呼吸系统复合物的耦合机制

奥地利科学技术研究所Leonid Sazanov研究组揭示le 呼吸系统复合物I的一种普遍耦合机制。该研究成果日前在线发表于《自然》。

研究人员报道了大肠杆菌复合体I（EcCI）在不同氧化还原状态下的冷冻电镜结构，包括催化周转。EcCI主要以开放状态存在，其中醌腔暴露在细胞膜上，允许水分子进入，从而使醌移动。与哺乳动物的类似物不同，EcCI只有在周转过程中才能转换为封闭状态，这表明封闭状态和开放状态是真正的周转中间体。开放到闭合的转变导致紧密吞噬的醌腔与膜臂的中轴相连，这是底物质子的来源。一致的是，封闭状态的比例随着pH值的增加而增加。研究人员提出了一个详细但直接和稳健的机制，包括质子转移和静电相互作用的“多米诺骨牌效应”串联：正向波（“多米诺骨牌堆叠”）为泵提供动力，反向波（“多米诺骨牌倒下”）导致所有泵出的质子从远端亚单位NuoL排出。这一机制解释了为什么质子只从NuoL亚单位排出，并得到诱变数据的支持。研究人员认为，这是复合体I和相关酶的一种普遍的耦合机制。

据了解，复合物I是呼吸链中的第一个酶，负责线粒体和细菌的能量生产。复合物I将两个电子从NADH转移到醌，并将4个质子转运到膜上，但其耦合机制仍有争议。