徐 婷(綜述) 李 華 魯姍姍 張紅旗,4 葛均波(審校)

(1復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)系 上海 200032;2中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所 上海 200031;3復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心血管病研究所 上海 200032;4上海市醫(yī)學(xué)圖像處理與計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200032;5復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院 上海 200032)

線粒體電子傳遞呼吸鏈及其生物學(xué)意義的研究進(jìn)展

徐 婷1(綜述) 李 華2,3魯姍姍1張紅旗1,4葛均波3,5△(審校)

(1復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)系 上海 200032;2中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所 上海 200031;3復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心血管病研究所 上海 200032;4上海市醫(yī)學(xué)圖像處理與計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200032;5復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院 上海 200032)

線粒體為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供基本能量。其內(nèi)膜上的呼吸鏈酶?jìng)鬟f氫和電子到ATP酶復(fù)合體,用于合成能量及維持跨內(nèi)膜氫離子梯度循環(huán)。細(xì)胞生存所需能量的95%由線粒體呼吸鏈提供,主要由位于線粒體內(nèi)膜上的5個(gè)復(fù)合體(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)組成的線粒體呼吸鏈酶完成,即NADPH-泛醌、琥珀酸-泛醌還原酶、泛醌-Cytc還原酶、細(xì)胞色素c氧化酶及ATP合成酶。本文對(duì)線粒體呼吸鏈Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ的分子結(jié)構(gòu)、功能及生物學(xué)意義等進(jìn)行了綜述。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)-泛醌還原酶; 琥珀酸-泛醌還原酶(SQR); 泛醌-細(xì)胞色素c還原酶(QCR); 細(xì)胞色素c氧化酶(COX); ATP合成酶

細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。線粒體是細(xì)胞內(nèi)由兩層膜包被的半自主細(xì)胞器,除了參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、信息傳遞和凋亡等過程,還是細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷(triphosadenine,ATP)的主要場(chǎng)所。細(xì)胞生存所需能的95%由線粒體呼吸鏈提供,主要由位于線粒體內(nèi)膜上的5個(gè)復(fù)合物組成的線粒體呼吸鏈酶完成:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinawide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)-泛醌還原酶(復(fù)合體Ⅰ)、琥珀酸-泛醌還原酶(復(fù)合體Ⅱ)、泛醌-細(xì)胞色素c還原酶(復(fù)合體Ⅲ)、細(xì)胞色素c氧化酶(復(fù)合體Ⅳ)、ATP合成酶(復(fù)合體Ⅴ)。

線粒體復(fù)合體Ⅰ(NADPH-泛醌還原酶) 線粒體復(fù)合體Ⅰ是線粒體呼吸鏈中首個(gè),也是最大的膜蛋白復(fù)合體,由44個(gè)不同的亞基組成,其相對(duì)分子質(zhì)量約為980 000[1-2];包含1個(gè)黃素單核苷酸(flavin mononucleotide,FMN)和8個(gè)鐵硫中心(Fe-S)[3]。其中,14個(gè)核心亞基組成的最簡(jiǎn)單形式復(fù)合體Ⅰ(相對(duì)分子質(zhì)量約550 000),從細(xì)菌到人類均高度保守[4-8]。

線粒體復(fù)合體Ⅰ含有氧化還原組件和經(jīng)典的L型結(jié)構(gòu),并由疏水性結(jié)構(gòu)和親水性結(jié)構(gòu)兩部分組成:疏水一臂嵌在內(nèi)膜中,而親水一臂凸出于細(xì)胞器基質(zhì)中[2,5-6,9]。7個(gè)疏水亞基(ND1～ND6和ND4L)由線粒體DNA編碼,并在線粒體核糖體中合成[3];其余亞基為核基因編碼的產(chǎn)物,并從細(xì)胞質(zhì)中導(dǎo)入線粒體[10]。這7個(gè)亞基構(gòu)成膜的催化核心,而核基因編碼的7個(gè)亞基形成外圍臂的催化核心,從而組成原核最簡(jiǎn)單形式復(fù)合體Ⅰ,即外圍壁上存在NADH、FMN、Fe-S的結(jié)合位點(diǎn),以FMN為主要的電子受體,借助鐵硫蛋白(iron-sulfur protein,ISP)將FMN和終端電子受體泛醌綁定,從而接受各種黃素酶類脫下的氫到可在膜中迅速移動(dòng)的泛醌(呼吸鏈中唯一的非蛋白氧化還原載體),進(jìn)而將膜的催化核心聯(lián)系到外圍臂[11]。哺乳動(dòng)物的線粒體復(fù)合體Ⅰ中還有30個(gè)亞基未直接參與催化,可能涉及復(fù)合體的組裝、穩(wěn)定或監(jiān)管等功能[3];并且發(fā)現(xiàn)14個(gè)核心亞基外圍附有額外亞基,其確切的分子結(jié)構(gòu)與空間位置尚待進(jìn)一步研究。

線粒體復(fù)合體Ⅰ在線粒體呼吸鏈以及許多細(xì)菌中扮演著重要的角色,為氧化磷酸化-電子呼吸鏈入口點(diǎn),2個(gè)電子從NADH進(jìn)入電子傳遞鏈至泛醌,并伴有4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)釋放到膜間隙(圖1),繼而再通過復(fù)合體Ⅲ和Ⅳ的協(xié)作,完成10個(gè)質(zhì)子的跨膜易位,形成跨內(nèi)膜氫質(zhì)子梯度,最終為復(fù)合體Ⅴ合成ATP提供動(dòng)力[11-13](圖2)。

圖1 線粒體電子傳遞呼吸鏈Fig 1 Mitochondrial electron transport chain, ETC

圖2 線粒體復(fù)合體ⅠFig 2 Mitochondrial complexⅠ

線粒體復(fù)合體Ⅱ(琥珀酸-泛醌還原酶,SQR) 線粒體復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)和有氧呼吸中一個(gè)完整的膜蛋白質(zhì)復(fù)合體,存在于各種需氧生物體中。通常,認(rèn)定其由可溶性催化性異二聚體和1個(gè)完整的跨膜區(qū)域組成:可溶性催化性異二聚體由A亞基和B亞基組成,即黃素蛋白(flavin protein,FP)和ISP,A亞基內(nèi)含有1個(gè)共價(jià)鍵結(jié)合的FAD輔助因子,B亞基內(nèi)含有3個(gè)鐵硫中心,分別為(2Fe-2S)、(4Fe-4S)和(3Fe-4S)[14-15];跨膜區(qū)域由1～2個(gè)含/不含血紅素的疏水性多肽鏈組成[16],并將整個(gè)復(fù)合物錨定在線粒體內(nèi)膜上[15]。

根據(jù)其疏水亞基和血紅素的數(shù)量,線粒體復(fù)合體Ⅱ歸為C類[16],具有1個(gè)血紅素分子和2個(gè)跨膜蛋白,即大細(xì)胞色素b結(jié)合蛋白(CybL或C單元),小細(xì)胞色素b結(jié)合蛋白(CybS或d單元)。研究發(fā)現(xiàn)原核內(nèi)琥珀酸的結(jié)構(gòu)中,泛醌氧化還原酶(B、C、D型)共享一個(gè)相似復(fù)合體Ⅱ的酶功能[17-19],然而,關(guān)于線粒體復(fù)合體Ⅱ使泛醌(輔酶Q)還原的機(jī)制以及泛醌在復(fù)合體Ⅱ與Ⅲ之間傳遞轉(zhuǎn)移的具體過程等重要問題依然未明,闡明在線粒體復(fù)合體Ⅱ中泛醌的位置和數(shù)量將有助于這些問題的解決。在缺少線粒體復(fù)合體Ⅱ的具體三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時(shí),研究者通常使用原核生物線粒體復(fù)合體Ⅱ模型來研究泛醌的結(jié)合方式[17-19]。

三羧酸循環(huán)中,線粒體復(fù)合體Ⅱ催化琥珀酸到延胡索酸,同時(shí)與泛醌耦合傳遞2個(gè)電子到FAD,然后單獨(dú)穿過Fe-S集群,再通過b血紅素,從而完成電子由琥珀酸傳遞給泛醌[14](圖3)。

圖3 線粒體復(fù)合體ⅡFig 3 Mitochondrial complexⅡ

線粒體復(fù)合體Ⅲ(泛醌-細(xì)胞色素c還原酶,QCR) 線粒體復(fù)合體Ⅲ是一個(gè)多亞基的膜蛋白質(zhì)復(fù)合體,它是參與光合作用和呼吸電子傳遞鏈的一個(gè)基本組分。這種酶催化電子從泛醌轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素c和伴隨跨膜電位形成導(dǎo)致質(zhì)子易位的過程[20-21]。不同物種內(nèi)的復(fù)合體Ⅲ均含有3種核心亞基,這些亞基具有3個(gè)氧化還原輔基組分,分別為細(xì)胞色素b、c1和具有高電勢(shì)的ISP。其中,細(xì)胞色素b有2種類型,即含有血紅素bL的b566和含有血紅素bH的b562。除了3個(gè)核心亞基,還存在許多無氧化還原性的額外亞基,且在不同物種內(nèi)數(shù)目不均等。例如莢膜紅細(xì)菌的線粒體復(fù)合體Ⅲ無額外亞基,類球紅細(xì)菌的線粒體復(fù)合體Ⅲ中有1個(gè)亞基,而牛的線粒體復(fù)合體Ⅲ中有多達(dá)8個(gè)亞基。雖然額外亞基的確切作用尚不明確,但缺失額外亞基的復(fù)合體Ⅲ生物活性較低且不穩(wěn)定[22-23]。

線粒體復(fù)合體Ⅲ最簡(jiǎn)單的一種轉(zhuǎn)移方式是線性路徑,即輔基的氧化還原電位決定電子的轉(zhuǎn)移方向,但這無法合理解釋復(fù)合體Ⅲ催化時(shí)出現(xiàn)的2H+/e-轉(zhuǎn)移(理論上應(yīng)為1H+/e-)[24]。由此,Peter Mitchell提出Q循環(huán)機(jī)制[25]:首先,有2個(gè)獨(dú)立的泛醌結(jié)合位點(diǎn),分別為Qp和Qn;其次,Qp電子轉(zhuǎn)移會(huì)分路徑進(jìn)行,其氧化泛醌存在較高的活化阻力[26],即產(chǎn)生1個(gè)電子傳遞給由ISP、細(xì)胞色素c1、c組成的高電勢(shì)鏈,同時(shí)釋放2個(gè)氫到膜間隙,而另一個(gè)電子傳遞給由血紅素bL、bH組成的低電勢(shì)鏈;最終電子均在Qn中將泛醌還原為比較穩(wěn)定的Q-。在第2次循環(huán)時(shí),第2個(gè)泛醌在Qp中被氧化,和來自血紅素bH的電子還原第1次循環(huán)時(shí)在Qn中生成的Q-,結(jié)合Qn的2個(gè)氫從而形成QH2(圖4)。

圖4 線粒體復(fù)合體ⅢFig 4 Mitochondrial complexⅢ

線粒體復(fù)合體Ⅳ(細(xì)胞色素c氧化酶,COX) 線粒體復(fù)合體Ⅳ是血紅素銅氧化酶家族(HCO)的成員[27],其將由復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ傳遞的電子給氧分子,同時(shí)耦合膜內(nèi)外質(zhì)子的易位,最終被氧化,并伴隨一分子水生成[27-29]。線粒體復(fù)合體Ⅳ是由多亞基組成的膜蛋白復(fù)合體,相對(duì)分子質(zhì)量約210 000,含13條多肽鏈,有2個(gè)血紅素(heme a和heme a3)、1個(gè)銅離子(CuB)和1個(gè)雙核銅離子(CuA)中心[27-29]。

線粒體復(fù)合體Ⅳ中SU1、SU2、SU3亞基由線粒體DNA編碼。其中,亞基SU1中包含heme a、heme a3和CuB,并且heme a3和CuB形成雙核Fe-Cu中心(a3-CuB),與[2Fe-2S]結(jié)構(gòu)類似;亞基SU2中具有雙核銅離子中心;亞基SU3無電子傳遞體,與亞基SU1和SU2相互作用,起到維持電子傳遞中心穩(wěn)定的作用。利用化學(xué)分析方法對(duì)酶的晶體結(jié)構(gòu)深入研究發(fā)現(xiàn),在氧化還原中心外,存在一些不具有氧化還原作用的金屬離子,例如在CuA附近發(fā)現(xiàn)了1個(gè)Mg離子,在線粒體基質(zhì)端發(fā)現(xiàn)了1個(gè)距CuB較遠(yuǎn)的Zn離子[11],在牛的心肌細(xì)胞COX中還發(fā)現(xiàn)了鋅指結(jié)構(gòu)[31-32],但其具體功能仍不清楚。

在線粒體復(fù)合體Ⅳ中存在2條質(zhì)子通道:基質(zhì)中的質(zhì)子利用一條通道到達(dá)Fe-Cu中心,并還原氧分子生成水;借助另一條通道進(jìn)入膜間隙,傳遞一個(gè)電子到Fe-Cu中心,同時(shí)伴隨著一個(gè)基質(zhì)中的質(zhì)子傳遞到膜間隙[27-29](圖5)。

圖5 線粒體復(fù)合體ⅣFig 5 Mitochondrial complexⅣ

線粒體復(fù)合體Ⅴ(ATP合成酶) 線粒體復(fù)合體Ⅴ是一個(gè)具有多個(gè)亞基的蛋白質(zhì)復(fù)合體,由凸出于線粒體膜外的可溶性部分F1和嵌在線粒體內(nèi)膜的F0組成主要功能區(qū)域,且不同來源的線粒體復(fù)合體Ⅴ的組成結(jié)構(gòu)基本相同。

F1由3個(gè)α、3個(gè)β、1個(gè)γ、1個(gè)δ和1個(gè)ε組成。其中,3 個(gè)α亞基和 3 個(gè)β亞基交替排列組成一個(gè)對(duì)稱的六聚體。在β亞基上存在ATP的結(jié)合位點(diǎn),起到催化ATP合成和分解的作用。F0是一種疏水蛋白復(fù)合體,嵌合在內(nèi)膜上,形成一個(gè)跨膜質(zhì)子通道;其由1個(gè)a、2個(gè)b、10～14個(gè)c等3種亞基組成,a亞基和b亞基二聚體排列在由c亞基形成環(huán)的外側(cè),c亞基數(shù)目在不同物種中不等。γ、ε、δ和b亞基組成的結(jié)構(gòu)連接膜內(nèi)F1和膜外F0,γ與ε亞基形成轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),δ和b亞基形成定子結(jié)構(gòu)。γ和ε亞基借助通過F0的質(zhì)子流推動(dòng)旋轉(zhuǎn),并依次與3個(gè)β亞基相互作用,進(jìn)而調(diào)節(jié)β亞基上催化位點(diǎn)的構(gòu)象變化,完成β亞基催化位點(diǎn)的開放或關(guān)閉。而定子結(jié)構(gòu)則是將α3β3與F0連接綁定[33-35]。

ATP合酶的功能是利用從膜間隙穿過線粒體內(nèi)膜形成的梯度質(zhì)子流通過F0產(chǎn)生能量,進(jìn)而在F1區(qū)域結(jié)合ADP和無機(jī)磷酸Pi合成ATP。這種由質(zhì)子梯度帶動(dòng)質(zhì)子移動(dòng)的動(dòng)力包含pH值差和電子膜電位差(Δψm)兩部分[36],其釋放的能量推動(dòng)轉(zhuǎn)子及定子兩個(gè)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)(圖6)。

圖6 線粒體復(fù)合體ⅤFig 6 Mitochondrial complexⅤ

線粒體呼吸鏈復(fù)合體的生物學(xué)意義 線粒體呼吸鏈提供細(xì)胞生存所需約95%的能量,主要由線粒體呼吸鏈酶Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ完成。據(jù)統(tǒng)計(jì),約有30%～40%線粒體病是由于線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體缺陷所致,通常采用線粒體基因組分析與線粒體呼吸鏈酶活性檢測(cè)相結(jié)合的方式予以確診。

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)、亨廷頓舞蹈病(Humtington′s disease,HD)等神經(jīng)退行性疾病的線粒體功能障礙和能量代謝異常已成為當(dāng)今共識(shí)的早期病理現(xiàn)象。PD的癥狀特點(diǎn)是震顫、動(dòng)作遲緩、運(yùn)動(dòng)功能減退和姿勢(shì)不穩(wěn)定,其病理特征為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元損傷[37]。1993年,Cardellach等[37]進(jìn)一步提供了PD患者線粒體復(fù)合體Ⅰ、Ⅳ酶活性功能受損的依據(jù),他們?cè)趯?duì)該類患者骨骼肌組織中線粒體功能進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),線粒體復(fù)合體Ⅰ和Ⅳ的酶活性降低,伴有部分線粒體復(fù)合體Ⅴ的酶活性下降,但線粒體復(fù)合體Ⅱ和Ⅲ的酶活性均正常。運(yùn)用1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)能產(chǎn)生與PD相似的癥狀[38]。研究表明,在大腦中單胺氧化酶B促進(jìn)MPTP轉(zhuǎn)變成活躍的神經(jīng)毒性代謝物1-甲基4-吡啶,后者通過多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)至多巴胺神經(jīng)元[39],進(jìn)而抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ的NADH,導(dǎo)致電子傳遞障礙并產(chǎn)生大量O2,最終抑制線粒體呼吸[40]。Betarbet等[41]研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合體Ⅰ抑制劑魚藤酮單一對(duì)線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ的活性具有抑制作用,并可誘發(fā)PD,小鼠模型中通過多次給予小劑量的魚藤酮,產(chǎn)生黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元選擇性退化,可出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)小鼠類似PD患者的行動(dòng)遲緩和肌強(qiáng)直等癥狀。HD是發(fā)病年齡較早的一類家族顯性遺傳性疾病,其主要癥狀為舞蹈樣動(dòng)作、扭動(dòng)扭體動(dòng)作、抽搐、搖擺不穩(wěn)、不連貫的步態(tài),嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)死亡。HD是第4對(duì)染色體內(nèi)DNA基質(zhì)之CAG三核苷酸重復(fù)序列過度擴(kuò)張,作用于紋狀體質(zhì)[42],造成腦部神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)退化,這種基因突變引起亨廷頓蛋白(Htt)N-端的多聚谷氨酰胺延長(zhǎng)[43]。近年,研究證明線粒體機(jī)能障礙在HD發(fā)病機(jī)制中扮演著重要角色,其線粒體復(fù)合體Ⅱ酶活性丟失,鐵硫中心和FAD兩個(gè)亞基表達(dá)降低;繼而在體外模型中過表達(dá)鐵硫中心和FAD兩個(gè)亞基,出現(xiàn)Htt毒性的抑制[44]。運(yùn)用線粒體復(fù)合體Ⅱ抑制劑3-NP或丙二酸誘導(dǎo)產(chǎn)生HD的動(dòng)物模型,發(fā)現(xiàn)線粒體復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶活性均降低。

線粒體占心肌細(xì)胞總?cè)莘e的1/2,可直接利用葡萄糖、游離脂肪酸和酮體,經(jīng)過電子呼吸鏈生成ATP,供給心肌細(xì)胞。當(dāng)線粒體呼吸鏈功能障礙和/或氧化磷酸化解偶聯(lián),影響心肌細(xì)胞的ATP生成,導(dǎo)致細(xì)胞收縮、舒張功能失調(diào)。研究證實(shí),擴(kuò)張型心肌病患者的心肌線粒體復(fù)合體Ⅰ/Ⅲ/Ⅳ酶活性下降,且與心衰程度呈正相關(guān)[45]。Mauter等[46]發(fā)現(xiàn)冠心病患者的心肌細(xì)胞線粒體復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ 酶活性均明顯下降,且早于擴(kuò)張型的心肌病。在阿霉素誘導(dǎo)心肌病小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)阿霉素?fù)p傷心肌細(xì)胞線粒體呼吸鏈,導(dǎo)致COXⅡ基因表達(dá)減少及心肌COX活性下降。在快速起搏心室致心衰犬模型中也發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞線粒體復(fù)合體Ⅰ活性有所降低。Arbustini等[47]的研究結(jié)果顯示,肌球蛋白重鏈基因突變所引發(fā)的呼吸鏈異常是肥厚性心肌病發(fā)病的決定因素,并對(duì)發(fā)生心衰有著重要的影響。由此可見,線粒體氧化體系中呼吸鏈的基因表達(dá)、功能異常與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

線粒體呼吸鏈酶異常還會(huì)導(dǎo)致多系統(tǒng)線粒體病,如母系遺傳Leigh綜合征、Leer遺傳性視神經(jīng)病、嬰兒猝死綜合征、MERRF-線粒體肌病、線粒體腦肌病、進(jìn)行性眼外肌麻痹、共濟(jì)失調(diào)并發(fā)色素性視網(wǎng)膜炎、細(xì)胞外基質(zhì)慢性游走性紅斑、鐵粒幼細(xì)胞貧血、癲癇、耳聾、家族性雙側(cè)紋狀體壞死等疾病。

結(jié)語 線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ的結(jié)構(gòu)和功能已被廣泛研究。目前臨床上以營(yíng)養(yǎng)支持對(duì)癥治療復(fù)合體缺陷或酶活性異常,從而改善患者癥狀及延緩病情發(fā)展,然而其確切的發(fā)病機(jī)制和特異性治療方法仍亟待解決。我們采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn),心衰模型小鼠心肌線粒體復(fù)合體酶活性呈早期升高后下降的拋物線趨勢(shì),這為臨床上診斷與治療早期心衰患者提供了嶄新的思路。隨著細(xì)胞分子生物學(xué)研究的不斷深入,外源性替代或者干預(yù)有望成為完善線粒體電子呼吸鏈的傳遞和能量生成的特效治療手段,從而完成各臟器細(xì)胞的基礎(chǔ)能量代謝。

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Research progress of mitochondrial electron transport chain and its biological significance

XU Ting1, LI Hua2,3, LU Shan-shan1, ZHANG Hong-qi1,4, GE Jun-bo3,5△

(1DepartmentofAnatomy,Histology&Embryology,ShanghaiMedicalCollege,FudanUniversity,Shanghai200032,China;2InstituteofBiochemistryandCellBiology,CollegeofLifeScience,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200032,China;3InstituteofCardiovascularDiseases,ZhongshanHospital,FudanUniversity,Shanghai200032,China;4KeyLaboratoryofMedicalImagingComputing&ComputerAssistedInterventionofShanghai,Shanghai200032,China;5InstitutesofBiomedicalSciences,FudanUniversity,Shanghai200032,China)

Mitochondria provide basic energy for the cell life activities.Electron transfer complexes in the inner mitochondrial membrane carry hydrogen and electronics to ATP enzyme complexes.This process is responsible for the energy and hydrogen ions across the membrane gradient cycle.The mitochondrial respiratort chain provides 95% of the energy to cell survival,which is mainly composed of 5 complex:NADPH-ubiquinone oxidoreductase,succinate-ubiquinone oxidoreductase,ubiquinone-cytochrome c reductase,cytochrome c oxidase and ATP synthase located on the mitochondrial membrane.We explicated in detail molecular structure,function and biological significance of mitochondrial complexes in present article.

NADH-ubiquinone oxidoreductase (SQR); succinate-ubiquinone oxidoreductase (QCR); ubiquinone-cytochrome c reductase (COX); cytochrome c oxidase; ATP synthase

國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(81300232)

R 34

B

10.3969/j.issn.1672-8467.2015.02.019

2014-10-27;編輯:段佳)

△Corresponding author E-mail:ge.junbo@zs-hospital.sh.cn

*This study was supported by the Youth Project of the National Natural Science Foundation of China (81300232).