Koenzim Q'nun mitokondriyal solunum zinciri süperkompleks I1III2'ün yapısı ve fonksiyonu üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of CoQ on structure and function of supercomplex I1III2 in mitochondrial respiratory chain
Yazar: YELDA BİRİNCİ
Danışman: PROF. DR. ORHAN DEĞER
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Biyokimyasal olaylar = Biochemical phenomena ; Hücreler = Cells ; Koenzimler = Coenzymes ; Lipozomlar = Liposomes ; Membranlar = Membranes ; Mitokondriler = Mitochondria

Özet:
Koenzim Q'nunmitokondriyal solunum zinciri süperkompleks I1III2'ün yapısı ve fonksiyonu üzerine etkilerinin incelenmesi
Mitokondriyal solunum zinciri ilk olarak elektron iletimini sağlayan mitokondri iç membranına gömülü prostetik gruplar (flavinler ve sitokromlar) dizisi olarak tanımlanmıştır. Daha sonra artan redoks potansiyellerine göre çok alt birimli dört büyük protein kompleksinin membranda dizili olduğu gösterilmiştir. Mitokondriyal solunum zincirinde yer alan protein komplekslerin organizasyonunda halen geçerli olan model rastgele difüzyon modelidir. Bu modele göre Koenzim Q (KoQ) molekülleri membranda bir arada bulunarak havuz davranışı gösterirler. Son on yıldır artan veriler, pek çok organizmanın mitokondriyal solunum zincirinde yer alan komplekslerin, süperkompleks (SK) adı verilen supramoleküler organizasyonlar şeklinde membranda sabit olarak bulunduğunu göstermektedir. Rastgele difüzyon modelinin aksine koenzim Q molekülleri, süperkompleks yapılarına bağlı bir şekilde bulunurlar böylece adeta bir elektron kanalı görevi gören süperkompleks yapılarında daha hızlı ve etkin bir şekilde elektron akışı gerçekleştirerek kinetik avantaj sağlanmaktadır. Bu çalışmada, membran proteinlerinin doğal yapıları ile analiz edilebilmelerine olanak sağlayan proteolipozom modellerinden yararlanılmıştır. Bu bağlamda, dört farklı konsantrasyonda KoQ içeren lipozomlara, sığır kalp mitokondrilerinden izole edilen kompleks I ve III'ce zengin mitokondri fraksiyonları (R4B), 1:1 ve 1:30 oranlarında yerleştirilerek koenzim Q miktarının SK I1III2 üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Süperkompleks varlığında NADH-sitokrom c oksidoredüktaz aktivitesi, komplekslerin bireysel olarak yer aldığı R4B 1:30 proteolipozomlarına oranla anlamlı derecede artmıştır. Artan enzimatik aktivitenin, KoQ moleküllerinin havuz davranışına uymayıp süperkompleks yapısında sabit olarak yer almasından kaynaklandığı şeklinde yorumlanmıştır. Bunun yanı sıra, her iki proteolipozom modelinde de KoQ konsantrasyonu arttıkça kompleks I kaynaklı ROS oluşumunun azaldığı gösterilmiştir. Buna dayanarak ekzojen KoQ alınımının mitokondriyal ROS oluşumunu azaltabileceği önerilmiştir.



Anahtar Sözcükler: Süperkompleks I1III2, R4B, Proteolipozom Mitokondri, KoQ.

Abstract:
Investigation of the effects of CoQ on structure and function of supercomplex I1III2in mitochondrial respiratory chain
The mitochondrial respiratory chain was first described as a sequence of prosthetic groups (flavins and cytochromes) embedded in a protein matrix in the inner mitochondrial membrane and was shown the four big multi-protein complex arranged according to increasing redox potential in membrane. The random diffusion model that is still in use concerning organisation of protein complexes in mitochondrial respiratory chain. According to this model, Coenzyme Q (CoQ) molecules are located together in membrane and they show pool behavior. Evidence accumulated in last decade has demonsrated that a large proportion of the mitochondria respiratory chain complexes in a variety of organisms is arranged in supramolecular assemblies called supercomplexes (SC) and they exist as stable in membrane. In contrast to random diffusion model, CoQ does not exist as free in mitochondrial inner membrane, it is supercomplex bound and this binary behaves like an electron channel so provides kinetic advantage for electron transport. It has been benefited from proteoliposomes that provide analysis of membrane proteins as native form in this study. Within this context, the effects of CoQ molecules examined on SC I1III2 by means of proteoliposome models included mitochondrial fractions (R4B) which are enriched by complex I and III isolated from bovine heart mitochondria. R4B incorporated with liposomes included four different CoQ concentrations in a ratio R4B:PL 1:1 and 1:30 in this study.
NADH-cyt c oxidoreductase integrated activity enhanced significantly in the presence of Supercomplex I1III2 compared with complexes placed as a individual in proteoliposomes R4B 1:30. It has been concluded that CoQ molecules do not obey pool behavior, since they are fixed in supercomplexes association. In addition, ROS caused from complex I reduced with increased CoQ concentrations in both proteoliposome models. On this basis, it has been thought that CoQ reinforcement can reduce production of ROS by mitochondria.



Key Words: Supercomplex I1III2, R4B, Proteoliposome, Mitochondria, CoQ.