Kohlenmonoxid hemmt spezifisch die Cytochrom c Oxidase der menschlichen mitochondrialen Atmungskette

Die Toxizität von Kohlenmonoxid (CO) ist das Ergebnis einer Kombination aus Gewebshypoxie und direktem, CO-vermitteltem Schaden auf zellulärer Ebene, da nicht alle Anzeichen und Symptome, die auftreten, lediglich durch die Bildung von Carboxyhämoglobin erklärt werden können. Mitochondrien, insbesondere die Elektronentransportkette, scheinen auf subzellulärer Ebene das Ziel von CO zu sein. Der direkte Effekt von CO auf einzelne Komplexe der menschlichen mitochondrialen Atmungskette wurde jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt. Wir haben hier den In-vitro-Effekt von CO auf einzelne Komplexe der mitochondrialen Atmungskette der menschlichen Mitochondrien untersucht. Wir entnahmen Muskelgewebe von 10 gesunden Personen, die sich einer orthopädischen Operation zur Hüftverpflanzung unterzogen. Isolierte Mitochondrien wurden 5 Minuten lang unter CO-Konzentrationen von 50, 100 und 500 ppm inkubiert. Danach wurden die enzymatischen Aktivitäten einzelner Komplexe der mitochondrialen Atmungskette in vitro bewertet und mit den in basalen (synthetische Luft ohne CO) Bedingungen erhaltenen Werten verglichen. Die Aktivität der Cytochrom c Oxidase (Komplex IV der mitochondrialen Atmungskette) zeigte einen Rückgang von 836+/-439 nmol/min./mg mitochondrialem Protein nach der Luftinkubation auf 670+/-401, 483+/-182 und 379+/-131 nmol/min./mg nach 50, 100 und 500 ppm CO-Inkubation, jeweils (20 %, 42 % und 55 % Rückgang der Cytochrom c Oxidase-Aktivität). Dieser graduelle Rückgang der Cytochrom c Oxidase erwies sich als statistisch signifikant (P<0,001). Andere komplexe Aktivitäten zeigten keine signifikante Variation. Kohlenmonoxid ist toxisch für Mitochondrien beim Menschen und verändert die mitochondriale Atmungskette auf der Ebene der Cytochrom c Oxidase. Diese Hemmung der Cytochrom c Oxidase könnte eine Rolle bei der Entwicklung der Symptome spielen, die bei einer akuten CO-Vergiftung und bei einigen rauchbedingten Krankheiten beobachtet werden, in denen sie eine Rolle spielen könnte.