呼吸复合物I中的氧化还原耦合醌动力学

复合物I将醌（Q）还原释放的自由能转换为跨越生物膜的质子泵送，以供给线粒体和许多细菌的呼吸链。Q还原位点与泵质子的膜区域之间有很大的距离。为了解决这种长距离质子-电子耦合的分子机制，我们对来自嗜热热单胞菌的复合物I进行了全原子分子动力学模拟、自由能计算和连续电静力学计算。我们展示了Q的动力学是依赖于氧化还原状态的，醌醇（QH2）从其还原位点移动到Q通道中由Q同类物占据的位置。我们还在膜区域中识别出了接近Q通道开口的第二个Q结合位点，在该位置，Q头基与一组芳香族和带电残基形成强相互作用，而Q尾部则位于脂质膜中。我们估计了Q在通道中的有效扩散系数，以及Q到达活性位点和QH2逃逸到膜的特征时间。我们的模拟显示Q沿着Q通道以依赖氧化还原状态的方式移动，并由保守的残基簇形成不同的结合位点。Q运动到这些结合位点的过程被提出与复合物I中的质子泵送机制耦合。