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泛醌在呼吸复合物 I 的质子转移机制中的作用。

On the role of ubiquinone in the proton translocation mechanism of respiratory complex I.

机构信息

HiLIFE Institute of Biotechnology, University of Helsinki, Finland.

Department of Physics, University of Helsinki, Finland.

出版信息

FEBS Lett. 2023 Jan;597(2):224-236. doi: 10.1002/1873-3468.14506. Epub 2022 Oct 9.

DOI:10.1002/1873-3468.14506
PMID:36180980
Abstract

Complex I converts oxidoreduction energy into a proton electrochemical gradient across the inner mitochondrial or bacterial cell membrane. This gradient is the primary source of energy for aerobic synthesis of ATP. Oxidation of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) by ubiquinone (Q) yields NAD and ubiquinol (QH ), which is tightly coupled to translocation of four protons from the negatively to the positively charged side of the membrane. Electrons from NADH oxidation reach the iron-sulfur centre N2 positioned near the bottom of a tunnel that extends circa 30 Å from the membrane domain into the hydrophilic domain of the complex. The tunnel is occupied by ubiquinone, which can take a distal position near the N2 centre or proximal positions closer to the membrane. Here, we review important structural, kinetic and thermodynamic properties of ubiquinone that define its role in complex I function. We suggest that this function exceeds that of a mere substrate or electron acceptor and propose that ubiquinone may be the redox element of complex I coupling electron transfer to proton translocation.

摘要

复合体 I 将氧化还原能量转化为跨线粒体内膜或细菌细胞膜的质子电化学梯度。该梯度是需氧合成 ATP 的主要能量来源。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH) 被泛醌 (Q) 氧化生成 NAD 和泛醇 (QH ),这与膜的负电荷侧到正电荷侧的四个质子的转运紧密耦合。NADH 氧化产生的电子到达位于隧道底部的铁硫中心 N2,该隧道从膜域延伸约 30Å 进入复合体的亲水区。隧道被泛醌占据,泛醌可以占据靠近 N2 中心的远端位置或靠近膜的近端位置。在这里,我们回顾了泛醌的重要结构、动力学和热力学性质,这些性质定义了它在复合体 I 功能中的作用。我们认为,这种功能超出了仅仅作为底物或电子受体的功能,并提出泛醌可能是复合体 I 偶联电子传递到质子转运的氧化还原元件。

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