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Supercomplejo

I/III/IV Supercomplejo . Complejo I en amarillo, Complejo III en verde y Complejo IV en morado. A, B y E son vistas laterales de los complejos orientados verticalmente en la membrana. Las líneas horizontales en E indican la posición de la membrana. D es una vista desde el espacio intermembrana. C y F se ven desde el interior de la matriz.

La investigación biológica moderna ha revelado pruebas sólidas de que las enzimas de la cadena respiratoria mitocondrial se ensamblan en estructuras supramoleculares más grandes llamadas supercomplejos , en lugar del modelo fluido tradicional de enzimas discretas dispersas en la membrana mitocondrial interna . Estos supercomplejos son funcionalmente activos y necesarios para formar complejos respiratorios estables. [1]

Un supercomplejo de los complejos I , III y IV forma una unidad conocida como respirasoma . Se han encontrado respirasomas en una variedad de especies y tejidos, incluido el cerebro de rata, [2] hígado, [2] riñón, [2] músculo esquelético, [2] [3] corazón, [2] corazón bovino, [4] corazón humano. fibroblastos de piel , [5] hongos, [6] plantas, [7] [8] y C. elegans . [9]

Historia

En 1955, los biólogos Britton Chance y GR Williams fueron los primeros en proponer la idea de que las enzimas respiratorias se ensamblan en complejos más grandes, [10] aunque el modelo del estado fluido siguió siendo el estándar. Sin embargo, ya en 1985, los investigadores habían comenzado a aislar supercomplejos del complejo III / complejo IV de bacterias [11] [12] [13] y levaduras . [14] [15] Finalmente, en 2000 Hermann Schägger y Kathy Pfeiffer utilizaron Blue Native PAGE para aislar proteínas de la membrana mitocondrial bovina , mostrando los complejos I , III y IV dispuestos en supercomplejos. [dieciséis]

Composición y formación

Los supercomplejos observados más comúnmente son el Complejo I/III, el Complejo I/III/IV y el Complejo III/IV. La mayor parte del Complejo II se encuentra en forma flotante en las mitocondrias tanto de plantas como de animales. El complejo V se puede encontrar co-migrando como dímero con otros supercomplejos, pero apenas como parte de la unidad supercompleja. [1]

El ensamblaje supercomplejo parece ser dinámico y las enzimas respiratorias pueden alternar entre participar en respirasomas grandes y existir en estado libre. No se sabe qué desencadena cambios en el ensamblaje de complejos, pero la investigación ha revelado que la formación de supercomplejos depende en gran medida de la composición lipídica de la membrana mitocondrial y, en particular, requiere la presencia de cardiolipina , un lípido mitocondrial único. [17] En las mitocondrias de levadura que carecen de cardiolipina, la cantidad de enzimas que forman supercomplejos respiratorios se redujo significativamente. [17] [18] Según Wenz et al. (2009), la cardiolipina estabiliza la formación de supercomplejos neutralizando las cargas de los residuos de lisina en el dominio de interacción del Complejo III con el Complejo IV. [19] En 2012, Bazán et al. Fue capaz de reconstituir supercomplejos del complejo III/IV de trímero y tetrámero a partir de complejos purificados aislados de Saccharomyces cerevisiae y liposomas de cardiolipina exógena . [20]

Otra hipótesis para la formación de respirasomas es que el potencial de membrana puede iniciar cambios en las interacciones electrostáticas / hidrófobas que median en el montaje/desmontaje de supercomplejos. [21]

Importancia funcional

La importancia funcional de los respirasomas no está del todo clara, pero investigaciones más recientes están empezando a arrojar algo de luz sobre su propósito. Se ha planteado la hipótesis de que la organización de las enzimas respiratorias en supercomplejos reduce el daño oxidativo y aumenta la eficiencia del metabolismo. Schäfer et al. (2006) demostraron que los supercomplejos que comprenden el Complejo IV tenían mayores actividades en los Complejos I y III, lo que indica que la presencia del Complejo IV modifica la conformación de los otros complejos para mejorar la actividad catalítica. [22] También se ha acumulado evidencia para demostrar que la presencia de respirasomas es necesaria para la estabilidad y función del Complejo I. [21] En 2013, Lapuente-Brun et al. demostró que el ensamblaje supercomplejo es "dinámico y organiza el flujo de electrones para optimizar el uso de los sustratos disponibles". [23]

Referencias

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  2. ^ abcde Reifschneider, Nicole H.; Ir a, Sataro; Nakamoto, Hideko; Takahashi, Ryoya; Sugawa, Michiru; Dencher, Norbert A.; Krause, Frank (2006). "Definición de los proteomas mitocondriales de cinco órganos de rata en un contexto fisiológicamente significativo utilizando 2D Blue-Native/SDS-PAGE". Revista de investigación del proteoma . 5 (5): 1117-1132. doi :10.1021/pr0504440. ISSN  1535-3893. PMID  16674101.
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  4. ^ Schäfer, Eva; Dencher, Norbert A.; Vonck, Janet; Parcej, David N. (2007). "Estructura tridimensional del supercomplejo de la cadena respiratoria I1III2IV1 de las mitocondrias del corazón bovino †, ‡". Bioquímica . 46 (44): 12579–12585. doi :10.1021/bi700983h. ISSN  0006-2960. PMID  17927210.
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