所有學(xué)童都知道真核生物和原核生物之間的區(qū)別與細胞核有關(guān)。這通常與他們了解到線粒體是細胞的強大動力的時間差不多。然而，這兩種生命形式之間的真正差異更多地與它們?nèi)绾慰刂齐娮恿鲃右跃S持其生存有關(guān)，即它們的電子傳遞鏈通過氧化還原反應(yīng)從供體到受體。

我們可以更直接地說明這種區(qū)別。真核生物運行一個非常特殊的電子傳遞鏈，而原核生物運行一個更通用的多個同時操作的電子傳遞鏈系統(tǒng)。在真核生物中，它看起來像這樣：

NADH→絡(luò)合物I→Q→絡(luò)合物III→細胞色素c→絡(luò)合物IV→O2

NADH(脫氫酶)是電子供體，配合物I，III和IV是質(zhì)子泵，Q是膜可溶性移動電子載體 - 醌池，細胞色素c是可溶性電子載體

另一方面，原核鏈(細菌和古細菌)包括可以在三個水平輸入電子的多個供體。這里不僅通常使用幾種不同的初始脫氫酶，通常存在不同的膜可溶性電子載體，其可以促成醌池，以及多種氧化酶和還原酶。

雖然真核生物只使用這個鏈的一個實例，但他們已經(jīng)能夠從原核生物借用一些技巧，他們可以在需要時調(diào)用它們。在某些情況下，反向電子流可以在一個或多個呼吸復(fù)合物中發(fā)生。我們在上面的真核生物鏈中遺漏的一件事是復(fù)雜的II，它是一個進入Q池的分支點。在周三的一篇文章中，我們詳細討論了這種特殊的酶系統(tǒng)(琥珀酸脫氫酶)是如何通過GABA在大腦中調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)線粒體對嘌呤核苷酸的接觸。琥珀酸脫氫酶也是檸檬酸循環(huán)的主要停止點。當在此處檸檬酸循環(huán)方向存在局部逆轉(zhuǎn)時，在呼吸中復(fù)合物II也必須存在反向電子傳遞。

我知道和喜愛的醌

最近發(fā)表在eLife上的一篇論文描述了一種特殊的原始人叫做pygsuia是如何以及何時發(fā)生的。作者發(fā)現(xiàn)，這種生物使用通過水平基因轉(zhuǎn)移從細菌中獲得的酶制造一種特殊的醌。Pysugia是一種厭氧菌，它不再保留完整的線粒體。相反，它使用類似于氫化體的殘余細胞器。與人類在其醌池中使用的輔酶Q10(泛醌)不同，Pysugia使用特定的甲基轉(zhuǎn)移酶將泛醌修飾為稱為rhodoquinone(RQ)的分子，以用胺取代一個甲氧基。

RQ的優(yōu)點在于它保留了所有結(jié)構(gòu)資產(chǎn)，使得泛醌如此有用 - 如多種氧化態(tài)和可調(diào)節(jié)長度的脂溶性類異戊二烯尾部用于不同厚度的膜 - 但具有比泛醌顯著更負的還原潛力(-63 mv) vs + 100mv)。這對于電子傳遞意味著復(fù)合物II的逆反應(yīng)，即富馬酸鹽還原為琥珀酸鹽，變得更加有利。當周圍沒有氧氣(通常是復(fù)合物IV中使用的末端電子受體)時，沒有什么理由像pysugia這樣的生物體保留除琥珀酸脫氫酶之外的任何呼吸復(fù)合物。。因此，它們將RQH2再氧化回復(fù)合物II的原始RQ形式并產(chǎn)生琥珀酸。復(fù)雜我可以再次循環(huán)。

RQ不是泛醌的唯一替代品。細菌經(jīng)常使用甲基萘醌(又名維生素K2)，這是我們用于凝血途徑蛋白質(zhì)中谷氨酸殘基羧化的分子。植物在光系統(tǒng)I中使用葉綠醌(維生素K1)，在光系統(tǒng)II中使用質(zhì)體醌，其具有甲基代替泛醇的甲氧基。已知一些可疑抗衰老奇跡分子的制造商會販賣各種與質(zhì)體醌相關(guān)的衍生物。一種名為SkQ1的潛在補充劑專門用于穿透線粒體膜。另一種，SkQR1是含有羅丹明的類似物，具有抗氧化和質(zhì)子活性。

許多哺乳動物寄生蟲的生命周期需要通過具有不同氧含量的組織轉(zhuǎn)運才能使它們成熟。它們中的一些，如蛔蟲線蟲，已經(jīng)成功地獲得了兩全其美。他們可以打印不同版本的復(fù)雜II亞基，以及不同的Q池電子載體，并在氧氣水平要求時最佳地運行反向電子傳輸。成蟲蛔蟲生活在低氧腸道中，并用宿主的糞便排出卵子。當幼蟲被新宿主攝入時，它孵化并侵入其腸壁，然后通過宿主的器官遷移，直到它最終卷入肺部，在那里氧氣改變發(fā)育。

通過一些可怕的魔法，只有寄生蟲可以欣賞，蛔蟲導(dǎo)致宿主猛烈地咳出成熟的幼蟲，之后它們被吞咽并再次被引導(dǎo)到小腸。在這里，他們關(guān)閉了復(fù)合物III和IV的產(chǎn)生，但是可以通過在復(fù)合物I中泵送質(zhì)子和氧化NADH同時在復(fù)合物II中再循環(huán)RQ來繼續(xù)制備ATP。當蛔蟲，大腸桿菌或秀麗隱桿線蟲等生物體在復(fù)合物II中維持用于反向電子傳遞的專用酶時，這些酶被稱為富馬酸還原酶，而不是琥珀酸脫氫酶。

如果你需要殺死潛伏在你體內(nèi)的任何此類寄生蟲，這可能是一件特別的事情。研究人員發(fā)現(xiàn)了像nafuredin這樣的化合物，它們特異性地抑制蠕蟲線粒體中的NADH脫氫酶復(fù)合物。類似地，atpenin和flutolanil在其醌結(jié)合位點抑制復(fù)合物II。為了理解為什么我們在標題中說“控制癌癥”，我們需要從科學(xué)中打開最后一件禮物：

許多人類癌癥可以在血管不良的腫瘤中心或體內(nèi)其他低氧氣囊中茁壯成長。特別值得注意的是，在多種癌癥中觀察到富馬酸鹽呼吸。

蛔蟲為Complex II的四個亞基中的每一個制備不同的品種;黃素蛋白亞基(Fp)，鐵 - 硫亞基(Ip)，細胞色素b大亞基(CybL)和細胞色素b小亞基(CybS)。人類沒有特殊的RQ醌，也沒有保留任何真正的富馬酸還原酶。然而，它們確實有兩個獨立版本的Fp亞基，并在大多數(shù)組織中產(chǎn)生它們。研究人員發(fā)現(xiàn)，包括乳腺癌，肺癌和淋巴瘤在內(nèi)的許多癌癥優(yōu)先構(gòu)成II型Fp亞基。

基因測序顯示，多種腫瘤，如嗜鉻細胞瘤和副神經(jīng)節(jié)瘤，與復(fù)雜II基因的某些變異相關(guān)。這些腫瘤還與幫助構(gòu)建和定位復(fù)合物II的特定組裝因子相關(guān)。復(fù)合物II的獨特之處在于其所有亞基都在細胞核中編碼。關(guān)于復(fù)雜的II單元在何處和多少與較大的呼吸超復(fù)合物協(xié)調(diào)可能會限制Q和細胞色素C移動電子載體仍存在爭議?，F(xiàn)在可以理解，復(fù)合物III和復(fù)合物IV的翻譯和早期組裝發(fā)生在內(nèi)膜邊界，而復(fù)合物V的翻譯和早期組裝發(fā)生在嵴深處。

今天，許多新療法取決于您和您的腫瘤恰好具有哪些特定變體。在抗蠕蟲化合物成為治療標準的腫瘤治療之前，還有一些其他重要的酶系統(tǒng)處理醌，可能需要進行全面研究。例如，這些包括醌生物合成酶，替代氧化酶，甘油-3-磷酸脫氫酶和二氫乳清酸脫氫酶(DHODH)。

DHODH是從頭嘧啶生物合成中的關(guān)鍵步驟，并且需要復(fù)合物III來再生泛醌以起作用。了解電子傳遞與生命基本組成部分合成之間的這些微妙聯(lián)系對于了解癌癥是至關(guān)重要的。