Die Elektronentunnelraten im Atmungskettenkomplex I sind auf eine effiziente Energiewandlung abgestimmt

摘要

Der Atmungskettenkomplex I wandelt die freie Energie, die bei der Reduktion von Ubichinon durch NADH frei wird, in einen Protonengradienten über die Membran um. Die biologische Redoxreaktion wird von einem Flavinmononukleotid und einer Kette von sieben Eisen-Schwefel-Zentren katalysiert. Die Elektronentransfergeschwindigkeiten zwischen den Zentren wurden über eine schnelle „Freeze-Quench“-Methode und Analyse der Proben mittels EPR- und UV/Vis-Spektroskopie bestimmt. Der Komplex I oxidiert sehr schnell drei Moleküle NADH; dabei hängt die Elektronentunnelrate zwischen den beiden Zentren der Kette mit dem grçßten Abstand zueinander vom Redoxzustand des distalen Zentrums N2 ab. Diese Geschwindigkeit ist sechsmal geringer, wenn N2 im reduzierten Zustand vorliegt. Die konformativen Änderungen, die mit der Reduktion des Zentrums N2 einhergehen, verlangsamen die elektronische Kopplung des längsten Transferschritts. Die Kette der Eisen-Schwefel-Zentren ist somit nicht einfach ein Draht für den Elektronentransfer, sondern sie passt die Elektronentunnelraten der Zeitskala der konformativen Bewegungen an, die für die Protonentranslokation bençtigt werden. Die Synchronisierung von Geschwindigkeiten ist ein generelles Prinzip, um die Spezifität enzymatischer Reaktionen zu erhçhen.