Дыхательный комплекс I

Митохондриальная протон-транслоцирующая NADH:убихинон-окси- доредуктаза (комплекс I, первый пункт энергетического сопряжения, катализируют окисление NADH убихиноном, сопряжённое с трансмембранным переносом четырех протонов при окислении одной молекулы NADH и генерацией на сопрягающей мембране митохондрий разности электрохимических потенциалов ионов водорода (Др). NADH:убихинон-оксидоредуктазная реакция полностью обратима, если убихинон восстановлен какой-либо другой дегидрогеназой дыхательной цепи (например, сукцинатдегидрогеназой или мГФДГ), а сопрягающая мембрана энергизована. Потенциал-зависимый обратный перенос электронов в комплексе I в отсутствие NAD+ приводит к восстановлению кофакторов фермента и в аэробных условиях сопровождается генерацией АФК.

Этот еще мало понятый, сложный и совершенный ферментный комплекс (43 субъе¬диницы у млекопитающих, семь из которых закодировано в мтДНК, несколько простетических групп, включая FMN и, по крайней мере, семь железосерных кластеров, а также несколько молекул CoQ, связанных с белками) является одноэлектронным донором, передающим электрон кислороду, и редокс-центром, локализованным перед участком, содержащим три различных связанных типа CoQ. Поскольку семь из 13 структурных генов в мтДНК кодируют полипептиды для Комплекса I, следовательно, Комплекс I с наибольшей вероятностью может подвергаться функцио¬нальным изменениям.

Комплекс I - чрезвычайно сложен: в митохондриях млекопитающих фермент построен, по крайней мере, из 44 различных субъединиц (мол. масса фермента составляет ~980 кДа). Ферменты из различных источников содержат сходные редокс-компоненты: FMN, 8-9 железо-серных кластеров и прочно-связанный убихинон. Функциональная роль дополнительных субъединиц фермента эукариот неизвестна.Комплекс I из различных источников имеет L-образную форму. Железо-серные центры фермента (обозначены на рисунке буквой N с порядковым номером выстроены в цепочку, обеспечивающую перенос электронов от восстановленного флавина к убихинон-связывающему центру. N1a может временно акцептировать электрон от FMN-радикала, возникающего при окислении восстановленного флавина одноэлектронным акцептором N3, такой механизм препятствует образованию АФК при нормальном функционировании фермента.

Комплекс I в наибольшей мере подвержен возрастным изменениям, что приводит к жесткому ограни¬чению скорости электронного транспорта и, соответственно, к повышенной генерации активных форм кислорода. Помимо супероксид радикала, который под действием супероксиддисмутазы дисмутирует в пероксид водорода, из Н202 в присутствии двухвалентного железа образуется в высокоактивный радикал гидроксила •ОН.

Комплекс II

Комплекс II (сукцинатдегидрогеназа, сукцинат:убихинон-оксидо- редуктаза) локализован во внутренней мембране митохондрий. Трехмерные структуры комплекса II и гомологичной ему фумаратредуктазы прокариот известны. Ферменты состоят из 4 субъединиц. Гидрофильную часть комплекса II, расположенную в митохондриальном матриксе, образуют субъединица SDHA, содержащая ковалентно связанный FAD, и субъединица SDHB, в составе которой обнаружены 3 железо-серных центра. Субъединицы SDHC и SDHD гидрофобны и целиком погружены в мембрану. Они формируют центр связывания гема b (функция которого в катализе неизвестна) и центр связывания убихинона.

При низких концентрациях сукцината фумаратредуктаза в основном генерирует супероксид, а при повышении концентрации сукцината - Н2О2. Это позволяет думать, что образование супероксида происходит тогда, когда флавин может передать второй электрон расположенному рядом с ним железо-сер- ному центру [2Fe-2S]. Считают, что источником генерации в комплексе II служит флавин.