物理化学与生物物理学杂志
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肌红蛋白和线粒体：“氧气库”如何运作？

加林娜·B·波斯特尼科娃和叶卡捷琳娜·A·谢霍夫佐娃

我们首先表明，只有当蛋白质与呼吸线粒体相互作用时，MbO2 在接近零浓度 (p02) 时才会释放氧气。如果通过半透膜将它们与 MbO2 溶液分开，则不会发生 MbO2 脱氧作用。对于不同的线粒体制剂（天然的、冷冻的和通过 FCCP 解偶联的），在 MbO2 (V1) 和 MbO2 脱氧 (V2) 存在的情况下，线粒体从溶液中摄取 O2 的速率完全一致，因为 V1 和 V2 均由线粒体的呼吸活性决定。线粒体。然而，V1 和 V2 反映了不同的过程，因为它们受到与 MbO2 竞争结合线粒体的蛋白质（如溶菌酶）的不同影响。研究发现肌红蛋白与线粒体外膜的磷脂位点非特异性相互作用，而缺乏与肌红蛋白结合的任何特定蛋白质或蛋白质通道。结合的明显离子强度依赖性意味着库仑静电对肌红蛋白-线粒体复合物的形成有重大贡献。由于肌红蛋白分子的总电荷不影响 MbO2 和 metMb 对线粒体膜的亲和力，因此离子强度效应必定是由于局部静电相互作用，最有可能是磷脂中带相反电荷的基团（头部）和极性肌红蛋白残基之间的相互作用。血红素腔的环境。在线粒体和人工磷脂膜存在的厌氧条件下，氧/脱氧平衡向无配体脱氧肌红蛋白的转变表明，肌红蛋白-膜相互作用导致肌红蛋白对氧的亲和力降低（并增加p50），从而促进O2在生理 p02 值下与 MbO2 脱离。因此，在存在呼吸线粒体的情况下，细胞中至少应该存在两种肌红蛋白分子。其中一些是游离的，对 O2 具有高亲和力，p50 较低，而另一些则与线粒体相关，具有较低的亲和力和较高的 p50。为了有效地从细胞质转移 O2，这两种 MbO2 分子之间的交换必须相当快。MbO2 与线粒体结合的 Km 值（I = 0 时约为 104 M-1，