线粒体内膜对Na⁺ 的敏感性揭示了部分分割的功能性辅酶Q库

线粒体氧化磷酸化系统（OXPHOS）是线粒体驱动三磷酸腺苷（ATP）合成，活性氧（ROS）产生和消耗还原当量（如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）或琥珀酸盐）的主要途径。OXPHOS系统由五种蛋白质复合物组成：复合物I（CI）氧化NADH并将CoQ还原成泛醇（CoQH₂）。复合物II（CII）将琥珀酸盐氧化成富马酸盐，并将辅酶Q还原成CoQH₂。复合物III（CIII）将CoQH₂ 氧化回CoQ，减少细胞色素c（cyt c）。最后，复合物IV（CIV）氧化cyt c并将氧气还原为水。这种氧化还原链，即所谓的电子传递链（mETC），耦合到H ⁺ 泵浦过IMM，从而产生复合物V（CV）使用的电化学梯度，将磷酸腺苷二磷酸（ADP）转化为ATP。

mETC配合物可以在IMM中单独存在，也可以组装成称为超复合物的四元结构。CIV可以与CIII组装，形成III₂ + IV或Q-呼吸体（因为它能够在CoQH₂存在下呼吸）^1，2，3 或形成同源二聚体或同源物⁴。CIII可以与CI相互作用，形成超复杂I + III₂⁵。最后，CI还能够与Q-呼吸体相互作用，建立I + III₂ + IV或N-呼吸体（因为它可以呼吸消耗NADH）^{1，6，7，8，9，10}。

CoQ和cyt c是移动电子载体，分别负责将电子从CI / CII转移到CIII，以及从CIII转移到CIV。超复合物是否对这些载体施加功能局部限制在过去二十年中一直是一个激烈争论的问题^2，7，^{11，12，13，14，15，16，17}。然而，几个独立的小组已经证明，CoQ和cyt c可以在功能上分割成IMM中的池。在辅酶Q方面，它可以在功能上细分为CI的特定辅酶Q池（CoQ^NAD）和另一个专用于FAD依赖性酶（CoQ^FAD）^{的池1，7，12，18，19}。然而，为了区分部分分割的功能性CoQ池的存在，需要替代氧化酶（AOX）的过表达和在没有CIII的情况下可以组装CI的特定mtDNA突变体的产生^1，19，20。

缺氧期间活性氧（ROS）产生的机制直到最近才为人所知。在急性缺氧时，CI经历活性/去活性（A / D）转变，这涉及其H ⁺ 泵送NADH-CoQ氧化还原酶活性的降低。H⁺ 泵送的这种减少使线粒体基质酸化，并部分溶解线粒体基质中的磷酸钙沉淀物，释放可溶性Ca^{2 +}。可溶性Ca^{2 +} 的这种增加激活Na ⁺ / Ca^{2 +} 交换器（NCLX），其挤出Ca^{2 +} 以换取Na ⁺。线粒体Na⁺ 增加与IMM内侧的磷脂相互作用，降低其流动性和CII和CIII之间的CoQ转移，最终产生超氧阴离子，氧化还原信号²¹。有趣的是，CoQ转移仅在CII和CIII之间减少，但在CI和CIII之间没有减少，这突出表明1）Na ⁺ 只能调节线粒体中现有的一个CoQ池;2）IMM中存在功能差异化的辅酶Q池。因此，用于研究线粒体酶活性的广泛使用的方案可用于评估所提到的CoQ池的存在。

目前的方案是基于通过琥珀酸盐（即CII底物）或NADH（即CI底物）存在下的吸光度来测量氧化cyt c（CIII的底物）的还原。将相同的样品分为两个，其中一个用KCl处理，另一个用相同浓度的NaCl处理。这样，鉴于Na ⁺ 降低了IMM的流动性，如果CoQ存在于IMM中的独特池中，则在Na ⁺存在的情况下，CI + CIII和CII + CIII都将降低。然而，如果CoQ存在于部分分段的功能CoQ池中，Na ⁺ 对CII + CIII活性的影响将大部分（或仅）明显，但对CI + CIII的影响则不明显。正如最近发表的²¹，Na ⁺ 仅影响CII和CIII之间的CoQ转移（图1C，D），但不影响CI和CIII之间的CoQ转移（图1A，B）。

该协议与一系列技术一起，已被用于确认IMM中存在部分分段的功能性CoQ池，一个专用于CI（即CoQ^NAD），另一个专用于FAD连接的酶（即CoQ^FAD）^1，3，7;一个观察结果，虽然它继续争论²²，但已被几个团体独立证实^7，19。因此，CI的超复合体分解会影响CoQ的局部移动性，促进CIII在超复合物1^，7，^{13，14，23，24，25}中的使用。