Как митохондрии образуют активные формы кислорода

Образование активных форм кислорода (АФК) митохондриями млекопитающих имеет большое значение, поскольку лежит в основе окислительного повреждения при многих патологических состояниях и участвует в ретроградной редокс-сигнализации от органеллы к цитозолю и ядру. Первичной митохондриальной АФК является супероксид (O₂•⁻); в настоящем обзоре изложены основные закономерности, определяющие образование O₂•⁻ в матриксе митохондрий млекопитающих. Поток образования O₂•⁻ зависит от концентрации потенциальных доноров электронов, локальной концентрации O₂ и констант скорости реакций второго порядка между ними. У изолированных митохондрий значительное образование O₂•⁻, преимущественно в комплексе I, наблюдается в двух режимах: (i) когда митохондрии не синтезируют АТФ и поэтому имеют высокую протон-движущую силу (Δp) и восстановленный пул коэнзима Q (CoQ); (ii) когда в матриксе митохондрий высоко соотношение NADH/NAD⁺. В митохондриях, активно синтезирующих АТФ и поэтому характеризующихся более низкими Δp и соотношением NADH/NAD⁺, образование O₂•⁻ значительно слабее. Образование O₂•⁻ в матриксе митохондрий критически зависит от Δp, соотношений NADH/NAD⁺ и CoQH₂/CoQ, а также локальной концентрации O₂; все эти параметры in vivo сильно варьируют, и их трудно измерять. Поэтому оценивать образование O₂•⁻ митохондриями in vivo по показателям образования O₂•⁻ изолированными митохондриями невозможно, а подобные экстраполяции, встречающиеся в литературе, вводят в заблуждение. Тем не менее изложенная модель помогает понять, какие факторы способствуют образованию митохондриальных АФК. Необходимо разработать более совершенные методы измерения образования O₂•⁻ и H₂O₂ митохондриями in vivo, поскольку неопределённость этих показателей затрудняет изучение роли митохондриальных АФК в патологическом окислительном повреждении и редокс-сигнализации.