Суперкомплекс
Суперкомплекс I/III/IV . Комплекс I обозначен желтым цветом, комплекс III — зеленым, а комплекс IV — фиолетовым. A, B и E — боковые виды комплексов, поскольку они ориентированы вертикально в мембране. Горизонтальные линии на E указывают положение мембраны. D — вид из межмембранного пространства. C и F — вид изнутри матрицы.

Современные биологические исследования выявили убедительные доказательства того, что ферменты митохондриальной дыхательной цепи собираются в более крупные надмолекулярные структуры, называемые суперкомплексами , вместо традиционной жидкой модели дискретных ферментов , диспергированных во внутренней митохондриальной мембране . Эти суперкомплексы функционально активны и необходимы для формирования стабильных дыхательных комплексов. [1]

Один суперкомплекс из комплекса I , III и IV составляет единицу, известную как респирасома . Респирасомы были обнаружены в различных видах и тканях, включая мозг крысы, [2] печень, [2] почки, [2] скелетные мышцы, [2] [3] сердце, [2] сердце быка, [4] фибробласты кожи человека , [5] грибы, [6] растения, [7] [8] и C. elegans . [9]

История

В 1955 году биологи Бриттон Чанс и GR Williams были первыми, кто предложил идею о том, что дыхательные ферменты собираются в более крупные комплексы, [10] хотя модель жидкого состояния оставалась стандартной. Однако еще в 1985 году исследователи начали выделять суперкомплексы комплекса III / комплекса IV из бактерий [11] [12] [13] и дрожжей . [14] [15] Наконец, в 2000 году Герман Шеггер и Кэти Пфайффер использовали Blue Native PAGE для выделения белков митохондриальной мембраны быка , показав, что комплекс I , III и IV организованы в суперкомплексы. [16]

Состав и формирование

Наиболее распространенными суперкомплексами являются Complex I/III, Complex I/III/IV и Complex III/IV. Большая часть Complex II находится в свободно плавающей форме в митохондриях как растений, так и животных. Complex V может быть обнаружен совместно мигрирующим в виде димера с другими суперкомплексами, но едва ли как часть суперкомплексной единицы. [1]

Сборка суперкомплексов, по-видимому, является динамичной, и дыхательные ферменты способны чередоваться между участием в крупных респирасомах и существованием в свободном состоянии. Неизвестно, что вызывает изменения в сборке комплексов, но исследования показали, что образование суперкомплексов в значительной степени зависит от липидного состава митохондриальной мембраны и, в частности, требует присутствия кардиолипина , уникального митохондриального липида. [17] В митохондриях дрожжей, лишенных кардиолипина, количество ферментов, образующих дыхательные суперкомплексы, было значительно снижено. [17] [18] Согласно Wenz et al. (2009), кардиолипин стабилизирует образование суперкомплекса, нейтрализуя заряды остатков лизина в домене взаимодействия Комплекса III с Комплексом IV. [19] В 2012 году Bazan et al. удалось восстановить тримерные и тетрамерные суперкомплексы комплекса III/IV из очищенных комплексов, выделенных из Saccharomyces cerevisiae и экзогенных кардиолипиновых липосом . [20]

Другая гипотеза образования респирасомы заключается в том, что мембранный потенциал может инициировать изменения в электростатических / гидрофобных взаимодействиях, опосредующих сборку/разборку суперкомплексов. [21]

Функциональное значение

Функциональное значение респирасом не совсем ясно, но более поздние исследования начинают проливать свет на их предназначение. Была выдвинута гипотеза, что организация дыхательных ферментов в суперкомплексы снижает окислительное повреждение и увеличивает эффективность метаболизма. Шефер и др. (2006) продемонстрировали, что суперкомплексы, включающие Комплекс IV, имели более высокую активность в Комплексе I и III, указывая на то, что присутствие Комплекса IV изменяет конформацию других комплексов для усиления каталитической активности. [22] Также были накоплены доказательства, показывающие, что присутствие респирасом необходимо для стабильности и функционирования Комплекса I. [21] В 2013 году Лапуэнте-Брун и др. продемонстрировали, что сборка суперкомплекса «динамична и организует поток электронов для оптимизации использования доступных субстратов». [23]

Ссылки

  1. ^ ab Vartak, Rasika; Porras, Christina Ann-Marie; Bai, Yidong (2013). «Дыхательные суперкомплексы: структура, функция и сборка». Protein & Cell . 4 (8): 582– 590. doi :10.1007/s13238-013-3032-y. ISSN  1674-800X. PMC 4708086.  PMID 23828195  .
  2. ^ abcde Reifschneider, Nicole H.; Goto, Sataro; Nakamoto, Hideko; Takahashi, Ryoya; Sugawa, Michiru; Dencher, Norbert A.; Krause, Frank (2006). «Определение митохондриальных протеомов из пяти органов крысы в ​​физиологически значимом контексте с использованием 2D Blue-Native/SDS-PAGE». Journal of Proteome Research . 5 (5): 1117– 1132. doi :10.1021/pr0504440. ISSN  1535-3893. PMID  16674101.
  3. ^ Ломбарди, А.; Сильвестри, Э.; Чоффи, Ф.; Сенезе, Р.; Ланни, А.; Гоглиа, Ф.; де Ланге, П.; Морено, М. (2009). «Определение транскриптомных и протеомных профилей стареющих скелетных мышц крыс с использованием массива кДНК, 2D- и Blue native-PAGE подходов». Журнал протеомики . 72 (4): 708– 721. doi :10.1016/j.jprot.2009.02.007. ISSN  1874-3919. PMID  19268720.
  4. ^ Шефер, Ева; Денчер, Норберт А.; Вонк, Джанет; Парсей, Дэвид Н. (2007). «Трехмерная структура суперкомплекса дыхательной цепи I1III2IV1 из митохондрий сердца быка†,‡». Биохимия . 46 (44): 12579– 12585. doi :10.1021/bi700983h. ISSN  0006-2960. PMID  17927210.
  5. ^ Родригес-Эрнандес, Анхелес; Кордеро, Марио Д.; Сальвиати, Леонардо; Артуч, Рафаэль; Пинеда, Мерсе; Брионес, Пас; Гомес Искьердо, Лурдес; Котан, Дэвид; Навас, Пласидо; Санчес-Алькасар, Хосе А. (2009). «Дефицит коэнзима Q вызывает деградацию митохондрий в результате митофагии». Аутофагия . 5 (1): 19–33 . дои : 10.4161/auto.5.1.7174 . hdl : 10261/40287 . ISSN  1554-8627. ПМИД  19115482.
  6. ^ Krause, F. (2006). «Суперкомплексы OXPHOS: дыхание и контроль продолжительности жизни в модели старения Podospora anserina». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1067 (1): 106– 115. Bibcode : 2006NYASA1067..106K. doi : 10.1196/annals.1354.013. ISSN  0077-8923. PMID  16803975. S2CID  9939670.
  7. ^ Eubel, Holger; Heinemeyer, Jesco; Sunderhaus, Stephanie; Braun, Hans-Peter (2004). «Суперкомплексы дыхательной цепи в митохондриях растений». Физиология и биохимия растений . 42 (12): 937– 942. doi :10.1016/j.plaphy.2004.09.010. ISSN  0981-9428. PMID  15707832.
  8. ^ Sunderhaus, Stephanie; Klodmann, Jennifer; Lenz, Christof; Braun, Hans-Peter (2010). «Супрамолекулярная структура системы OXPHOS в высокотермогенной ткани Arum maculatum». Физиология и биохимия растений . 48 (4): 265– 272. doi :10.1016/j.plaphy.2010.01.010. ISSN  0981-9428. PMID  20144873.
  9. ^ Suthammarak, Wichit; Somerlot, Benjamin H.; Opheim, Elyce; Sedensky, Margaret; Morgan, Philip G. (2013). «Новые взаимодействия между митохондриальными супероксиддисмутазами и цепью переноса электронов». Aging Cell . 12 (6): 1132– 1140. doi :10.1111/acel.12144. ISSN  1474-9718. PMC 3838459. PMID 23895727  . 
  10. ^ Chance, Britton; Williams, GR (1955). «Метод локализации участков окислительного фосфорилирования». Nature . 176 (4475): 250– 254. Bibcode :1955Natur.176..250C. doi :10.1038/176250a0. ISSN  0028-0836. PMID  13244669. S2CID  4184316.
  11. ^ EA Berry & BL Trumpower (февраль 1985). «Выделение убихинолоксидазы из Paracoccus denitrificans и разделение на комплексы цитохрома bc1 и цитохрома c-aa3». Журнал биологической химии . 260 (4): 2458– 2467. doi : 10.1016/S0021-9258(18)89576-X . PMID  2982819.
  12. ^ T. Iwasaki, K. Matsuura & T. Oshima (декабрь 1995 г.). "Разрешение аэробной дыхательной системы термоацидофильной археи, штамма Sulfolobus sp. 7. I. Суперкомплекс терминальной оксидазы археи представляет собой функциональное слияние дыхательных комплексов III и IV без цитохромов c-типа". Журнал биологической химии . 270 (52): 30881– 30892. doi : 10.1074/jbc.270.52.30881 . PMID  8537342.
  13. ^ N. Sone, M. Sekimachi & E. Kutoh (ноябрь 1987 г.). «Идентификация и свойства суперкомплекса хинолоксидазы, состоящего из комплекса bc1 и цитохромоксидазы в термофильной бактерии PS3». Журнал биологической химии . 262 (32): 15386– 15391. doi : 10.1016/S0021-9258(18)47736-8 . PMID  2824457.
  14. ^ H. Boumans, LA Grivell & JA Berden (февраль 1998). «Дыхательная цепь дрожжей ведет себя как единая функциональная единица». Журнал биологической химии . 273 (9): 4872– 4877. doi : 10.1074/jbc.273.9.4872 . PMID  9478928.
  15. ^ C. Bruel, R. Brasseur & BL Trumpower (февраль 1996 г.). «Субъединица 8 комплекса цитохрома bc1 Saccharomyces cerevisiae взаимодействует с комплексом сукцинат-убихинонредуктазы». Журнал биоэнергетики и биомембран . 28 (1): 59– 68. doi :10.1007/bf02109904. PMID  8786239. S2CID  23909319.
  16. ^ H. Schagger & K. Pfeiffer (апрель 2000 г.). « Суперкомплексы в дыхательных цепях дрожжей и митохондрий млекопитающих». The EMBO Journal . 19 (8): 1777– 1783. doi :10.1093/emboj/19.8.1777. PMC 302020. PMID  10775262. 
  17. ^ ab Zhang, M. (2002). «Склеивание дыхательной цепи. КАРДИОЛИПИН ТРЕБУЕТСЯ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СУПЕРКОМПЛЕКСА ВО ВНУТРЕННЕЙ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ МЕМБРАНЕ». Журнал биологической химии . 277 (46): 43553– 43556. doi : 10.1074/jbc.C200551200 . ISSN  0021-9258. PMID  12364341.
  18. ^ Чжан, М. (2005). «Кардиолипин необходим для организации комплексов III и IV в суперкомплекс в неповрежденных митохондриях дрожжей». Журнал биологической химии . 280 (33): 29403– 29408. doi : 10.1074/jbc.M504955200 . ISSN  0021-9258. PMC 4113954. PMID 15972817  . 
  19. ^ Венц, Тина; Хильшер, Рут; Хеллвиг, Петра; Шеггер, Герман; Ричерс, Себастьян; Хант, Карола (2009). «Роль фосфолипидов в катализе комплекса дыхательного цитохрома bc1 и образовании суперкомплекса». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1787 (6): 609–616 . doi : 10.1016/j.bbabio.2009.02.012 . ISSN  0005-2728. ПМИД  19254687.
  20. ^ Базан, С.; Милейковская, Э.; Маллампалли, ВКПС; Хикок, П.; Спаранья, ГЦ; Доухан, В. (2012). «Кардиолипин-зависимое восстановление респираторных суперкомплексов из очищенных комплексов Saccharomyces cerevisiae III и IV». Журнал биологической химии . 288 (1): 401– 411. doi : 10.1074/jbc.M112.425876 . ISSN  0021-9258. PMC 3537037. PMID 23172229  . 
  21. ^ ab Lenaz, Giorgio; Genova, Maria Luisa (2012). «Супрамолекулярная организация дыхательной цепи митохондрий: новый вызов для механизма и контроля окислительного фосфорилирования». Окислительное фосфорилирование митохондрий . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Том 748. С.  107–144 . doi :10.1007/978-1-4614-3573-0_5. ISBN 978-1-4614-3572-3. ISSN  0065-2598. PMID  22729856.
  22. ^ Schafer, E. (2006). «Архитектура суперкомплексов активной дыхательной цепи млекопитающих». Журнал биологической химии . 281 (22): 15370– 15375. doi : 10.1074/jbc.M513525200 . ISSN  0021-9258. PMID  16551638.
  23. ^ Лапуэнте-Брун, Э.; Морено-Лошуэртос, Р.; Асин-Перес, Р.; Латорре-Пеллисер, А.; Колас, К.; Бальса, Э.; Пералес-Клементе, Э.; Кирос, премьер-министр; Кальво, Э.; Родригес-Эрнандес, Массачусетс; Навас, П.; Круз, Р.; Карраседо, А.; Лопес-Отин, К.; Перес-Мартос, А.; Фернандес-Сильва, П.; Фернандес-Визарра, Э.; Энрикес, JA (2013). «Сборка суперкомплекса определяет поток электронов в митохондриальной цепи транспорта электронов». Наука . 340 (6140): 1567– 1570. Bibcode : 2013Sci...340.1567L. doi : 10.1126/science.1230381. hdl : 10261/129138. ISSN  0036-8075. PMID  23812712. S2CID  206545337.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Supercomplex&oldid=1193511377"