artículo de investigación en naturaleza destacó la estructura y función de los supercomplejos respiratorios en la respiración celular, particularmente en eucariotas unicelulares, Tetrahymena thermophila. El estudio combinó varias técnicas para demostrar que los cuatro complejos respiratorios de este organismo están unidos para formar un enorme complejo de 150 proteínas y 311 lípidos, que afecta en gran medida a la forma de la membrana mitocondrial. Crédito: luminous-lab.com

Un nuevo estudio revela cómo los supercomplejos respiratorios, que consisten en cuatro complejos respiratorios vinculados, forman la membrana mitocondrial en eucariotas unicelulares. Tetrahymena thermophila. La investigación ha demostrado que estas formulaciones superiores tienen funciones tanto enzimáticas como sintéticas, mejorando la síntesis de ATP y apoyando la conversión de energía. El descubrimiento de una subunidad dividida y extendida, COX3, arroja luz sobre un mecanismo evolutivo que es útil para la comunicación intracelular compleja.

Los eucariotas generan la energía necesaria para la supervivencia a través de la respiración celular en las mitocondrias a través de un proceso conocido como fosforilación oxidativa. En este proceso, los nutrientes y el oxígeno se convierten en una forma química de energía: ATP. Esto se logra a través del gradiente de protones creado por la cadena de transporte de electrones dentro de la mitocondria. El gradiente es desencadenado por una serie de cuatro complejos respiratorios en la membrana mitocondrial interna.

Un estudio publicado en la revista naturaleza Combine partículas individuales, tomografía, simulaciones moleculares y biofísica para arrojar luz sobre los conjuntos de agregados bioenergéticos y cómo se forman las membranas mitocondriales. determinó que en Tetrahymena thermophila – Eucariotas unicelulares de vida libre que se encuentran en estanques y lagos, los cuatro complejos respiratorios están unidos entre sí. Forman un enorme complejo de macromoléculas de 5,8 mega-Dalton de 150 proteínas con 300 hélices transmembrana y al menos 311 lípidos. Debido a la ganancia y ensanchamiento de subunidades, el complejo I se une a los dímeros del complejo III inclinados 37°. El Complejo I también se une al dímero del Complejo IV, produciendo una vacuola que sirve como sitio de unión para el Complejo II. El estudio demuestra que este ensamblaje es esencial para la formación de membranas bioenergéticas.

La evolución de las subunidades proteicas de los complejos respiratorios ha llevado a la agregación I-II-III2-IV2 que contribuye a la formación de la membrana bioenergética, permitiendo así su especialización funcional.

Uno de los hallazgos más intrigantes es que una subunidad del complejo IV llamada COX3 se divide en dos. La fragmentación ocurre a nivel genético y luego cada fragmento se extiende para contribuir a alguna interfaz entre los complejos. Obtener la función de comunicación entre complejos representa un mecanismo evolutivo, que ilustra cómo la complejación molecular neutra puede volverse beneficiosa.

Los resultados destacan cómo la evolución de las subunidades proteicas de los complejos respiratorios condujo al ensamblaje del suercomplejo, que contribuye activamente a la inducción de la curvatura de la membrana mitocondrial, que es esencial para la función mitocondrial adecuada. De esta manera, el supercomplejo forma la estructura macroscópica de las mitocondrias, lo que en última instancia conduce a una mejor síntesis de ATP. Por lo tanto, los supercomplejos respiratorios no solo tienen una función enzimática, sino también una función estructural de formación de membranas, y ambos juntos respaldan la conversión de energía y proporcionan combustible para la vida.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Los científicos identifican un complejo respiratorio superior completo.

Referencia: «Bases estructurales de la curvatura de la membrana mitocondrial por supercomplejo I-II-III2-IV2» por Alexander Mohleb, Rasmus Köck-Flegaard, Rouzbeh Baradaran, Otti Habanen, Thomas Grohl, Victor Topasson, Amandine Marichal, Vivek Chartsma y Alexei Amonten. marzo 2023 naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-05817-y