[論文レビュー] Murburn concept: A facile explanation for oxygen-centered cellular respiration

Kelath Murali Manoj|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2017

Mitochondrial Function and Pathology参考文献 50被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、生物化学におけるパラダイム転換をもたらす「murburn概念」を提唱する。酸素中心のラジカル反応、特に拡散性反応性酸素種（ROS）が、内側ミトコンドリア膜内でのラジカル中間体の安定化を通じて、ATP合成を駆動するとする。このメカニズムは、従来のプロトン動こう力モデルを回避し、プロトン不足の環境下でもより単純で進化的に説得力のある酸化的リン酸化の説明を提供する。

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.

研究の動機と目的

• 酸化的リン酸化の支配的であるとされるプロトン動こう力モデルに挑戦すること。
• 現在のミトコンドリアATP合成の説明における一貫性の欠如を解消すること。
• 強いプロトン勾配が存在しない環境下でも、進化的に整合性のあるATP産生の新規メカニズムを提案すること。
• 拡散性反応性酸素種（ROS）を日常的なミトコンドリア代謝の中心的役割を果たすものとして位置づけること。
• ミトコンドリアエネルギー変換のより単純で、オッカムの剃刀にかなった説明を提供すること。

提案手法

• 内側ミトコンドリア膜がラジカル反応を閉じ込め、安定化する役割を果たすと提唱する。
• ATP合成をプロトン勾配ではなく、ラジカル連鎖反応によって駆動すると位置づける。
• 進化的および熱力学的考察を用いて、無秩序でダイナミックな反応機構を好む。
• 金属酵素およびフルビンにおけるラジカル安定性と電子移動の生化学的原則を援用する。
• 実験的検証に依拠せず、理論的整合性を重視する概念的モデルに依拠する。
• オッカムの剃刀および進化的視点を用いて、単純さと説得力の優位性を主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プロトン勾配が不十分または存在しない状況で、ミトコンドリアにおけるATP合成はどのように行われるのか？
• RQ2 拡散性反応性酸素種（ROS）は日常的な細胞呼吸においてどのような役割を果たすのか？
• RQ3 従来の酸化的リン酸化モデルが、観察されたエネルギー結合を説明できないのはなぜか？
• RQ4 ラジカルベースのメカニズムは、プロトン動こう力モデルに比べて、より単純かつ説得力がある説明を提供できるか？
• RQ5 内側ミトコンドリア膜は、プロトン輸送に依存せずにATP産生をどのように促進するのか？

主な発見

• murburn概念は、内側ミトコンドリア膜によって閉じ込められ、安定化されたラジカル反応がATP合成の主な駆動力であると提唱する。
• このモデルは、拡散性反応性酸素種（ROS）が単なる副産物ではなく、日常的代謝機能の中心的役割を果たすと示唆する。
• このメカニズムは、プロトン不足の微小環境でも効果的に機能し、強いプロトン勾配の必要性を疑問視する。
• 提示されたスキームは無秩序で、ダイナミックに柔軟であり、単純さと進化的説得力の優位性を示す。
• 金属およびフルビン酵素複合体が内側ミトコンドリア膜に存在するという観察結果と整合する。
• 未解決のメカニズム的問題を踏まえても、このフレームワークは、確立された化学浸透理論の整合的で説得力のある代替案を提供する。