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哺乳动物线粒体复合物 I 的偶联机制。

The coupling mechanism of mammalian mitochondrial complex I.

机构信息

Ministry of Education Key Laboratory of Protein Science, Beijing Advanced Innovation Center for Structural Biology, Beijing Frontier Research Center for Biological Structure, School of Life Sciences, Tsinghua University, Tsinghua-Peking Center for Life Sciences, Beijing, China.

Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Shenzhen University Health Science Center, Shenzhen, China.

出版信息

Nat Struct Mol Biol. 2022 Feb;29(2):172-182. doi: 10.1038/s41594-022-00722-w. Epub 2022 Feb 10.

DOI:10.1038/s41594-022-00722-w
PMID:35145322
Abstract

Mammalian respiratory complex I (CI) is a 45-subunit, redox-driven proton pump that generates an electrochemical gradient across the mitochondrial inner membrane to power ATP synthesis in mitochondria. In the present study, we report cryo-electron microscopy structures of CI from Sus scrofa in six treatment conditions at a resolution of 2.4-3.5 Å, in which CI structures of each condition can be classified into two biochemical classes (active or deactive), with a notably higher proportion of active CI particles. These structures illuminate how hydrophobic ubiquinone-10 (Q10) with its long isoprenoid tail is bound and reduced in a narrow Q chamber comprising four different Q10-binding sites. Structural comparisons of active CI structures from our decylubiquinone-NADH and rotenone-NADH datasets reveal that Q10 reduction at site 1 is not coupled to proton pumping in the membrane arm, which might instead be coupled to Q10 oxidation at site 2. Our data overturn the widely accepted previous proposal about the coupling mechanism of CI.

摘要

哺乳动物呼吸复合物 I(CI)是一个由 45 个亚基组成的氧化还原驱动质子泵,它在跨线粒体内膜产生电化学梯度,为线粒体中的 ATP 合成提供动力。在本研究中,我们报告了猪源 CI 在六种处理条件下的冷冻电镜结构,分辨率为 2.4-3.5Å,其中每种条件的 CI 结构可分为两类(活性或非活性),具有更高比例的活性 CI 颗粒。这些结构阐明了疏水的泛醌-10(Q10)及其长异戊二烯尾如何在由四个不同的 Q10 结合位点组成的狭窄 Q 腔中结合和还原。我们的癸基泛醌-NADH 和鱼藤酮-NADH 数据集的活性 CI 结构的结构比较表明,在膜臂中,Q10 在第 1 位的还原与质子泵不耦合,而可能与 Q10 在第 2 位的氧化耦合。我们的数据推翻了关于 CI 耦合机制的广泛接受的先前建议。

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