| Ubiquinol-cytokrom c-oxidoreduktas | |
|---|---|
| Struktur av mitokondriell ubikinol-cytokrom c-oxidoreduktas i komplex med ubikinon [1] . | |
| Identifierare | |
| Kod KF | 7.1.1.8 |
| CAS-nummer | 9027-03-6 |
| Enzymdatabaser | |
| IntEnz | IntEnz-vy |
| BRENDA | BRENDA inträde |
| ExPASy | NiceZyme-vy |
| MetaCyc | Metabolisk väg |
| KEGG | KEGG inträde |
| PRIAM | profil |
| PDB- strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Genontologi | AmiGO • EGO |
| Sök | |
| PMC | artiklar |
| PubMed | artiklar |
| NCBI | NCBI-proteiner |
| CAS | 9027-03-6 |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
| UCR_TM | |
|---|---|
| Identifierare | |
| Symbol | UCR_TM |
| Pfam | PF02921 |
| Interpro | IPR004192 |
| SCOP | 1be3 |
| SUPERFAMILJ | 1be3 |
| TCDB | 3.D.3 |
| OPM superfamilj | 345 |
| OPM-protein | 3cx5 |
| Tillgängliga proteinstrukturer | |
| Pfam | strukturer |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsumma | 3D-modell |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Cytokrom - bc 1 - komplex ( cytokrom bc 1 -komplex ) eller ubiquinol-cytokrom c-oxidoreduktas , eller komplex III är ett multiproteinkomplex av den respiratoriska elektrontransportkedjan och den viktigaste biokemiska generatorn av protongradienten på mitokondriemembranet. Detta multiprotein transmembrankomplex kodas av mitokondriella ( cytokrom b ) och nukleära genom [2] .
Komplex III isolerades från nötkreaturs-, kyckling-, kanin- och jästhjärtamitokondrier . Det finns i mitokondrierna hos alla djur , växter och alla aeroba eukaryoter , och på de inre membranen hos de flesta eubakterier . Det är känt att komplexet bildar totalt 13 proteinslingor som korsar membranet [2] .
Komplexet av bovina hjärtmitokondrier (molmassa ~ 248 kDa ) inkluderar cirka 11 proteinsubenheter , varav 8 är små hydrofoba membranproteiner med en okänd (möjligen strukturell) funktion. Bakteriella cytokromkomplex kan innehålla så lite som 6 till 8 eller till och med 3 subenheter [3] . De tre huvudsakliga underenheterna bär protesgrupper . Cytokrom b , som innehåller två hemer av b-typ med olika redoxpotentialer : hem b L låg (E ° '~ -0,075 ... 0,00 V) och hem b H med hög (E ° ' ~ - +0, 05 B) potential. Cytokrom c 1 bär en protesgrupp, hem typ c (E ° ' - + 0,23 ... + 0,25 V). Järn-svavelproteinet Riske har ett 2Fe-2S-centrum (E°' ~ +0,28 V). Komplexet är känt för att fungera som en dimer in vivo [2] .
Komplexet är nedsänkt i det inre mitokondriella membranet på ett sådant sätt att den funktionella gruppen av Riske-proteinet och cytokrom c går in i intermembranutrymmet, medan de två hemerna av cytokrom b är belägna i membranets tjocklek, med b p nära till dess inre sida, och b n nära dess yttre sida. Ett sådant asymmetriskt arrangemang av redoxcentra i membranet säkerställer existensen av två rumsligt separerade elektrontransportkedjor inom ett komplex. Den första elektrontransportkedjan med låg potential bildas av två hemer av cytokrom b 6 - lågpotential b L och högpotential b H . Den andra kedjan med hög potential inkluderar Riske-proteinet och cytokromkhemet . Under oxidationen av ubiokinoler i cytokromkomplexet realiseras två konjugerade elektronflöden - längs lågpotential- och högpotentialvägarna [4] .
Röntgendiffraktionsanalysdata, som gör det möjligt att bestämma positionen för aktiva grupper i förhållande till varandra, såväl som experiment med inhibitorer, gjorde det möjligt att förstå att elektrontransport inte bara är möjlig mellan två hemer av samma komplex, men också mellan två b L hemer belägna på olika komplex associerade i en dimer [5] .
Hos ryggradsdjur består bc 1 - komplexet, eller komplex III, av 11 underenheter: 3 katalytiska underenheter, 2 kärnsubenheter och 6 underenheter med låg molekylvikt [6] [7] . Proteobakteriella komplex kan bestå av endast tre subenheter [8] .
I växter är Complex III bifunktionellt. Nyligen genomförda studier på mitokondrierna av vete ( Triticum aestivum ), potatis ( Solanum tuberosum ) och spenat ( Spinacia oleracea ) har visat att de två kärnsubenheterna i komplexet, vända mot matrisen, har MPP ( Mitochondrial Processing Peptidase ) peptidasaktivitet och är involverade . i transportproteiner in i mitokondrier [9] [10] .
MPP-peptidas är en heterodimer som består av α-MPP- och β-MPP-subenheter som var och en väger 50 kDa. Det skär av den N-terminala signalen eller transitsekvensen på 40-80 aminosyror från proteiner som kommer in i mitokondrierna . I växter är MPP-peptidas en del av cytokrom bc 1 - komplexet, vilket anses vara en ålderdomlig egenskap. Hos djur inträffade duplicering av kärnsubenhetsgener, så att MPP-peptidas är närvarande i dem som ett oberoende vattenlösligt matrisprotein. Kärnsubenheterna i cytokrom bc 1 - komplexet förlorade dock inte aktivitet av peptidas , men i bc 1 - komplexet blockeras det av den 9:e subenheten, som bildas som ett resultat av bearbetningen av Riske-proteinet. Ändå visade experiment med bovint cytokrom bc 1 - komplex att under påverkan av detergenter och dissociation av den 9:e subenheten, förvärvar kärnsubenheterna återigen peptidasaktivitet [11] .
| Nej. | Underenhet | mänskligt protein | Beskrivning | Pfam proteinfamilj |
|---|---|---|---|---|
| katalytiska subenheter | ||||
| ett | MT-CYB/Cytb | CYB_HUMAN | Cytokrom b | Pfam PF13631 |
| 2 | CYC1 / Cyt c1 | CY1_HUMAN | Cytokrom c 1 | Pfam PF02167 |
| 3 | Rieske/UCR1 | UCRI_HUMAN | Protein Riske | Pfam PF02921 , Pfam PF00355 |
| Kärnsubenheter | ||||
| fyra | QCR1/SU1 | QCR1_HUMAN | Subenhet 1 (MPP-peptidas) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| 5 | QCR2/SU2 | QCR2_HUMAN | Subenhet 2 (MPP-peptidas) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| Underenheter med låg molekylvikt | ||||
| 6 | QCR6/SU6 | QCR6_HUMAN | Underenhet 6 | Pfam PF02320 |
| 7 | QCR7/SU7 | QCR7_HUMAN | Subenhet 7 (binder ubiquinon ) |
Pfam PF02271 |
| åtta | QCR8/SU8 | QCR8_HUMAN | Underenhet 8 | Pfam PF02939 |
| 9 | QCR9/SU9/UCRC | QCR9_HUMAN a | Underenhet 9 | Pfam PF09165 |
| tio | QCR10/SU10 | QCR10_HUMAN | Underenhet 10 | Pfam PF05365 |
| elva | QCR11/SU11 | QCR11_HUMAN | Underenhet 11 | Pfam PF08997 |
TTC19 är en nyligen upptäckt liten underenhet av komplexet; mutationer i det leder till otillräcklighet av komplex III av den andra typen.
Cytokrom bc 1 - komplexet oxiderar det reducerade ubikinonet och reducerar cytokrom c (E°'=+0,25 V) enligt ekvationen:
QH 2 + 2 cit. c +3 + 2Н + i →Q + 2 cit. c +2 + 4H + ut
Elektronisk transport i komplexet är associerad med överföringen av protoner från matrisen (in) till intermembranutrymmet (ut) och genereringen av en protongradient på mitokondriella membranet. För varannan elektron som passerar genom överföringskedjan från ubikinon till cytokrom c absorberas två protoner från matrisen och ytterligare fyra frigörs i intermembranutrymmet. Det reducerade cytokrom c rör sig längs membranet i den vattenhaltiga fraktionen och överför en elektron till nästa respiratoriska komplex, cytokromoxidas [12] [13] .
Händelserna som inträffar är kända som Q-cykeln, som postulerades av Peter Mitchell 1976. Principen för Q-cykeln är att överföringen av H + över membranet sker som ett resultat av oxidation och reduktion av kinoner på själva komplexet. I detta fall ger respektive tar kinoner 2H + från vattenfasen selektivt från olika sidor av membranet.
I strukturen av komplex III finns det två centra, eller två fickor, där kinoner kan binda. En av dem, Q out -centrum, är belägen mellan 2Fe-2S järn-svavelklustret och b L hemen nära den yttre (ut) sidan av membranet som är vänd mot intermembranutrymmet. Reducerat ubikinon (QH 2 ) binder i denna ficka . Den andra, Q in -pocket, är utformad för att binda oxiderad ubikinon (Q) och är belägen nära den inre (insidan) av membranet i kontakt med matrisen.
Första delen av Q-cykeln
Den andra delen av Q-cykeln
Ett nödvändigt och paradoxalt villkor för driften av Q-cykeln är det faktum att livslängden och tillståndet för semikinoner i de två bindningscentra är olika. I Q out -center är Q• instabil och fungerar som ett starkt reducerande medel som kan donera e - till lågpotentialhemet. Vid Q i mitten bildas en relativt långlivad Q• − , vars potential gör att den kan fungera som ett oxidationsmedel genom att ta emot elektroner från hemen b H . Ett annat nyckelmoment i Q-cykeln är associerat med divergensen av två elektroner som ingår i komplexet längs två olika banor. Studiet av komplexets kristallstruktur visade att positionen för 2Fe-2S-centret i förhållande till andra redoxcentra kan skifta. Det visade sig att Riske-proteinet har en mobil domän , där 2Fe-2S-klustret faktiskt finns. Accepterar en elektron och återhämtar sig, ändrar 2Fe-2S-centret sin position, flyttar sig bort från Q out - centrum och hemen bL med 17 Å med en rotation av 60° och närmar sig därigenom cytokrom c . Efter att ha donerat en elektron till cytokrom, närmar sig 2Fe-2S-centret tvärtom Q out - centret för att etablera närmare kontakt. Således fungerar en slags skyttel (skyttel) som garanterar flykten av den andra elektronen till hemerna b L och b H . Hittills är detta det enda exemplet när elektrontransport i komplex är associerad med en mobil domän i proteinstrukturen [15] .
En liten del av elektronerna lämnar transportkedjan innan de når komplex IV . Det konstanta läckaget av elektroner till syre leder till bildandet av superoxid . Denna lilla bireaktion leder till bildandet av ett helt spektrum av reaktiva syrearter , som är mycket giftiga och spelar en betydande roll i utvecklingen av patologier och åldrande (se teorin om fria radikaler om åldrande ) [16] . Elektroniskt läckage uppstår främst vid Q in - platsen. Denna process underlättas av antimycin A. Det blockerar hemer b i deras reducerade tillstånd, vilket hindrar dem från att dumpa elektroner på semikinon Q•, vilket i sin tur leder till en ökning av dess koncentration. Semikinon reagerar med syre , vilket leder till bildandet av superoxid . Den resulterande superoxiden går in i mitokondriella matrisen [17] [18] och intermembranutrymmet, varifrån den kan komma in i cytosolen [17] [19] . Detta faktum kan förklaras av att Complex III troligen producerar superoxid i form av oladdad HOO • , som är lättare att penetrera det yttre membranet jämfört med laddad O 2 • - [18] .
Alla Complex III-hämmare kan delas in i tre grupper:
Vissa av dessa substanser används som fungicider (till exempel derivat av strobilurin , varav den mest kända är azoxystrobin , en Q- out -hämmare ) och antimalarialäkemedel ( atovaquone ) [20] .
Mutationer i Complex III-gener leder vanligtvis till träningsintolerans [21] [22] . Andra mutationer kan orsaka septo-optisk dysplasi [23] och multisystemstörningar [24] . Mutationer i BCS1L-genen som ansvarar för korrekt mognad av komplex III kan leda till Björnstads syndrom och GRACILE syndrom , vilket leder till döden i tidig ålder. Fenotypen för många av dessa och andra mutationer har utvärderats i system som jäst [25] .
I vilken utsträckning dessa patologier orsakas av bioenergibrist, och i vilken utsträckning av överdriven bildning av reaktiva syrearter, är för närvarande okänt.
Cit. bc 1 i membranet.
Cit. bc 1 inhemsk kyckling.
Hausse citat. bc 1 .
Cit. bc 1 och op. c från S. cerevisiae .
Riske protein från M. laminosus .
Positionen för de två Riske-proteinerna i Cit. b 6 f .
Cyt monomer. bc1 , subenheter indikeras.