Koenzym Q - cytochrom c reduktáza - Coenzyme Q – cytochrome c reductase

UCR_TM
Cytochrome1ntz.PNG
Krystalová struktura komplexu mitochondriálního cytochromu BC vázána s ubichinon.[1]
Identifikátory
SymbolUCR_TM
PfamPF02921
InterProIPR004192
SCOP21be3 / Rozsah / SUPFAM
TCDB3.D.3
OPM nadčeleď92
OPM protein3cx5
Membranome258
ubichinol - cytochrom-c reduktáza
Identifikátory
EC číslo7.1.1.8
Číslo CAS9027-03-6
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
schematické znázornění komplexních reakcí III

The koenzym Q: cytochrom C - oxidoreduktáza, někdy nazývané cytochrom před naším letopočtem1 komplex, a jindy komplex III, je třetím komplexem v elektronový transportní řetězec (ES 1.10.2.2 ), hrající rozhodující roli v biochemické generaci ATP (oxidační fosforylace ). Komplex III je multisubunitový transmembránový protein kódovaný jak mitochondriálními (cytochrom b ) a jaderné genomy (všechny ostatní podjednotky). Komplex III je přítomen v mitochondrie všech zvířat a všech aerobních eukaryot a vnitřních membrán většiny eubakterie. Mutace v komplexu III nesnášenlivost cvičení stejně jako multisystémové poruchy. BC1 komplex obsahuje 11 podjednotek, 3 respirační podjednotky (cytochrom B, cytochrom C1, Rieskeho protein), 2 jádra bílkoviny a 6 nízkomolekulárních bílkoviny.

Ubichinol - cytochrom-c reduktáza katalyzuje chemickou reakci

QH2 + 2 ferricytochrom c Q + 2 ferrocytochrom c + 2 H+

Tedy dva substráty tohoto enzymu jsou chinol (QH2) a ferri- (Fe3+) cytochrom c, zatímco jeho 3 produkty jsou chinon (Q), ferro- (Fe2+) cytochrom c a H+.

Tento enzym patří do rodiny oxidoreduktázy, konkrétně ty, které působí na difenoly a příbuzné látky jako dárce s cytochromem jako akceptorem. Tento enzym se účastní oxidační fosforylace. Má čtyři kofaktory: cytochrom c1, cytochrom b-562, cytochrom b-566 a 2-železo ferredoxin z Rieske typ.

Nomenklatura

The systematické jméno této třídy enzymů je ubichinol: ferricytochrom-c oxidoreduktáza. Mezi další běžně používaná jména patří:

  • koenzym Q-cytochrom c reduktáza,
  • dihydrocoenzym Q-cytochrom c reduktáza,
  • redukovaný ubichinon-cytochrom c reduktáza, komplex III,
  • (mitochondriální transport elektronů),
  • ubichinon-cytochrom c reduktáza,
  • ubichinol-cytochrom c oxidoreduktáza,
  • redukovaný koenzym Q-cytochrom c reduktáza,
  • ubichinon-cytochrom c oxidoreduktáza,
  • redukovaná ubichinon-cytochrom c oxidoreduktáza,
  • komplex transportu mitochondriálních elektronů III,
  • ubichinol-cytochrom c-2 oxidoreduktáza,
  • ubichinon-cytochrom b-C1 oxidoreduktáza,
  • ubichinol-cytochrom c2 reduktáza,
  • ubichinol-cytochrom C1 oxidoreduktáza,
  • CoQH2-cytochrom c oxidoreduktáza,
  • ubihydrochinol: cytochrom c oxidoreduktáza,
  • koenzym QH2-cytochrom c reduktáza a
  • QH2: cytochrom c oxidoreduktáza.

Struktura

Struktura komplexu III

Ve srovnání s ostatními hlavními podjednotkami čerpajícími protony elektronový transportní řetězec, počet nalezených podjednotek může být malý, stejně malý jako tři polypeptidové řetězce. Toto číslo se zvyšuje a jedenáct podjednotek se nachází ve vyšších zvířatech.[2] Tři podjednotky mají protetické skupiny. The cytochrom b podjednotka má dva b-typ lemy (bL a bH), cytochrom C podjednotka má jednu C-typ hemu (C1 ) a podjednotka Rieske Iron Sulphur Protein (ISP) má dvě železo, dvě síru klastr železo-síra (2Fe • 2S).

Struktury komplexu III: PDB: 1KYO​, PDB: 1L0L​

Složení komplexu

U obratlovců př1 komplex nebo komplex III obsahuje 11 podjednotek: 3 respirační podjednotky, 2 jádrové proteiny a 6 nízkomolekulárních proteinů.[3][4] Proteobakteriální komplexy mohou obsahovat až tři podjednotky.[5]

Tabulka podjednotkového složení komplexu III

Ne.Název podjednotkyČlověk proteinPopis bílkovin z UniProtPfam rodina s lidským proteinem
Proteiny respirační podjednotky
1MT-CYB / Cyt bCYB_HUMANCytochrom bPfam PF13631
2CYC1 / Cyt c1CY1_HUMANCytochrom c1, hemový protein, mitochondriálníPfam PF02167
3Rieske / UCR1UCRI_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka Rieske, mitochondriální ES 1.10.2.2 Pfam PF02921 , Pfam PF00355
Podjednotky jádrového proteinu
4QCR1 / SU1QCR1_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka 1, mitochondriálníPfam PF00675, Pfam PF05193
5QCR2 / SU2QCR2_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka 2, mitochondriálníPfam PF00675, Pfam PF05193
Nízkomolekulární proteinové podjednotky
6QCR6 / SU6QCR6_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka 6, mitochondriálníPfam PF02320
7QCR7 / SU7QCR7_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka 7Pfam PF02271
8QCR8 / SU8QCR8_HUMANCytochrom b-C1 komplexní podjednotka 8Pfam PF02939
9QCR9 / SU9 / UCRCQCR9_HUMANACytochrom b-C1 komplexní podjednotka 9Pfam PF09165
10QCR10 / SU10QCR10_HUMANCytochrom b-c1 komplexní podjednotka 10Pfam PF05365
11QCR11 / SU11QCR11_HUMANCytochrom b-C1 komplexní podjednotka 11Pfam PF08997
  • A U obratlovců produkt štěpení 8 kDa z N-konce proteinu Rieske (Signální peptid ) je v komplexu zachován jako podjednotka 9. Podjednotky 10 a 11 tedy odpovídají houbovým QCR9p a QCR10p.

Reakce

Katalyzuje redukci cytochrom C oxidací koenzym Q (CoQ) a souběžné čerpání 4 protony z mitochondriální matice do mezimembránového prostoru:

QH2 + 2 cytochrom C (FeIII) + 2 H+
v → Q + 2 cytochrom C (FeII) + 4 H+
ven

V procesu tzv Q cyklus,[6][7] dva protony jsou spotřebovány z matrice (M), čtyři protony jsou uvolňovány do mezimembránového prostoru (IM) a dva elektrony jsou předávány cytochromu C.

Reakční mechanismus

Q cyklus

Mechanismus reakce komplexu III (cytochrom bc1, koenzym Q: cytochrom C oxidoreduktáza) je známý jako ubichinonový („Q“) cyklus. V tomto cyklu se uvolní čtyři protony na pozitivní stranu „P“ (meziprostor membrány), ale pouze dva protony se zachytí z negativní strany „N“ (matice). Jako výsledek, a protonový gradient se tvoří přes membránu. V celkové reakci dva ubichinoly jsou oxidovány na ubichinony a jeden ubichinon je snížena na ubichinol. V úplném mechanismu jsou dva elektrony přeneseny z ubichinolu na ubichinon prostřednictvím dvou meziproduktů cytochromu c.

Celkově:

  • 2 x QH2 oxidovaný do Q
  • 1 x Q snížena do QH2
  • 2 x Cyt c snížena
  • 4 x H+ propuštěn do mezimembránového prostoru
  • 2 x H+ vyzvednout z matice

Reakce probíhá podle následujících kroků:

1. kolo:

  1. Cytochrom b váže ubichinol a ubichinon.
  2. Centrum 2Fe / 2S a BL každý hem vytáhne elektron z vázaného ubichinolu a uvolní dva vodíky do mezimembránového prostoru.
  3. Jeden elektron se převede na cytochrom c1 ze středu 2Fe / 2S, zatímco další je přenesen z BL hem k B.H Heme.
  4. Cytochrom c1 převede svůj elektron na cytochrom c (nezaměňovat s cytochromem c1) a B.H Heme přenáší svůj elektron na blízký ubichinon, což vede k tvorbě ubisemichinonu.
  5. Cytochrom c difunduje. Uvolňuje se první ubichinol (nyní oxidovaný na ubichinon), zatímco semichinon zůstává vázán.

2. kolo:

  1. Druhý ubichinol je vázán cytochromem b.
  2. Centrum 2Fe / 2S a BL každý hem vytáhne elektron z vázaného ubichinolu a uvolní dva vodíky do mezimembránového prostoru.
  3. Jeden elektron se převede na cytochrom c1 ze středu 2Fe / 2S, zatímco další je přenesen z BL hem k B.H Heme.
  4. Cytocrome c1 poté převede svůj elektron na cytochrom c, zatímco blízký semichinon produkovaný z 1. kola zachytí druhý elektron z BH lem spolu se dvěma protony z matrice.
  5. Ubiquinol (nyní oxidovaný na ubichinon) se uvolňuje společně s nově vytvořeným ubichinolem.[8]

Inhibitory komplexu III

Existují tři odlišné skupiny inhibitorů komplexu III.

  • Antimycin A váže se na Qi místo a inhibuje přenos elektronů v komplexu III z hemu bH na oxidovaný Q (inhibitor místa Qi).
  • Myxothiazol a stigmatellin váže se na QÓ místo a inhibuje přenos elektronů ze snížené QH2 na sirný protein Rieske Iron. Myxothiazol a stigmatellin se vážou na odlišné, ale překrývající se kapsy v QÓ stránky.
    • Myxothiazol se váže blíže na cytochrom bL (proto se označuje jako „proximální "inhibitor).
    • Stigmatellin se váže dále od hemu bL a blíže sírovému proteinu Rieske Iron, se kterým silně interaguje.

Některé z nich byly komerčně dostupné jako fungicidy ( strobilurin deriváty, z nichž nejznámější je azoxystrobin; QoI inhibitory) a jako látky proti malárii (atovakvon ).

Taky propylhexedrin inhibuje cytochrom c reduktázu.[9]

Volné radikály kyslíku

Malý zlomek elektronů opustí elektronový transportní řetězec, než dosáhne komplex IV. Předčasný únik elektronů do kyslík vede k tvorbě superoxid. Relevance této jinak drobné vedlejší reakce je v tom superoxid a další reaktivní formy kyslíku jsou vysoce toxické a předpokládá se, že hrají roli při několika patologických stavech a také při stárnutí ( teorie volných radikálů stárnutí ).[10] K úniku elektronů dochází hlavně na QÓ stránky a je stimulován antimycin A. Antimycin A zamkne b hemes ve sníženém stavu tím, že zabrání jejich reoxidaci na Qi místo, které zase způsobuje ustálené koncentrace QÓ semichinon stoupat, přičemž druhý druh reaguje kyslík tvořit superoxid. Předpokládá se, že účinek vysokého membránového potenciálu má podobný účinek.[11] Superoxid produkované v místě Qo mohou být uvolňovány jak do mitochondriální matrice[12][13] a do mezimembránového prostoru, kde pak může dosáhnout cytosolu.[12][14] To by mohlo být vysvětleno skutečností, že komplex III může produkovat superoxid jako propustná pro membránu Ahoj• spíše než nepropustné pro membránu Ó−.
2.[13]

Názvy lidských genů

MT-CYB: mtDNA kódovaný cytochrom b; mutace spojené s nesnášenlivostí cvičení

CYC1: cytochrom c1

CYCS: cytochrom c

UQCRFS1: Rieskeho železný sirný protein

UQCRB: Protein vázající ubichinon, mutace spojená s nedostatkem mitochondriálního komplexu III jaderného typu 3

UQCRH: pantový protein

UQCRC2: Jádro 2, mutace spojené s nedostatkem mitochondriálního komplexu III, jaderný typ 5

UQCRC1: Jádro 1

UQCR: 6,4 kB podjednotka

UQCR10: 7,2 kB podjednotka

TTC19: Nově identifikovaná podjednotka, mutace spojené s komplexním nedostatkem III jaderného typu 2.

Mutace v komplexních genech III u lidských onemocnění

Mutace v komplexních genech souvisejících s III se obvykle projevují jako intolerance cvičení.[15][16] Bylo hlášeno, že další mutace způsobují septooptickou dysplázii[17] a multisystémové poruchy.[18] Mutace v BCS1L, gen zodpovědný za správné zrání komplexu III, může mít za následek Björnstadův syndrom a GRACILNÍ syndrom, což u novorozenců jsou smrtelné stavy, které mají multisystémové a neurologické projevy typizující závažné mitochondriální poruchy. Patogenita několika mutací byla ověřena na modelových systémech, jako jsou kvasinky.[19]

Rozsah, v jakém jsou tyto různé patologie způsobeny bioenergetickými deficity nebo nadprodukcí superoxid je v současné době neznámý.

Viz také

Další obrázky

  • ATD

Reference

  1. ^ PDB: 1ntz​; Gao X, Wen X, Esser L, Quinn B, Yu L, Yu CA, Xia D (srpen 2003). „Strukturální základ pro redukci chinonu v komplexu bc1: srovnávací analýza krystalových struktur mitochondriálního cytochromu bc1 s navázaným substrátem a inhibitory v místě Qi“. Biochemie. 42 (30): 9067–80. doi:10.1021 / bi0341814. PMID  12885240.
  2. ^ Iwata S, Lee JW, Okada K, Lee JK, Iwata M, Rasmussen B, Link TA, Ramaswamy S, Jap BK (červenec 1998). "Kompletní struktura 11-podjednotky bovinního mitochondriálního komplexu cytochromu bc1". Věda. 281 (5373): 64–71. Bibcode:1998Sci ... 281 ... 64I. doi:10.1126 / science.281.5373.64. PMID  9651245.
  3. ^ Zhang Z, Huang L, Shulmeister VM, Chi YI, Kim KK, Hung LW a kol. (1998). "Přenos elektronů pohybem domény v cytochromu bc1". Příroda. 392 (6677): 677–84. Bibcode:1998 Natur.392..677Z. doi:10.1038/33612. PMID  9565029. S2CID  4380033.
  4. ^ Hao GF, Wang F, Li H, Zhu XL, Yang WC, Huang LS a kol. (2012). "Výpočetní objev pikomolárních inhibitorů Q (o) místa komplexu cytochromu bc1". J Am Chem Soc. 134 (27): 11168–76. doi:10.1021 / ja3001908. PMID  22690928.
  5. ^ Yang XH, Trumpower BL (1986). "Čištění komplexu tří podjednotek ubichinol-cytochrom c oxidoreduktáza z Paracoccus denitrificans". J Biol Chem. 261 (26): 12282–9. PMID  3017970.
  6. ^ Kramer DM, Roberts AG, Muller F, Cape J, Bowman MK (2004). „Reakce bypassu Q-cyklu v místě Qo komplexů cytochromu bc1 (a souvisejících)“. Chinony a chinonové enzymy, část B. Pervitin Enzymol. Metody v enzymologii. 382. 21–45. doi:10.1016 / S0076-6879 (04) 82002-0. ISBN  978-0-12-182786-1. PMID  15047094.
  7. ^ Crofts AR (2004). "Komplex cytochromu bc1: funkce v kontextu struktury". Annu. Physiol. 66: 689–733. doi:10.1146 / annurev.physiol.66.032102.150251. PMID  14977419.
  8. ^ Ferguson SJ, Nicholls D, Ferguson S (2002). Bioenergetika (3. vyd.). San Diego: Academic. str. 114–117. ISBN  978-0-12-518121-1.
  9. ^ Holmes, J. H .; Sapeika, N; Zwarenstein, H (1975). „Inhibiční účinek léků proti obezitě na NADH dehydrogenázu homogenátů srdce srdce“. Výzkum komunikace v chemické patologii a farmakologii. 11 (4): 645–6. PMID  241101.
  10. ^ Muller, F.L .; Lustgarten, M. S .; Jang, Y .; Richardson, A. & Van Remmen, H. (2007). "Trendy v teoriích oxidačního stárnutí". Volný radikál. Biol. Med. 43 (4): 477–503. doi:10.1016 / j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.
  11. ^ Skulachev VP (květen 1996). „Role nespojených a nespojených oxidací při udržování bezpečně nízkých hladin kyslíku a jeho jednoelektronových redukčních činidel“. Q. Rev. Biophys. 29 (2): 169–202. doi:10.1017 / s0033583500005795. PMID  8870073.
  12. ^ A b Muller F (2000). „Povaha a mechanismus produkce superoxidu v elektronovém transportním řetězci: jeho význam pro stárnutí“. STÁŘÍ. 23 (4): 227–253. doi:10.1007 / s11357-000-0022-9. PMC  3455268. PMID  23604868.
  13. ^ A b Muller FL, Liu Y, Van Remmen H (listopad 2004). „Komplex III uvolňuje superoxid na obě strany vnitřní mitochondriální membrány“. J. Biol. Chem. 279 (47): 49064–73. doi:10,1074 / jbc.M407715200. PMID  15317809.
  14. ^ Han D, Williams E, Cadenas E (leden 2001). „Generace superoxidového anionu závislá na mitochondriálním respiračním řetězci a jeho uvolňování do mezimembránového prostoru“. Biochem. J. 353 (Pt 2): 411–6. doi:10.1042/0264-6021:3530411. PMC  1221585. PMID  11139407.
  15. ^ DiMauro S (listopad 2006). "Mitochondriální myopatie" (PDF). Curr Opin Rheumatol. 18 (6): 636–41. doi:10.1097 / 01.bor.0000245729.17759.f2. PMID  17053512. S2CID  29140366.
  16. ^ DiMauro S (červen 2007). "Mitochondriální DNA lék". Biosci. Rep. 27 (1–3): 5–9. doi:10.1007 / s10540-007-9032-5. PMID  17484047. S2CID  5849380.
  17. ^ Schuelke M, Krude H, Finckh B, Mayatepek E, Janssen A, Schmelz M, Trefz F, Trijbels F, Smeitink J (březen 2002). „Septooptická dysplazie spojená s novou mutací mitochondriálního cytochromu b“. Ann. Neurol. 51 (3): 388–92. doi:10.1002 / ana.10151. PMID  11891837. S2CID  12425236.
  18. ^ Wibrand F, Ravn K, Schwartz M, Rosenberg T, Horn N, Vissing J (říjen 2001). "Multisystémová porucha spojená s missense mutací v mitochondriálním genu cytochromu b". Ann. Neurol. 50 (4): 540–3. doi:10,1002 / analog. 1224. PMID  11601507. S2CID  8944744.
  19. ^ Fisher N, Castleden CK, Bourges I, Brasseur G, Dujardin G, Meunier B (březen 2004). „Mutace spojené s lidskými chorobami v cytochromu b studovány v kvasinkách. J. Biol. Chem. 279 (13): 12951–8. doi:10,1074 / jbc.M313866200. PMID  14718526.

Další čtení

externí odkazy