метаболизм . 16 (3): 378–386 . doi : 10.1016/j.cmet.2012.07.015 . ISSN  1932-7420. ПМИД  22902835.
  35. ^ Йешке, Питер; Витшель, Матиас; Кремер, Вольфганг; Ширмер, Ульрих (25 января 2019 г.). «32.3 Ингибиторы митохондриального транспорта электронов: акарициды и инсектициды». Современные средства защиты растений (3-е изд.). Вили-ВЧ. стр.  1156–1201 . ISBN. 9783527699261.{{cite book}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  36. ^ Байда, Сабина; Дермау, Ванн; Пантелери, Рафаэла; Сугимото, Наоя (январь 2017 г.). «Мутация в гомологе PSST комплекса I (НАДН:убихиноноксидоредуктаза) из Tetranychus urticae связана с устойчивостью к акарицидам METI». Биохимия насекомых и молекулярная биология . 80 : 79–90 . ISSN  0965–1748.
  37. ^ Де Рук, Сандер; Инак, Эмре; Дермаув, Ванн; Ван Леувен, Томас (август 2023 г.). «Обзор молекулярных механизмов устойчивости к акарицидам у клещей и иксодовых клещей». Биохимия насекомых и молекулярная биология . 159 : 103981. ISSN  0965-1748.
  38. ^ Moretti C, Grenand P (сентябрь 1982 г.). «["nivrées", или ихтиотоксичные растения Французской Гвианы]». Журнал этнофармакологии (на французском языке). 6 (2): 139– 60. doi :10.1016/0378-8741(82)90002-2. PMID  7132401.
  39. ^ Nakamaru-Ogiso E, Han H, Matsuno-Yagi A, Keinan E, Sinha SC, Yagi T, Ohnishi T (март 2010 г.). «Субъединица ND2 помечена фотоаффинным аналогом асимицина, мощным ингибитором комплекса I». FEBS Letters . 584 (5): 883– 8. doi :10.1016/j.febslet.2010.01.004. PMC 2836797 . PMID  20074573. 
  40. ^ Degli Esposti M, Ghelli A, Ratta M, Cortes D, Estornell E (июль 1994 г.). «Природные вещества (ацетогенины) из семейства Annonaceae являются мощными ингибиторами митохондриальной НАДН-дегидрогеназы (комплекса I)». The Biochemical Journal . 301 (Pt 1) (Pt 1): 161– 7. doi :10.1042/bj3010161. PMC 1137156 . PMID  8037664. 
  41. ^ Миёси Х., Осима М., Симада Х., Акаги Т., Ивамура Х., Маклафлин Дж.Л. (июль 1998 г.). «Основные структурные факторы аннонических ацетогенинов как мощных ингибиторов митохондриального комплекса I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1365 (3): 443–52 . doi : 10.1016/s0005-2728(98)00097-8 . ПМИД  9711297.
  42. ^ Watabe M, Nakaki T (октябрь 2008 г.). «Ингибитор митохондриального комплекса I ротенон ингибирует и перераспределяет везикулярный моноаминовый транспортер 2 посредством нитрации в человеческих дофаминергических клетках SH-SY5Y». Молекулярная фармакология . 74 (4): 933– 40. doi :10.1124/mol.108.048546. PMID  18599602. S2CID  1844073.
  43. ^ Жарова ТВ, Виноградов АД (июль 1997). "Конкурентное ингибирование митохондриальной НАДН-убихинон оксидоредуктазы (комплекс I) АДФ-рибозой". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1320 (3): 256– 64. doi : 10.1016/S0005-2728(97)00029-7 . PMID  9230920.
  44. ^ Viollet B, Guigas B, Sanz Garcia N, Leclerc J, Foretz M, Andreelli F (март 2012 г.). «Клеточные и молекулярные механизмы метформина: обзор». Clinical Science . 122 (6): 253– 70. doi :10.1042/CS20110386. PMC 3398862 . PMID  22117616. 
  45. ^ Nadanaciva S, Will Y (2011). «Новые идеи в митохондриальной токсичности, вызванной лекарственными средствами». Current Pharmaceutical Design . 17 (20): 2100– 12. doi :10.2174/138161211796904795. PMID  21718246.
  46. ^ Абросимов, Роман; Бэкен, Мариус В.; Хауф, Самуэль; Виттиг, Илка; Хаджиева, Парвана; Перроне, Кармен Э.; Мусманн, Бернд (2024-01-25). "Ингибирование митохондриального комплекса I запускает NAD+-независимое окисление глюкозы через последовательное образование NADPH, "бесполезный" цикл жирных кислот и окисление FADH2". GeroScience . doi : 10.1007/s11357-023-01059-y . ISSN  2509-2723. PMC 11226580 . 
  47. ^ Babot M, Birch A, Labarbuta P, Galkin A (июль 2014 г.). «Характеристика перехода активного/деактивного состояния митохондриального комплекса I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1837 (7): 1083– 92. doi : 10.1016 /j.bbabio.2014.02.018. PMC 4331042. PMID  24569053. 
  48. ^ Dröse S, Stepanova A, Galkin A (июль 2016). «Ишемический A/D переход митохондриального комплекса I и его роль в генерации ROS». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1857 (7): 946–57 . doi :10.1016/j.bbabio.2015.12.013. PMC 4893024. PMID  26777588 . 
  49. ^ Галкин А, Монкада С (декабрь 2007 г.). «S-нитрозирование митохондриального комплекса I зависит от его структурной конформации». Журнал биологической химии . 282 (52): 37448– 53. doi : 10.1074/jbc.M707543200 . PMID  17956863.
  50. ^ Ким М., Степанова А., Ницацкая З., Сосунов С., Арндт С., Мерфи МП и др. (август 2018 г.). «Ослабление окислительного повреждения путем воздействия на митохондриальный комплекс I при неонатальном гипоксически-ишемическом повреждении мозга». Free Radical Biology & Medicine . 124 : 517– 524. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2018.06.040. PMC 6389362. PMID 30037775  . 
  51. ^ Степанова А, Конрад С, Герреро-Кастильо С, Манфреди Г, Ваннуччи С, Арнольд С, Галкин А (сентябрь 2019 г.). «Деактивация митохондриального комплекса I после гипоксии-ишемии в незрелом мозге». Журнал мозгового кровотока и метаболизма . 39 (9): 1790– 1802. doi :10.1177/0271678X18770331. PMC 6727140. PMID  29629602 . 
  52. ^ Moncada S, Erusalimsky JD (март 2002). «Модулирует ли оксид азота генерацию митохондриальной энергии и апоптоз?». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 3 (3): 214– 20. doi :10.1038/nrm762. PMID  11994742. S2CID  29513174.
  53. ^ ab Murphy MP (январь 2009 г.). «Как митохондрии производят активные формы кислорода». The Biochemical Journal . 417 (1): 1– 13. doi :10.1042/BJ20081386. PMC 2605959. PMID  19061483 . 
  54. ^ Hansford RG, Hogue BA, Mildaziene V (февраль 1997 г.). «Зависимость образования H2O2 митохондриями сердца крысы от доступности субстрата и возраста донора». Журнал биоэнергетики и биомембран . 29 (1): 89– 95. doi :10.1023/A:1022420007908. PMID  9067806. S2CID  7501110.
  55. ^ Степанова А, Конрад С, Манфреди Г, Спрингетт Р, Тен В, Галкин А (март 2019). «Зависимость продукции активных форм кислорода в митохондриях мозга от уровня кислорода линейна, за исключением случаев ингибирования антимицином А». Журнал нейрохимии . 148 (6): 731– 745. doi :10.1111/jnc.14654. PMC 7086484. PMID  30582748 . 
  56. ^ ab Stepanova A, Kahl A, Konrad C, Ten V, Starkov AS, Galkin A (декабрь 2017 г.). «Обратный перенос электронов приводит к потере флавина из митохондриального комплекса I: потенциальный механизм повреждения мозга при ишемии и реперфузии». Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism . 37 (12): 3649– 3658. doi :10.1177/0271678X17730242. PMC 5718331 . PMID  28914132. 
  57. ^ Muller FL, Liu Y, Abdul-Ghani MA, Lustgarten MS, Bhattacharya A, Jang YC, Van Remmen H (январь 2008 г.). «Высокие скорости производства супероксида в митохондриях скелетных мышц, дышащих на субстратах, связанных как с комплексом I, так и с комплексом II». The Biochemical Journal . 409 (2): 491– 9. doi :10.1042/BJ20071162. PMID  17916065.
  58. ^ Sahni PV, Zhang J, Sosunov S, Galkin A, Niatsetskaya Z, Starkov A, et al. (Февраль 2018). «Метаболиты цикла Кребса и предпочтительное окисление сукцината после неонатального гипоксически-ишемического повреждения мозга у мышей». Pediatric Research . 83 (2): 491– 497. doi :10.1038/pr.2017.277. PMC 5866163 . PMID  29211056. 
  59. ^ Эстерхази Д., Кинг М.С., Яковлев Г., Хирст Дж. (март 2008 г.). «Производство активных форм кислорода комплексом I (НАДН:убихинон оксидоредуктаза) из Escherichia coli и сравнение с ферментом из митохондрий». Биохимия . 47 (12): 3964–71 . doi : 10.1021/bi702243b . PMID  18307315.
  60. ^ Куссмаул Л., Хирст Дж. (май 2006 г.). «Механизм производства супероксида НАДН:убихинон оксидоредуктазой (комплекс I) из митохондрий сердца быка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (20): 7607– 12. Bibcode : 2006PNAS..103.7607K. doi : 10.1073/pnas.0510977103 . PMC 1472492. PMID  16682634 . 
  61. ^ Галкин А., Брандт У. (август 2005 г.). «Образование супероксидного радикала чистым комплексом I (НАДН:убихинон оксидоредуктаза) из Yarrowia lipolytica». Журнал биологической химии . 280 (34): 30129– 35. doi : 10.1074/jbc.M504709200 . PMID  15985426.
  62. ^ Chou AP, Li S, Fitzmaurice AG, Bronstein JM (август 2010 г.). «Механизмы индуцированного ротеноном ингибирования протеасом». Neurotoxicology . 31 (4): 367– 72. doi :10.1016/j.neuro.2010.04.006. PMC 2885979 . PMID  20417232. 
  63. ^ Esteves AR, Lu J, Rodova M, Onyango I, Lezi E, Dubinsky R, Lyons KE, Pahwa R, Burns JM, Cardoso SM, Swerdlow RH (май 2010 г.). «Митохондриальное дыхание и связанные с дыханием белки в клеточных линиях, созданных посредством переноса митохондрий субъекта болезни Паркинсона». Журнал нейрохимии . 113 (3): 674–82 . doi : 10.1111/j.1471-4159.2010.06631.x . PMID  20132468.
  64. ^ Галкин А (ноябрь 2019). «Ишемия мозга/реперфузионное повреждение и повреждение митохондриального комплекса I». Биохимия. Биохимия . 84 (11): 1411– 1423. doi :10.1134/S0006297919110154. PMID  31760927. S2CID  207990089.
  65. ^ Kahl A, Stepanova A, Konrad C, Anderson C, Manfredi G, Zhou P и др. (Май 2018 г.). «Критическая роль флавина и глутатиона в опосредованной комплексом I биоэнергетической недостаточности при ишемии/реперфузионном повреждении мозга». Stroke . 49 (5): 1223– 1231. doi :10.1161/STROKEAHA.117.019687. PMC 5916474 . PMID  29643256. 
  66. ^ ab Stepanova A, Sosunov S, Niatsetskaya Z, Konrad C, Starkov AA, Manfredi G, et al. (сентябрь 2019 г.). "Redox-Dependent Loss of Flavin by Mitochondrial Complex I in Brain Ischemia/Reperfusion Injury". Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 31 (9): 608– 622. doi :10.1089/ars.2018.7693. PMC 6657304. PMID  31037949 . 
  67. ^ Andreazza AC, Shao L, Wang JF, Young LT (апрель 2010 г.). «Активность митохондриального комплекса I и окислительное повреждение митохондриальных белков в префронтальной коре у пациентов с биполярным расстройством». Архивы общей психиатрии . 67 (4): 360– 8. doi : 10.1001/archgenpsychiatry.2010.22 . PMID  20368511.
  68. ^ Моран М., Ривера Х., Санчес-Араго М., Бласкес А., Меринеро Б., Угальде С., Аренас Х., Куэсва Х.М., Мартин М.А. (май 2010 г.). «Взаимодействие митохондриальной биоэнергетики и динамики в сложных фибробластах с дефицитом I». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярные основы болезней . 1802 (5): 443–53 . doi : 10.1016/j.bbadis.2010.02.001 . ПМИД  20153825.
  69. ^ Binukumar BK, Bal A, Kandimalla R, Sunkaria A, Gill KD (апрель 2010 г.). «Нарушение митохондриального энергетического метаболизма и дисфункция печени после хронического воздействия дихлофоса». Токсикология . 270 ( 2–3 ): 77–84 . doi :10.1016/j.tox.2010.01.017. PMID  20132858.
  70. ^ Sabater, B (19 ноября 2021 г.). «На грани необязательности, гены хлоропластов ndh». Международный журнал молекулярных наук . 22 (22): 12505. doi : 10.3390/ijms222212505 . PMC 8621559. PMID  34830386 . 
  • Институт науки и технологий Австрии (ISTA): Группа Сазанов MRC MBU Группа Сазанов
  • Интерактивная молекулярная модель НАДН-дегидрогеназы (требуется MDL Chime)
  • Домашняя страница Комплекса I
  • Страница новостей Complex I на Facebook
  • Electron+Transport+Complex+I в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)

На момент редактирования эта статья использует контент из "3.D.1 The H+ or Na+-translocating NADH Dehydrogenase (NDH) Family" , который лицензирован таким образом, что позволяет повторное использование в соответствии с Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License , но не в соответствии с GFDL . Все соответствующие условия должны быть соблюдены.

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Дыхательный_комплекс_I&oldid=1270506903"