Митохондриальное восприятие кислорода в комплексе III: парадокс увеличения образования активных форм кислорода при гипоксии

Все эукариотические клетки используют окислительное фосфорилирование для поддержания запасов макроэргических фосфатов. Потребление кислорода митохондриями необходимо для образования АТФ, а лишение клеток O₂ угрожает их выживанию. Поэтому все клетки способны воспринимать O₂ и активировать адаптационные процессы, повышающие вероятность выживания в ожидании возможного ограничения доступности кислорода. Митохондрии уже давно рассматриваются как вероятное место восприятия кислорода; мы предполагаем, что цепь переноса электронов выполняет функцию сенсора O₂, высвобождая активные формы кислорода (АФК) в ответ на гипоксию. АФК, высвобождаемые при гипоксии, действуют как сигнальные молекулы и запускают разнообразные функциональные реакции, включая активацию экспрессии генов посредством стабилизации α-субъединицы фактора, индуцируемого гипоксией (HIF). Основным местом образования АФК при гипоксии, по-видимому, является комплекс III. Парадоксальное усиление образования АФК при гипоксии можно объяснить влиянием O₂ в пределах внутренней мембраны митохондрий на: (а) время жизни убисемихинон-радикала в комплексе III; (б) относительное высвобождение митохондриальных АФК в сторону матрикса по сравнению с межмембранным пространством; или (в) доступ O₂ к убисемихинон-радикалу в комплексе III. Таким образом, восприятие кислорода имеет фундаментальное значение для биологии. Возможность управлять механизмом восприятия кислорода в клетках, потенциально с помощью малых молекул, не нарушающих потребление кислорода, открыла бы ценные терапевтические подходы, способные существенно повлиять на лечение широкого спектра заболеваний.