زنجیره انتقال الکترون یکی از اجزای حیاتی تنفس سلولی است و نقشی حیاتی در تولید آدنوزین تری فسفات (ATP)، پول انرژی اولیه سلول ایفا می کند. با این حال، زنجیره انتقال الکترون در تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) نیز دخیل است، که مولکول‌های بسیار واکنش‌پذیر هستند که در صورت عدم تنظیم صحیح می‌توانند باعث آسیب سلولی شوند.
مروری بر زنجیره انتقال الکترون
زنجیره انتقال الکترون مجموعه‌ای از کمپلکس‌ها و مولکول‌های پروتئینی است که در غشای میتوکندری داخلی تعبیه شده‌اند. وظیفه انتقال الکترون‌ها از اهداکننده‌های الکترون به گیرنده‌های الکترون، همراه با انتقال پروتون‌ها (H+) در سراسر غشای میتوکندری داخلی، ایجاد یک گرادیان پروتون است که سنتز ATP را هدایت می‌کند.
نقش زنجیره حمل و نقل الکترون در تولید ROS
زنجیره انتقال الکترون از چندین مجتمع پروتئینی شامل کمپلکس I (NADH دهیدروژناز)، کمپلکس II (سوکسینات دهیدروژناز)، کمپلکس III (کمپلکس سیتوکروم bc1) و کمپلکس IV (سیتوکروم c اکسیداز) تشکیل شده است. در طول واکنش های زنجیره ای انتقال الکترون، برخی از الکترون ها ممکن است نشت کرده و با اکسیژن مولکولی واکنش دهند که منجر به تشکیل ROS می شود.
مکانیسم های تولید ROS
سایت های اصلی تولید ROS در زنجیره انتقال الکترون مجتمع های I و III هستند. در کمپلکس I، بخش کوچکی از الکترون‌ها ممکن است اکسیژن مولکولی را برای تولید رادیکال سوپراکسید (O2•−) به‌طور پیش از موعد کاهش دهند، در حالی که در کمپلکس III، تولید سوپراکسید ناشی از کاهش جزئی اکسیژن توسط یوبی‌کینول است. سوپراکسید می‌تواند در واکنش‌های دیگر برای تولید ROS اضافی شرکت کند، مانند پراکسید هیدروژن (H2O2)، رادیکال هیدروکسیل (•OH)، و اکسیژن منفرد (^1O2).
مقررات تولید ROS
تولید ROS در زنجیره انتقال الکترون به شدت تنظیم می شود تا آسیب سلولی به حداقل برسد. سلول ها مکانیسم های دفاعی آنتی اکسیدانی مختلفی را برای حذف و خنثی کردن ROS ایجاد کرده اند. آنزیم هایی مانند سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و گلوتاتیون پراکسیداز به عنوان جاذب کننده ROS عمل می کنند و آنها را به مولکول های کمتر مضر تبدیل می کنند.
ارتباط با بیوشیمی
تولید ROS توسط زنجیره انتقال الکترون به طور پیچیده ای با بیوشیمی مرتبط است، زیرا شامل انتقال الکترون ها و واکنش های بعدی با اکسیژن مولکولی در میتوکندری می شود. درک بیوشیمی تولید ROS بینش هایی را در مورد تعادل ظریف بین تولید انرژی و استرس اکسیداتیو در سلول ها ارائه می دهد.
نتیجه
زنجیره انتقال الکترون برای سنتز ATP ضروری است، اما با تولید ROS نیز مرتبط است. تنظیم تولید ROS برای حفظ هموستاز سلولی و جلوگیری از آسیب اکسیداتیو بسیار مهم است. با بررسی بیوشیمی تولید ROS، محققان می توانند اهداف بالقوه برای مداخله درمانی را برای کاهش اثرات مضر ROS بیش از حد در شرایط پاتوفیزیولوژیکی مختلف کشف کنند.