[논문 리뷰] Murburn concept: A facile explanation for oxygen-centered cellular respiration

Kelath Murali Manoj|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 16.

Mitochondrial Function and Pathology참고 문헌 50인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 생화학 분야의 범주 전환으로서 'murburn 개념'을 제안한다. 이 개념은 산소 중심의 라디칼 반응—특히 산확성 반응성 산소종(ROS)—이 내세포소기관막 내 라디칼 중간체를 안정화시켜 미토콘드리아에서 ATP 합성을 이끄는 것으로 주장한다. 이 메커니즘은 전통적인 수소 이온 기반의 힘 모델을 우회하여 수소 이온 농도 기반 환경이 부족한 조건에서 산화적 인산화의 더 단순하고 진화적으로 타당한 설명을 제공한다.

ABSTRACT

Via a concomitant communication (the first part of my work), I have conclusively debunked the prevailing explanations for mitochondrial oxidative phosphorylation and established the need for a novel rationale to account for the reaction paradigm. Towards the same, murburn concept is hereby floated as a viable explanation (in the second part of my work). It is proposed that the inner mitochondrial membrane (harboring the various metal and flavin enzyme complexes) serves as means to confine and stabilize radical reactions, which effectively couple and bring about ATP synthesis in the proton-deficient microcosm. The proposed scheme is un-ordered and favored by Ockham's razor and evolutionary perspectives. Murburn concept is a paradigm-shift in biochemistry because it advocates that diffusible reactive (oxygen) species are mainstay of routine cellular metabolic process within the mitochondria.

연구 동기 및 목표

• 산화적 인산화의 우세한 수소 이온 기반의 힘 모델에 도전하기 위해.
• 현재의 미토콘드리아 ATP 합성 설명에 대한 일관성 없는 점을 해결하기 위해.
• 강한 수소 이온 기울기가 없는 환경에서도 작동하는 새로운, 진화적으로 일관된 ATP 생성 메커니즘을 제안하기 위해.
• 산확성 반응성 산소종(ROS)을 일상적인 미토콘드리아 대사의 중심 요소로 설정하기 위해.
• 미토콘드리아 에너지 변환 과정에 대해 더 단순하고 옥함의 면도 원칙에 부합하는 설명을 제공하기 위해.

제안 방법

• 내세포소기관막이 라디칼 반응을 봉인하고 안정화시키는 기능을 한다고 제안한다.
• ATP 합성을 수소 이온 기울기보다는 라디칼 사슬 반응 메커니즘에 의해 이끌어낸다고 프레임워크를 설정한다.
• 비순서적이고 유동적인 반응 체계를 선호하기 위해 진화적이고 열역학적 추론을 사용한다.
• 금속 효소와 플라빈에서의 라디칼 안정성과 전자 이동의 생화학 원리를 활용한다.
• 실험적 검증보다 개념적 모델링에 의존하며, 이론적 일관성을 강조한다.
• 옥함의 면도 원칙과 진화적 시각을 적용하여 단순성과 타당성을 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수소 이온 기울기가 부족하거나 존재하지 않을 때 미토콘드리아에서 ATP는 어떻게 합성되는가?
• RQ2 산확성 반응성 산소종(ROS)은 일상적인 세포 호흡에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 기존의 산화적 인산화 모델이 관찰된 에너지 결합을 설명하지 못하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 라디칼 기반 메커니즘이 수소 이온 기반의 힘 모델보다 더 단순하고 타당하게 ATP 합성을 설명할 수 있는가?
• RQ5 내세포소기관막은 수소 이온 이동에 의존하지 않고 어떻게 ATP 생성을 촉진하는가?

주요 결과

• murburn 개념은 내세포소기관막이 라디칼 반응을 안정화시켜 ATP 합성의 주요 원동력이 된다고 주장한다.
• 이 모델은 산확성 반응성 산소종(ROS)이 단순한 부산물이 아니라 일상 대사 기능의 중심에 있음을 시사한다.
• 이 메커니즘은 수소 이온 부족 환경에서도 효과적으로 작동하여 강력한 수소 이온 기울기가 필수적이라는 기존의 개념을 도전한다.
• 제안된 체계는 비순서적이고 유동적인 구조를 지녀 단순성과 진화적 타당성을 선호한다.
• 이 모델은 내세포소기관막에 존재하는 금속 및 플라빈 효소 복합체의 관찰 결과와 일치한다.
• 특히 기계적 문제 해결이 되지 않은 상황에서 기존의 화학적 이온 이동 이론에 대한 일관된 대안을 제공한다.