| Ubiquinol-cytokrom c-oxidoreduktase | |
|---|---|
| Struktur af mitokondriel ubiquinol-cytochrom c-oxidoreduktase i kompleks med ubiquinon [1] . | |
| Identifikatorer | |
| Kode KF | 7.1.1.8 |
| CAS nummer | 9027-03-6 |
| Enzymdatabaser | |
| IntEnz | IntEnz visning |
| BRENDA | BRENDA indgang |
| ExPASy | NiceZyme udsigt |
| MetaCyc | metabolisk vej |
| KEGG | KEGG indgang |
| PRIAM | profil |
| FBF strukturer | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Gen-ontologi | AmiGO • EGO |
| Søg | |
| PMC | artikler |
| PubMed | artikler |
| NCBI | NCBI proteiner |
| CAS | 9027-03-6 |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
| UCR_TM | |
|---|---|
| Identifikatorer | |
| Symbol | UCR_TM |
| Pfam | PF02921 |
| Interpro | IPR004192 |
| SCOP | 1be3 |
| SUPERFAMILIE | 1be3 |
| TCDB | 3.D.3 |
| OPM superfamilie | 345 |
| OPM protein | 3cx5 |
| Tilgængelige proteinstrukturer | |
| Pfam | strukturer |
| FBF | RCSB FBF ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | 3D model |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
Cytochrom - bc 1 - kompleks ( cytochrom bc 1 kompleks ) eller ubiquinol-cytochrom c-oxidoreduktase , eller kompleks III er et multiproteinkompleks af den respiratoriske elektrontransportkæde og den vigtigste biokemiske generator af protongradienten på mitokondriemembranen. Dette multiprotein transmembrankompleks kodes af mitochondrial ( cytokrom b ) og nuklear genom [2] .
Kompleks III blev isoleret fra kvæg-, kylling-, kanin- og gærhjertemitokondrier . Det er til stede i mitokondrierne hos alle dyr , planter og alle aerobe eukaryoter og på de indre membraner af de fleste eubakterier . Det er kendt, at komplekset danner i alt 13 proteinsløjfer, der krydser membranen [2] .
Komplekset af bovine hjertemitokondrier (molmasse ~ 248 kDa ) omfatter ca. 11 proteinunderenheder , hvoraf 8 er små hydrofobe membranproteiner med en ukendt (muligvis strukturel) funktion. Bakterielle cytokromkomplekser kan indeholde så lidt som 6 til 8 eller endda 3 underenheder [3] . De tre hovedunderenheder bærer protesegrupper . Cytokrom b , som indeholder to b-type hæmer med forskellige redoxpotentialer : hæm b L lav (E ° '~ -0,075 ... 0,00 V) og hæm b H med høj (E ° ' ~ - +0, 05 B) potentiel. Cytokrom c 1 bærer en protesegruppe, hæm type c (E ° ' - + 0,23 ... + 0,25 V). Jern-svovlproteinet Riske har et 2Fe-2S center (E°' ~ +0,28 V). Komplekset er kendt for at fungere som en dimer in vivo [2] .
Komplekset er nedsænket i den indre mitokondriemembran på en sådan måde, at den funktionelle gruppe af Riske-proteinet og cytokrom c går ind i intermembranrummet, mens de to hæm af cytokrom b er placeret i membranens tykkelse, med b p tæt på til dens inderside, og b n tæt på dens ydre side. Et sådant asymmetrisk arrangement af redoxcentre i membranen sikrer eksistensen af to rumligt adskilte elektrontransportkæder inden for et kompleks. Den første elektrontransportkæde med lavt potentiale er dannet af to hæmer af cytochrom b 6 - lavt potentiale b L og højpotentiale b H . Den anden, højpotentielle kæde inkluderer Riske-proteinet og cytochrom - cheme . Under oxidationen af ubioquinoler i cytochromkomplekset realiseres to konjugerede elektronstrømme - langs lavpotentiale- og højpotentialevejene [4] .
Røntgendiffraktionsanalysedata, som gør det muligt at bestemme positionen af aktive grupper i forhold til hinanden, såvel som eksperimenter med inhibitorer, gjorde det muligt at forstå, at elektrontransport ikke kun er mulig mellem to hæmer af samme kompleks, men også mellem to bL - hæmer placeret på forskellige komplekser associeret i en dimer [5] .
Hos hvirveldyr består bc 1 -komplekset eller kompleks III af 11 underenheder: 3 katalytiske underenheder, 2 kerneunderenheder og 6 underenheder med lav molekylvægt [6] [7] . Proteobakterielle komplekser kan kun bestå af tre underenheder [8] .
I planter er kompleks III bifunktionelt. Nylige undersøgelser af mitokondrierne af hvede ( Triticum aestivum ), kartoffel ( Solanum tuberosum ) og spinat ( Spinacia oleracea ) har vist, at kompleksets to kerneunderenheder, der vender mod matrixen, har MPP ( Mitochondrial Processing Peptidase ) peptidaseaktivitet og er involveret. i transportproteiner ind i mitokondrier [9] [10] .
MPP-peptidase er en heterodimer, der består af α-MPP- og β-MPP-underenheder, der hver vejer 50 kDa. Det afskærer det N-terminale signal eller transitsekvens på 40-80 aminosyrer fra proteiner, der kommer ind i mitokondrierne . I planter er MPP-peptidase en del af cytochrom bc 1 -komplekset, som betragtes som et arkaisk træk. Hos dyr forekom duplikering af kerneunderenhedsgener, således at MPP-peptidase er til stede i dem som et uafhængigt vandopløseligt matrixprotein. Kerneunderenhederne af cytochrom bc 1 - komplekset mistede imidlertid ikke aktivitet af peptidase , men i bc 1 -komplekset er det blokeret af den 9. underenhed, som dannes som et resultat af bearbejdningen af Riske-proteinet. Ikke desto mindre viste eksperimenter med det bovine cytochrom bc 1 -kompleks, at under påvirkning af detergenter og dissociation af den 9. underenhed opnår kerneunderenhederne igen peptidaseaktivitet [11] .
| Ingen. | Underenhed | humant protein | Beskrivelse | Pfam proteinfamilie |
|---|---|---|---|---|
| katalytiske underenheder | ||||
| en | MT-CYB/Cytb | CYB_HUMAN | Cytokrom b | Pfam PF13631 |
| 2 | CYC1 / Cyt c1 | CY1_MENNESKE | Cytokrom c 1 | Pfam PF02167 |
| 3 | Rieske/UCR1 | UCRI_HUMAN | Protein Riske | Pfam PF02921 , Pfam PF00355 |
| Kerneunderenheder | ||||
| fire | QCR1/SU1 | QCR1_HUMAN | Underenhed 1 (MPP peptidase) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| 5 | QCR2/SU2 | QCR2_HUMAN | Underenhed 2 (MPP peptidase) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| Lavmolekylære underenheder | ||||
| 6 | QCR6/SU6 | QCR6_HUMAN | Underenhed 6 | Pfam PF02320 |
| 7 | QCR7/SU7 | QCR7_HUMAN | Underenhed 7 (binder ubiquinon ) |
Pfam PF02271 |
| otte | QCR8/SU8 | QCR8_HUMAN | Underenhed 8 | Pfam PF02939 |
| 9 | QCR9/SU9/UCRC | QCR9_HUMAN a | Underenhed 9 | Pfam PF09165 |
| ti | QCR10/SU10 | QCR10_HUMAN | Underenhed 10 | Pfam PF05365 |
| elleve | QCR11/SU11 | QCR11_HUMAN | Underenhed 11 | Pfam PF08997 |
TTC19 er en nyligt opdaget lille underenhed af komplekset; mutationer i det fører til insufficiens af kompleks III af 2. type.
Cytokrom bc 1 komplekset oxiderer den reducerede ubiquinon og reducerer cytochrom c (E°'=+0,25 V) i henhold til ligningen:
QH 2 + 2 cit. c +3 + 2Н + i →Q + 2 cit. c +2 + 4H + ud
Elektronisk transport i komplekset er forbundet med overførsel af protoner fra matrixen (ind) til intermembranrummet (ud) og dannelsen af en protongradient på mitokondriemembranen. For hver to elektroner , der passerer gennem overføringskæden fra ubiquinon til cytochrom c , absorberes to protoner fra matrixen, og fire mere frigives i intermembranrummet. Det reducerede cytochrom c bevæger sig langs membranen i den vandige fraktion og overfører en elektron til det næste respiratoriske kompleks, cytochromoxidase [12] [13] .
De begivenheder, der opstår, er kendt som Q-cyklussen, som blev postuleret af Peter Mitchell i 1976. Princippet i Q-cyklussen er, at overførslen af H + over membranen sker som følge af oxidation og reduktion af quinoner på selve komplekset. I dette tilfælde giver henholdsvis quinoner og tager 2H + fra den vandige fase selektivt fra forskellige sider af membranen.
I strukturen af kompleks III er der to centre eller to lommer, hvor quinoner kan binde. En af dem, Q out -centret, er placeret mellem 2Fe-2S jern-svovl-klyngen og b L -hæmen nær den ydre (ud) side af membranen, der vender mod intermembranrummet. Reduceret ubiquinon (QH 2 ) binder sig i denne lomme . Den anden, Q in -pocket, er designet til at binde oxideret ubiquinon (Q) og er placeret nær den indvendige (in) side af membranen i kontakt med matrixen.
Første del af Q-cyklus
Anden del af Q-cyklussen
En nødvendig og paradoksal betingelse for driften af Q-cyklussen er, at levetiden og tilstanden af semiquinonerne i de to bindingscentre er forskellig. I Q ud -centeret er Q• ustabil og fungerer som et stærkt reduktionsmiddel, der er i stand til at donere e - til lavpotentialhæm ved. Ved Q'et i midten dannes en relativt langlivet Q• − , hvis potentiale gør det muligt for den at fungere som et oxidationsmiddel ved at acceptere elektroner fra hæmen b H . Et andet nøglemoment i Q-cyklussen er forbundet med divergensen af to elektroner inkluderet i komplekset langs to forskellige veje. Studiet af kompleksets krystalstruktur viste, at positionen af 2Fe-2S-centret i forhold til andre redoxcentre kan skifte. Det viste sig, at Riske-proteinet har et mobilt domæne , hvorpå 2Fe-2S-klyngen faktisk er placeret. Accepterer en elektron og restituerer, ændrer 2Fe-2S-centret sin position og bevæger sig væk fra Q- ud - centret og hæmen bL med 17 Å med en rotation på 60° og nærmer sig derved cytochrom c . Efter at have doneret en elektron til cytochrom, nærmer 2Fe-2S-centret sig tværtimod Q- out - centret for at etablere tættere kontakt. Således fungerer en slags shuttle (shuttle), der garanterer undslippet af den anden elektron til hæmerne b L og b H . Indtil videre er dette det eneste eksempel, hvor elektrontransport i komplekser er forbundet med et mobilt domæne i proteinstrukturen [15] .
En lille del af elektronerne forlader transportkæden, før de når kompleks IV . Den konstante lækage af elektroner til ilt fører til dannelsen af superoxid . Denne lille bireaktion fører til dannelsen af et helt spektrum af reaktive oxygenarter , som er meget giftige og spiller en væsentlig rolle i udviklingen af patologier og aldring (se frie radikalers teori om aldring ) [16] . Elektronisk lækage forekommer hovedsageligt ved Q in -stedet. Denne proces er hjulpet af antimycin A. Det blokerer hæmer b i deres reducerede tilstand, hvilket forhindrer dem i at dumpe elektroner på semiquinon Q•, hvilket igen fører til en stigning i dets koncentration. Semiquinon reagerer med ilt , hvilket fører til dannelsen af superoxid . Det resulterende superoxid kommer ind i mitokondriematrixen [17] [18] og intermembranrummet, hvorfra det kan trænge ind i cytosolen [17] [19] . Denne kendsgerning kan forklares med, at Complex III sandsynligvis producerer superoxid i form af uladet HOO • , som er nemmere at trænge ind i den ydre membran sammenlignet med ladet O 2 • - [18] .
Alle Complex III-hæmmere kan opdeles i tre grupper:
Nogle af disse stoffer bruges som fungicider (for eksempel derivater af strobilurin , hvoraf den bedst kendte er azoxystrobin , en Q- out -sted-hæmmer ) og antimalariamedicin ( atovaquon ) [20] .
Mutationer i Complex III gener resulterer almindeligvis i træningsintolerance [21] [22] . Andre mutationer kan forårsage septo-optisk dysplasi [23] og multisystem lidelser [24] . Mutationer i BCS1L-genet, der er ansvarlige for korrekt modning af kompleks III, kan føre til Björnstads syndrom og GRACILE-syndrom , som fører til død i en tidlig alder. Fænotypen af mange af disse og andre mutationer er blevet evalueret i systemer såsom gær [25] .
I hvor høj grad disse patologier er forårsaget af bioenergimangel, og i hvilket omfang af overdreven dannelse af reaktive oxygenarter, er i øjeblikket ukendt.
Cit. bc 1 i membranen.
Cit. f.eks. 1 tam kylling.
Bullish citat. bc 1 .
Cit. bc 1 og op. c fra S. cerevisiae .
Riske protein fra M. laminosus .
Placeringen af de to Riske-proteiner i Cit. b 6 f .
Cyt monomer. bc1 , underenheder er angivet .