È stato identificato un complesso respiratorio completo. Credito: luminoso-lab.com

Ogni cellula eucariotica contiene minuscole “unità energetiche” conosciute come mitocondri, che sono responsabili della generazione della molecola energetica multiuso, l’ATP. Per svolgere questo ruolo, i mitocondri devono mantenere l’organizzazione spaziale delle proteine ​​transmembrana che si occupano delle diverse fasi della formazione dell’ATP.

Durante la disgregazione cellulare degli zuccheri, l’energia viene rilasciata e successivamente utilizzata all’interno dei mitocondri per creare ATP. Questo processo dipende centralmente da quattro complessi proteici di membrana, designati come complessi I, II, III e IV. Collettivamente, questi complessi creano un gradiente energetico che viene sfruttato dal complesso V per la sintesi di ATP. Queste molecole di ATP poi alimentano un’ampia varietà di reazioni attraverso le cellule, un processo fondamentale per sostenere la vita.

È noto che i complessi respiratori I, III e IV interagiscono tra loro e formano i cosiddetti supercomplessi respiratori, che migliorano l’interazione tra i complessi. Fino ad ora, i ricercatori non avevano notato che il Complesso II fa parte dei supercomplessi. Nei mitocondri dei mammiferi, i supercomplessi sono separati spazialmente nella membrana dal complesso V, poiché i supercomplessi si trovano solo nelle regioni della membrana senza curvatura. Tuttavia, ci sono organismi eucarioti unicellulari come Tetrahymena thermophila i cui mitocondri hanno membrane con solo curvatura, e quindi è stata una domanda importante su dove si trovano i supercomplessi in questi sistemi di membrane.

Ora un team internazionale di ricercatori, con la partecipazione del ricercatore post dottorato Rasmus Kock Flygaard del Dipartimento di Biologia Molecolare e Genetica presso[{” attribute=””>Aarhus University, has answered a number of key questions regarding supercomplexes from Tetrahymena.

“For the first time ever, we have shown that complex II can also form part of a super complex, which shows an incredible optimization of the process for ATP formation”, says Rasmus Kock Flygaard. “Furthermore, with our structure, we can see that supercomplexes do not follow a simple plan for construction, but on the contrary, there is a surprising variety, which was not previously thought possible”.

This variation in the structure of the supercomplex is also central to the question of its existence in curved membranes, and Rasmus Kock Flygaard continues:

“The supercomplex from Tetrahymena has been rebuilt and expanded with countless proteins and extra domains, which overall give the supercomplex a curved architecture, so that it is completely adapted and developed to exist in curved membranes. This is an incredible example of how nature is able to adapt otherwise conserved protein complexes to new environments to maintain function. Now, we have investigated the membrane protein structure of a single organism and made completely new discoveries. There are so many more single-celled eukaryotic organisms that are also just waiting to be described, so that we can provide a more nuanced picture of how life has evolved and adapted.”

Reference: “Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III2–IV2 supercomplex” by Alexander Mühleip, Rasmus Kock Flygaard, Rozbeh Baradaran, Outi Haapanen, Thomas Gruhl, Victor Tobiasson, Amandine Maréchal, Vivek Sharma and Alexey Amunts, 22 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05817-y