Mitokondriyal solunum süper kompleksi komple yapısı

Elektron Taşıma Sistemi (ETS) (Haziran 2019).

Anonim

(Phys.org) -Piece parça ile, mitokondriyadaki elektron nakli için devre şeması tamamlanmaya yaklaştı. Beş solunum kompleksinden herhangi biri için elde edilen her yeni yapı, monte edilmiş bulmacayı daha da kısıtlamaktadır. Sonunda, büyük bloklar son yerleşimlerine yerleştirilir. Megacomplex olarak adlandırılan en büyük bloğun tam bileşimi uzun zamandır araştırmacılar tarafından ele geçirilmiştir. Şimdi, 140 ayrı alt biriminin 3.9 anstrom çözünürlüğüne kadar görüntülendikten sonra, Full Monty çıplak bırakıldı. Araştırmacılar Hücre'de, insan solunum sistemi megacomplexinin nasıl bir araya getirildiğini ve işlev görecek gibi olduğunu açıklarlar.

Gitti basit günler. Elektronlar ve bunların soldan sağa doğru sırayla seyreden mobil taşıyıcıları ile bir ila beş sıradaki zarda dizilmiş kompleksler ile artık ham diyagramlar. Stokiyometriyi getir ve 2-D'yi getir. Stokiyometri, gerçekte, her bir kompleksin gerçek bir kopya sayısında megacomplex olarak temsil edildiği anlamına gelir. Bu ekstra kopyaların herhangi bir doğru sunumda bir yere gitmesi gerekiyor. Sadece bu da değil, küçük elektron taşıyıcıların takılmak için bir alana ihtiyacı var. Ayrıca, megacomplex'e yerel olarak kalan veya muhtemelen başkalarına da yayılan kanallar içinde bulunmaları gerekir. Son geometri, ayrı elektron yollarının birleştiği veya bifürkleştiği yerleri ve ters yönde çalışacakları yerleri belirler.

Ortaya çıkan megacomplex'in (MC) resmi stokiyometri: MCI2II2III2IV2. Bu, kompleks V'nin bulunmadığı durumda I, II, III ve IV komplekslerinin her birinin kopya halinde mevcut olduğu anlamına gelir. Membran içinde merkezde bulunan ve çevresel CI ve CIV kompleksleri tarafından beslenen dimerik CIII ile dairesel bir yapıya yapılandırılmıştır. CII kompleksleri, görünüşe göre çekirdek yapının temel gereklilikleri değildir, daha ziyade ihtiyaç duyulduğu zaman boşluklar haline getirilmek üzere teorileştirilmiştir. Yazarlar ayrıca, sadece tek bir CI kompleksi ile bir araya getirilebilen megacomplex'in hafif bir yorumu için kanıtlar buldular.

CIV dimerinin merkezi pozisyonu belli bir mantığı göstermektedir. CIV veya sitokrom oksidaz, zincire giren elektronların terminal dinlenme alanıdır. Bunu şu ana kadar yapanlar, indirgenme potansiyeli hiyerarşisini gidebildiği kadar azaltmıştır. Burada, daha sonra su molekülleri olarak tüketilen oksijen moleküllerinin içine batırılırlar. NADH olarak paketlenen yüksek potansiyelli elektronlar kompleksi kendi çevresine girer ve merkeze hunileştirilir. C5 komplekslerinin yokluğu o kadar alışılmamış olabilir ki, tipik olarak, zarın, mendilin virajlarda yüksek eğrilik bölgelerine doğru bükülmesini sağlayan "V" şeklindeki dimerlerin sıraları olarak bulunur.

Elde edilen temel yapıyla, araştırmacılar birkaç temel çalışma ilkesini önerebiliyorlardı. Bunların dahil edilmesi ve CII'nin yerleştirilmesi, süksinattan NADH'ye doğru ters elektron naklini açıklar. Önerilen geometri aynı zamanda hem CI hem de CII için erişilebilir bir kapalı Q-havuzu (bir lipit-çözünür elektron taşıyıcı) oluşturur. Yazarlar ayrıca, kompleksi zar içinde, özellikle fosfatidiletanolamin, fosfatidilkolin ve kardiyolipinin birkaç önemli molekülü içinde tutan birçok lipit molekülünün kimliğini ve yerlerini saptayabilmişlerdir. Ayrıca, tercih edilen veya en verimli elektron transfer yollarını da belirleyebildiler ve bu da, aktif taşıyıcılar arasında kaç elektronun aynı anda aktarılabileceğini kısıtladı.

Bu yeni çalışmanın ani faydaları arasında, solunum proteinlerindeki daha önce anlaşılmamış patojenik mutasyonların birçoğunun şimdi anlamlı olduğu ortaya çıkmıştır. Herhangi bir megacomplex yapısına sahip olmadan önce, araştırmacıların mutasyonların bireysel komplekslerin yapısını veya işlevini nasıl etkilediğine odaklanmaktan başka seçeneği yoktu. Anlaşıldığı gibi, çekirdek alt birimleri Ci ve CIII hedefindeki kaydedilen mutasyonların çoğu, kompleksler arasında protein-protein etkileşim yerlerinde yer alan artıklarda bulunmaktadır. (Örneğin, alt birimdeki NDUFV1, NDUFS1, ND1, ND5 ve ND6'daki CI ve alt birim MT-CYB'deki hastalık ilişkili mutasyonlar). Bu, daha büyük resmin yokluğunda yalnızca tek proteinlere ve alt birimlere bakmaya çalışan boşluğu gösterir.

Solunum kompleksi stokiyometrisini tanımlamak için önceki çabaların, hangi organ ve türün çalışıldığına bağlı olarak biraz farklı sonuçlar elde ettiğinden bahsedilmelidir. Her zaman bir CI kompleksi bile olmayan patates, inek, koyun ve mayaların hepsi çalışılmıştır. Farklı koşulların farklı stokiyometri ve biçim gerektirmesi şaşırtıcı değildir. Farklı megacomplex yapıları, substrat kanallama, katalitik geliştirme, reaktif ara maddelerin sekestrasyonu veya yapısal stabilizasyon için farklı avantajlar getirecektir. Özellikle kalp mitokondrilerine bakan bir çalışma, oksidatif fosforilasyon kompleksleri I: II: III: IV: V oranını 1: 1.5: 3: 6: 3 olarak belirlemiştir. Bu durumda yazarlar komplekslerini "respirasome" olarak adlandırdılar.

Muhtemelen çatlak olan megacomplex ile, bir sonraki büyük adım, mitokondriyal çift membran sisteminin diğer üst yapılarının bazılarını, cristea'nın neden böyle göründüğünü tahmin etmek için modellere aktarılmasıdır. Masif TIM-TOM ithalat kompleksleri her iki membranı da kapsar ve mitokondriyal proteinleri çeviren mitoribozomlarla yakından ilişkilidir. Mitoribozomlar, sırayla, mtDNA'nın kopyalarını barındıran zar ile ilişkili nükleoidlerin alt kısmına lokalize edilir. Çekirdeğin nükleolusuna benzer şekilde, bu kompozit nükleoid-ribozom yapısı 'mitokondriyum' olarak adlandırılmıştır. Diğer kritik ithalat kompleksleri kritik zar gayrimenkuller için olan oyuncuların karışımıdır. Malate-aspartat mekiği, örneğin beyindeki en önemli mekiktir ve mitokondri ve sitosol arasındaki majör metabolitleri dengeler.Yağ asit sentezi ve gliserol fosfat mekiği için sitrat-piruvat mekiği (en azından kahverengi yağ ve böcek uçuş kası için) aynı zamanda yakın komşularla iyi geçinebilir.

Proteinlerin bu mega yapılardaki endemik organizasyonu, mitokondrilerin sıvı bir protoplazmadan daha sert bir kristale benzeyebileceğini göstermektedir. Yine de, bir şekilde, füzyon ve fisyon söz konusu olduğunda oldukça esnek görünüyorlar. Bu tür değişimler altında membran yapılarına ne olur? Kompleksler geçici olarak mitoz sırasında primer siliyer ve normal hücrelerin santriyumu gibi çözülür ve çözülür mü? Mitokondrilerin kendi yapılarının 'nanotünelleri' ile birbirine bağlandığını gösteren çalışmalardan büyüleyici yeni bir ipucu ortaya çıkıyor. Bu nanotuneller hücrelerin kendileri için tüm mitokondriyi birbirine aktarmak için kullandıkları "tünel yapan nanotüpler" in sitoskeleton-infüzyon markasından tamamen farklıdır (bildiğimiz kadarıyla).

Martin Picard'ın ve Trends in Cell Biology'deki çalışma arkadaşlarının yakın zamanda yaptığı bir derleme, mitokondrilerin hücre iskeletine sabitlendiğinde bu nanoteküllerin oluşabileceği bir yol olduğunu göstermektedir. Eğer kinesin gibi motor proteinleri sabit bir mitokondrinin bir parçasını tutuyorsa, başka bir mikrotübüle karşı kinesin motorları gibi ince bir nanotünel çekebilir. Mitokondrilerin sert gövdesi ve zar yapısı muhtemelen bozulmadan kalır. Bu izdüşüm daha sonra eklendiği başka bir mitokondri ile karşılaşabilir.

Picard, daha önce, kalp kasındaki mitokondrinin yaklaşık yarısının, intermitokondriyal bağlantılar (IMJ'ler) ve mitokondriyal ağlar boyunca uzanan düzenli kalıplara dönüşen cristae olduğunu gösterdi. Bu esrarengiz ağ hizalamasının son fizyon olaylarından kaynaklanmasının muhtemel olmaması, çünkü kalp mitokondrilerin yerinde sabitlenmesi ve minimum fisyon / füzyon dinamiği göstermesidir. IMJ'lerin yakın zaman önce kendi membranları depolarize olduğunda hızla bağlanan mitokondri ile kasılmayı kontrol ettiği görülmüştür. Burada hemen ilgilenilecek olan bir şey, burada insan embriyonik böbrek hücreleri için bildirilen sonuçları tamamlamak için insan kalp mitokondrilerinde solunum alt birimi stokiyometrisini yeniden incelemektir.

menu
menu