Zn2+によるミトコンドリア複合体I（NADH：ユビキノンオキシドレダクターゼ）の阻害

NADH：ウシ心臓ミトコンドリアのユビキノンオキシドレダクターゼ（複合体I）は、非常に複雑な膜結合酵素です。それはエネルギー形質導入の中心であり、細胞の反応性酸素種の重要な供給源であり、その機能障害は神経変性および筋肉疾患および老化に関係しています。ここでは、複合体Iが虚血などの状態における亜鉛の病理学的効果の媒介に寄与するかどうかを定義する複合体Iに対するZn2+の効果を説明し、Zn2+を使用して複雑なIのメカニズムを調べる方法を決定するために、複雑なIのメカニズムを阻害するIMg2+、Ca2+、Ba2+、およびMn2+よりも強くCu2+またはCd2+。NADH酸化または分子内電子移動を阻害しないため、おそらく結合したキノンまたはプロトン転座へのプロトン移動のいずれかを阻害します。したがって、亜鉛は、多くのユビキノン部位阻害剤とは明らかに異なる複雑なI阻害剤の新しいクラスを表します。亜鉛阻害複合体Iによるスーパーオキシド産生の増加の証拠は検出されませんでした。複合体Iに結合する亜鉛は、機械的に複雑です。触媒中に、亜鉛はゆっくりと徐々に結合しますが、酵素の静止状態に急速かつしっかりと結合します。EDTAの添加時に阻害された酵素の再活性化は遅く、阻害は部分的にのみ可逆的です。複合体IのZn2+阻害のIC50値は高くなっています（酵素状態に応じて、10-50 microM）。したがって、複雑なIは、電子輸送鎖の亜鉛阻害の主要な部位になる可能性は低いです。ただし、Zn2+濃度の変化に対する複雑なIのゆっくりとした応答は、生理学的な結果を高める可能性があります。

NADH:ubiquinone oxidoreductase (complex I) from bovine heart mitochondria is a highly complicated, membrane-bound enzyme. It is central to energy transduction, an important source of cellular reactive oxygen species, and its dysfunction is implicated in neurodegenerative and muscular diseases and in aging. Here, we describe the effects of Zn2+ on complex I to define whether complex I may contribute to mediating the pathological effects of zinc in states such as ischemia and to determine how Zn2+ can be used to probe the mechanism of complex I. Zn2+ inhibits complex I more strongly than Mg2+, Ca2+, Ba2+, and Mn2+ to Cu2+ or Cd2+. It does not inhibit NADH oxidation or intramolecular electron transfer, so it probably inhibits either proton transfer to bound quinone or proton translocation. Thus, zinc represents a new class of complex I inhibitor clearly distinct from the many ubiquinone site inhibitors. No evidence for increased superoxide production by zinc-inhibited complex I was detected. Zinc binding to complex I is mechanistically complicated. During catalysis, zinc binds slowly and progressively, but it binds rapidly and tightly to the resting state(s) of the enzyme. Reactivation of the inhibited enzyme upon the addition of EDTA is slow, and inhibition is only partially reversible. The IC50 value for the Zn2+ inhibition of complex I is high (10-50 microm, depending on the enzyme state); therefore, complex I is unlikely to be a major site for zinc inhibition of the electron transport chain. However, the slow response of complex I to a change in Zn2+ concentration may enhance any physiological consequences.