Nature dergisindeki bir araştırma makalesi, özellikle tek hücreli bir ökaryot olan Tetrahymena thermophila’daki hücresel solunumdaki solunum süper komplekslerinin yapısı ve işlevine ışık tuttu. Çalışma, bu organizmadaki dört solunum kompleksinin hepsinin, mitokondriyal zarın şeklini önemli ölçüde etkileyen 150 protein ve 311 lipitten oluşan büyük bir süper kompleks oluşturmak için bir araya geldiğini göstermek için çeşitli teknikleri birleştirdi. Kredi: luminous-lab.com
Yeni bir araştırma, birbiriyle ilişkili dört solunum kompleksinden oluşan süper solunum komplekslerinin, tek hücreli ökaryot Tetrahymena thermophila’daki mitokondriyal zarı nasıl şekillendirdiğini ortaya çıkardı. Araştırma, bu süper komplekslerin hem enzimatik hem de yapısal bir işleve sahip olduğunu, ATP sentezini optimize ettiğini ve enerji dönüşümünü desteklediğini gösterdi. Bölünmüş ve genişlemiş bir alt birim olan COX3’ün keşfi, kompleksler arası temaslar için faydalı bir evrimsel mekanizmanın altını çiziyor.
Ökaryotlar, oksidatif fosforilasyon olarak bilinen bir süreçle mitokondride hücresel solunum yoluyla hayatta kalmak için gerekli enerjiyi üretirler. . Bu süreçte, besinler ve oksijen kimyasal bir enerji formuna – ATP’ye dönüştürülür. Bu, mitokondri içindeki elektron taşıma zinciri tarafından oluşturulan bir proton gradyanı ile elde edilir. Gradyan, mitokondri iç zarındaki bir dizi dört solunum kompleksi tarafından yönlendirilir.
Nature dergisinde yayınlanan bir çalışmada, biyoenerjetik makro düzeneklere ışık tutmak için tek parçacık, tomografi, moleküler simülasyonlar ve biyofizik birleştirildi ve mitokondriyal zarları nasıl şekillendirdiklerini. Göletlerde ve göllerde bulunan serbest yaşayan tek hücreli bir ökaryot olan Tetrahymena thermophila’da dört solunum kompleksinin hepsinin birbiriyle ilişkili olduğunu belirledi. En az 300 transmembran sarmal ve 311 lipit içeren 150 proteinden oluşan 5.8 megadaltonluk devasa bir süper kompleks oluştururlar. Alt birim edinimi ve uzantısı nedeniyle, Kompleks I, 37 derece eğimli bir Kompleks III dimerini bağlar. Kompleks I ayrıca Kompleks IV dimeriyle birleşerek Kompleks II için bir bağlanma yeri olarak hizmet eden bir boşluk oluşturur. Çalışma, bu düzeneğin biyoenerjetik zarın şekillendirilmesi için çok önemli olduğunu göstermektedir.
Solunum komplekslerinin protein alt birimlerinin evrimi, I–II–III2–IV2’ye yol açmıştır. biyoenerjetik zarın şekillendirilmesine katkıda bulunan ve böylece onun fonksiyonel uzmanlaşmasını sağlayan düzenek.
En ilgi çekici bulgulardan biri, Kompleks IV’ün COX3 adlı bir alt biriminin ikiye bölünmüş olmasıdır. Parçalanma, genetik düzeyde gerçekleşir ve daha sonra her parça, kompleksler arasındaki bazı arayüzlere katkıda bulunarak genişletilir. Kompleksler arası temaslar için fonksiyon kazanımı, nötr moleküler karmaşıklığın nasıl faydalı hale gelebileceğini gösteren evrimsel bir mekanizmayı temsil eder.
Bulgular, solunum komplekslerinin protein alt birimlerinin evriminin, aktif olarak süperkompleks düzeneğe nasıl yol açtığını vurgulamaktadır. uygun mitokondriyal fonksiyon için gerekli olan mitokondriyal membran eğriliği indüksiyonuna katkıda bulunur. Bu şekilde, süper kompleks mitokondrinin makroskopik mimarisini şekillendirir ve sonuçta ATP sentezini optimize eder. Bu nedenle, solunum süper komplekslerinin zarı şekillendirmek için yalnızca enzimatik değil yapısal bir işlevi de vardır ve her ikisi birlikte enerji dönüşümünü destekler ve yaşam için yakıt sağlar.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için, Bilim Adamlarının Tam Solunum Süper Kompleksini Tanımlamasına bakın.
Referans: Alexander Mühleip, Rasmus Kock Flygaard, Rozbeh Baradaran, Outi Haapanen, Thomas Gruhl, Victor Tobiasson, Amandine Maréchal, Vivek tarafından “I–II–III2–IV2 süper kompleksi tarafından bükülen mitokondriyal zarın yapısal temeli” Sharma ve Alexey Amunts, 22 Mart 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05817-y