Коэнзим Q – цитохром с редуктаза
Класс ферментов
Семейство белков
Комплекс цитохрома b-c1
Кристаллическая структура митохондриального комплекса цитохрома bc, связанного с убихиноном . [1]
Идентификаторы
Символ(Н/Д)
СКОП21be3 / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ / SUPFAM
TCDB3.D.3
суперсемейство OPM92
белок ОПМ3cx5
Мембранома258
убихинол—цитохром-с-редуктаза
Идентификаторы
Номер ЕС7.1.1.8
Номер CAS9027-03-6
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Кофермент Q: цитохром c - оксидоредуктаза , иногда называемый комплексом цитохрома bc 1 , а в других случаях комплексом III , является третьим комплексом в цепи переноса электронов ( EC 1.10.2.2), играющим решающую роль в биохимической генерации АТФ ( окислительное фосфорилирование ). Комплекс III представляет собой мультисубъединичный трансмембранный белок, кодируемый как митохондриальным ( цитохром b ), так и ядерным геномом (все остальные субъединицы). Комплекс III присутствует в митохондриях всех животных и всех аэробных эукариот, а также во внутренних мембранах большинства бактерий . Мутации в комплексе III вызывают непереносимость физических нагрузок , а также мультисистемные расстройства. Комплекс bc1 содержит 11 субъединиц, 3 дыхательные субъединицы (цитохром B, цитохром C1, белок Риске), 2 основных белка и 6 низкомолекулярных белков .

Убихинол — цитохром-с-редуктаза катализирует химическую реакцию

QH 2 + 2 феррицитохром c Q + 2 ферроцитохром c + 2 H + ⇌ {\displaystyle \rightleftharpoons}

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются хинол (QH 2 ) и ферри- (Fe 3+ ) цитохром c , тогда как его тремя продуктами являются хинон (Q), ферро- (Fe 2+ ) цитохром c и H + .

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности, тех, которые действуют на дифенолы и родственные им вещества как донор с цитохромом как акцептором. Этот фермент участвует в окислительном фосфорилировании . Он имеет четыре кофактора : цитохром c 1 , цитохром b-562, цитохром b-566 и 2-железо ферредоксин типа Риске .

Номенклатура

Систематическое название этого класса ферментов — убихинол:феррицитохром-с оксидоредуктаза . Другие названия, которые обычно используются, включают:

  • кофермент Q-цитохром с редуктаза,
  • дигидрокоэнзим Q-цитохром с редуктаза,
  • восстановленная убихинон-цитохром с-редуктаза, комплекс III,
  • (митохондриальный транспорт электронов),
  • убихинон-цитохром с редуктаза,
  • убихинол-цитохром с оксидоредуктаза,
  • восстановленный кофермент Q-цитохром с редуктаза,
  • убихинон-цитохром с оксидоредуктаза,
  • восстановленная убихинон-цитохром с оксидоредуктаза,
  • митохондриальный комплекс переноса электронов III,
  • убихинол-цитохром с-2 оксидоредуктаза,
  • убихинон-цитохром b-c1 оксидоредуктаза,
  • убихинол-цитохром с2 редуктаза,
  • убихинол-цитохром c1 оксидоредуктаза,
  • CoQH2-цитохром с оксидоредуктаза,
  • убигидрохинол:цитохром с оксидоредуктаза,
  • кофермент QH2-цитохром с редуктаза, и
  • QH2:цитохром с оксидоредуктаза.

Структура

Структура комплекса III (кликните для увеличения)

По сравнению с другими основными субъединицами протонного насоса цепи переноса электронов , число обнаруженных субъединиц может быть небольшим, всего лишь тремя полипептидными цепями. Это число увеличивается, и у высших животных обнаружено одиннадцать субъединиц. [2] Три субъединицы имеют простетические группы . Субъединица цитохрома b имеет два гема типа b ( b L и b H ), субъединица цитохрома c имеет один гем типа c ( c 1 ), а субъединица белка железа и серы Риске (ISP) имеет кластер из двух атомов железа и двух атомов серы (2Fe•2S).

Структуры комплекса III: PDB : 1KYO ​, PDB : 1L0L

Состав комплекса

У позвоночных комплекс bc 1 , или комплекс III, содержит 11 субъединиц: 3 респираторные субъединицы, 2 основных белка и 6 низкомолекулярных белков. [3] [4] Протеобактериальные комплексы могут содержать всего три субъединицы. [5]

Таблица субъединичного состава комплекса III

Нет.Название субъединицыСимвол гена человекаОписание белка от UniProtСемейство Pfam с человеческим белком
Дыхательные субъединичные белки
1MT-CYB / Цит bМТ-CYBЦитохром bПфам PF13631
2CYC1 / Цит c1CYC1Цитохром c1, гемовый белок, митохондриальныйПфам PF02167
3Риске / UCR1UQCRFS1Субъединица комплекса цитохрома b-c1 Риске, митохондриальная EC 1.10.2.2Пфам PF02921, Пфам PF00355
Основные белковые субъединицы
4QCR1 / SU1UQCRC1Субъединица 1 комплекса цитохрома b-c1, митохондриальнаяПфам PF00675, Пфам PF05193
5QCR2 / SU2UQCRC2Цитохром b-c1 комплекс субъединица 2, митохондриальнаяПфам PF00675, Пфам PF05193
Низкомолекулярные белковые субъединицы
6QCR6/SU6UQCRHЦитохром b-c1 комплекс субъединица 6, митохондриальнаяПфам PF02320
7QCR7 / SU7UQCRBСубъединица 7 комплекса цитохрома b-c1Пфам PF02271
8QCR8 / SU8UQCRQСубъединица 8 комплекса цитохрома b-c1Пфам PF02939
9QCR9 / SU9UQCRFS1 а(Северный терминал Риеске, отдельного входа нет)Пфам PF09165
10QCR10/SU10UQCR10Субъединица 9 комплекса цитохрома b-c1Пфам PF05365
11QCR11/SU11UQCR11Субъединица 10 комплекса цитохрома b-c1Пфам PF08997
  • а У позвоночных продукт расщепления 8 кДа от N-конца белка Риске ( сигнальный пептид ) сохраняется в комплексе как субъединица 9. Таким образом, субъединицы 10 и 11 соответствуют грибковым QCR9p и QCR10p.

Реакция

схематическое изображение комплексных реакций III

Он катализирует восстановление цитохрома с путем окисления кофермента Q ( CoQ) и сопутствующую перекачку 4 протонов из митохондриального матрикса в межмембранное пространство:

QH 2 + 2 цитохром c (Fe III ) + 2 H+
в→ Q + 2 цитохром c (Fe II ) + 4 H+
выход

В процессе, называемом циклом Q , [6] [7] два протона потребляются из матрицы (М), четыре протона высвобождаются в межмембранное пространство (ИМ) и два электрона передаются цитохрому c .

Механизм реакции

Q-цикл

Механизм реакции для комплекса III (цитохром bc1, кофермент Q: цитохром C оксидоредуктаза) известен как цикл убихинона («Q»). В этом цикле четыре протона высвобождаются в положительную сторону «P» (межмембранное пространство), но только два протона захватываются с отрицательной стороны «N» (матрица). В результате на мембране образуется градиент протонов . В общей реакции два убихинола окисляются до убихинонов , а один убихинон восстанавливается до убихинола . В полном механизме два электрона переносятся от убихинола к убихинону через два промежуточных продукта цитохрома c.

Общий :

  • 2 x QH 2 окисляется до Q
  • 1 x Q уменьшен до QH 2
  • 2 x Цит С снижен
  • 4 x H + высвобождается в межмембранное пространство
  • 2 x H + взято из матрицы

Реакция протекает по следующим стадиям:

Раунд 1 :

  1. Цитохром b связывает убихинол и убихинон.
  2. Центр 2Fe/2S и гем B L каждый оттягивают по одному электрону от связанного убихинола, высвобождая два протона в межмембранное пространство.
  3. Один электрон переносится на цитохром c 1 из центра 2Fe/2S, в то время как другой переносится с гема B L на гем B H.
  4. Цитохром c 1 передает свой электрон цитохрому c (не путать с цитохромом c1), а гем B H передает свой электрон соседнему убихинону, что приводит к образованию убисемихинона.
  5. Цитохром с диффундирует. Первый убихинол (теперь окисленный до убихинона) высвобождается, в то время как семихинон остается связанным.

Раунд 2 :

  1. Второй убихинол связывается цитохромом b.
  2. Центр 2Fe/2S и гем B L каждый оттягивают по одному электрону от связанного убихинола, высвобождая два протона в межмембранное пространство.
  3. Один электрон переносится на цитохром c 1 из центра 2Fe/2S, в то время как другой переносится с гема B L на гем B H.
  4. Затем цитохром c 1 передает свой электрон цитохрому c , в то время как близлежащий семихинон, полученный в результате цикла 1, забирает второй электрон из гема B H вместе с двумя протонами из матрицы.
  5. Высвобождается второй убихинол (теперь окисленный до убихинона) вместе с вновь образованным убихинолом. [8]

Ингибиторы комплекса III

Существует три различные группы ингибиторов Комплекса III.

  • Антимицин А связывается с сайтом Qi и ингибирует перенос электронов в Комплексе III от гема bH к окисленному Q (ингибитор сайта Qi).
  • Миксотиазол и стигмателлин связываются с сайтом Q o и ингибируют перенос электронов от восстановленного QH 2 к белку серы железа Риске. Миксотиазол и стигмателлин связываются с различными, но перекрывающимися карманами в пределах сайта Q o .
    • Миксотиазол связывается ближе к цитохрому bL (поэтому его называют « проксимальным » ингибитором).
    • Стигмателлин связывается дальше от гема bL и ближе к белку серы железа Риске, с которым он сильно взаимодействует.

Некоторые из них были коммерциализированы как фунгициды ( производные стробилурина , наиболее известным из которых является азоксистробин ; ингибиторы QoI ) и как противомалярийные средства ( атовакуон ). Некоторые ингибиторы сайта Qo были коммерциализированы как инсектициды ( группа IRAC 20). [9]

Также пропилгекседрин ингибирует цитохром с-редуктазу. [10]

Свободные радикалы кислорода

Небольшая часть электронов покидает электронно-транспортную цепь до достижения комплекса IV . Преждевременная утечка электронов в кислород приводит к образованию супероксида . Значимость этой в противном случае незначительной побочной реакции заключается в том, что супероксид и другие активные формы кислорода являются высокотоксичными и, как полагают, играют роль в нескольких патологиях, а также в старении ( теория старения свободных радикалов ). [11] Утечка электронов происходит в основном в сайте Q o и стимулируется антимицином A. Антимицин A блокирует b -гемы в восстановленном состоянии, предотвращая их повторное окисление в сайте Q i , что, в свою очередь, вызывает повышение стационарных концентраций семихинона Q o , причем последний вид реагирует с кислородом с образованием супероксида . Считается, что эффект высокого мембранного потенциала имеет аналогичный эффект. [12] Супероксид, образующийся в сайте Q o, может высвобождаться как в митохондриальный матрикс [13] [14] , так и в межмембранное пространство, откуда он затем может достичь цитозоля. [13] [15] Это можно объяснить тем фактом, что Комплекс III может производить супероксид в виде проницаемого для мембран HOO • , а не в виде непроницаемого для мембран O−.
2. [14]

Названия человеческих генов

  • MT-CYB : цитохром b, кодируемый мтДНК ; мутации, связанные с непереносимостью физических нагрузок
  • CYC1 : цитохром c1
  • CYCS : цитохром c
  • UQCRFS1 : железо-серный белок Риске
  • UQCRB : белок, связывающий убихинон, мутация, связанная с дефицитом митохондриального комплекса III ядерного типа 3
  • UQCRH : шарнирный белок
  • UQCRC2 : ядро ​​2, мутации, связанные с дефицитом митохондриального комплекса III, ядерный тип 5
  • UQCRC1 : Ядро 1
  • UQCR: субъединица 6.4KD
  • UQCR10 : субъединица 7,2КД
  • TTC19 : недавно идентифицированная субъединица, мутации связаны с дефицитом комплекса III ядерного типа 2. Помогает удалить N-концевой фрагмент UQCRFS1, который в противном случае мешал бы функционированию комплекса III. [16]

Мутации в генах комплекса III при заболеваниях человека

Мутации в генах, связанных с комплексом III, обычно проявляются в виде непереносимости физических нагрузок. [17] [18] Сообщалось, что другие мутации вызывают септооптическую дисплазию [19] и мультисистемные расстройства. [20] Однако мутации в BCS1L , гене, отвечающем за правильное созревание комплекса III, могут привести к синдрому Бьёрнстада и синдрому GRACILE , которые у новорожденных являются летальными состояниями, имеющими мультисистемные и неврологические проявления, типичные для тяжелых митохондриальных расстройств. Патогенность нескольких мутаций была подтверждена в модельных системах, таких как дрожжи. [21]

В настоящее время неизвестно , в какой степени эти различные патологии обусловлены биоэнергетическим дефицитом или избыточной выработкой супероксида .

Смотрите также

Дополнительные изображения

  • И Т. Д
    И Т. Д

Ссылки

  1. ^ PDB : 1ntz ​; Gao X, Wen X, Esser L, Quinn B, Yu L, Yu CA, Xia D (август 2003 г.). «Структурная основа восстановления хинона в комплексе bc1: сравнительный анализ кристаллических структур митохондриального цитохрома bc1 со связанным субстратом и ингибиторами на сайте Qi». Биохимия . 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 (июль 1998). "Полная структура 11-субъединичного комплекса митохондриального цитохрома bc1 быка". Science . 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 и др. (1998). «Перенос электронов путем перемещения домена в цитохроме bc1». Nature . 392 (6677): 677– 84. Bibcode :1998Natur.392..677Z. doi :10.1038/33612. PMID  9565029. S2CID  4380033.
  4. ^ Хао GF, Ван F, Ли H, Чжу XL, Ян WC, Хуан LS и др. (2012). «Вычислительное открытие пикомолярных ингибиторов сайта Q(o) комплекса цитохрома bc1». J Am Chem Soc . 134 (27): 11168– 76. doi :10.1021/ja3001908. PMID  22690928.
  5. ^ Yang XH, Trumpower BL (1986). «Очистка трехсубъединичного комплекса убихинол-цитохром c оксидоредуктазы из Paracoccus denitrificans». J Biol Chem . 261 (26): 12282– 9. doi : 10.1016/S0021-9258(18)67236-9 . PMID  3017970.
  6. ^ Kramer DM , Roberts AG, Muller F, Cape J, Bowman MK (2004). "Реакции обхода Q-цикла на участке Qo цитохрома bc1 (и родственных) комплексов". Хиноны и хинонные ферменты, часть B. Методы в энзимологии. Т. 382. С.  21– 45. doi :10.1016/S0076-6879(04)82002-0. ISBN 978-0-12-182786-1. PMID  15047094.
  7. ^ Crofts AR (2004). «Комплекс цитохрома bc1: функция в контексте структуры». Annu. Rev. Physiol . 66 : 689–733 . doi :10.1146/annurev.physiol.66.032102.150251. PMID  14977419.
  8. ^ Фергюсон С.Дж., Николлс Д., Фергюсон С. (2002). Биоэнергетика (3-е изд.). Сан-Диего: Академик. С.  114–117 . ISBN. 978-0-12-518121-1.
  9. ^ Йешке, Питер; Витшель, Матиас; Кремер, Вольфганг; Ширмер, Ульрих (25 января 2019 г.). «32.3 Ингибиторы митохондриального транспорта электронов: акарициды и инсектициды». Современные средства защиты растений (3-е изд.). Вили-ВЧ. стр.  1156–1201 . ISBN. 9783527699261.{{cite book}}: CS1 maint: date and year (link)
  10. ^ Холмс, Дж. Х.; Сапейка, Н.; Зваренштайн, Х. (1975). «Ингибирующее действие препаратов против ожирения на НАДН-дегидрогеназу гомогенатов сердца мышей». Research Communications in Chemical Pathology and Pharmacology . 11 (4): 645–6 . PMID  241101.
  11. ^ Muller, FL; Lustgarten, MS; Jang, Y.; Richardson, A. & Van Remmen, H. (2007). «Тенденции в теориях окислительного старения». Free Radic. Biol. Med . 43 (4): 477– 503. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.
  12. ^ Скулачев ВП (май 1996). «Роль несопряженных и не сопряженных окислений в поддержании безопасно низких уровней кислорода и его одноэлектронных восстановителей». Q. Rev. Biophys . 29 (2): 169– 202. doi :10.1017/s0033583500005795. PMID  8870073. S2CID  40859585.
  13. ^ ab Muller F (2000). «Природа и механизм производства супероксида цепью переноса электронов: его значение для старения». AGE . 23 (4): 227– 253. doi :10.1007/s11357-000-0022-9. PMC 3455268 . PMID  23604868. 
  14. ^ ab Muller FL, Liu Y, Van Remmen H (ноябрь 2004 г.). «Комплекс III выделяет супероксид по обе стороны внутренней митохондриальной мембраны». J. Biol. Chem . 279 (47): 49064– 73. doi : 10.1074/jbc.M407715200 . PMID  15317809.
  15. ^ Han D, Williams E, Cadenas E (январь 2001 г.). «Генерация супероксид-аниона, зависящая от митохондриальной дыхательной цепи, и его высвобождение в межмембранное пространство». Biochem. J . 353 (Pt 2): 411– 6. doi :10.1042/0264-6021:3530411. PMC 1221585 . PMID  11139407. 
  16. ^ Боттани, Э; Черутти, Р; Харбор, Мэн; Равалья, С; Доган, ЮАР; Джордано, К; Фернли, IM; Д'Амати, Дж; Вискоми, К; Фернандес-Визарра, Э; Зевиани, М (6 июля 2017 г.). «TTC19 играет управляющую роль в обмене UQCRFS1 в биогенезе митохондриального дыхательного комплекса III». Молекулярная клетка . 67 (1): 96–105.e4. doi : 10.1016/j.molcel.2017.06.001 . ПМИД  28673544.
  17. ^ DiMauro S (ноябрь 2006 г.). «Митохондриальные миопатии» (PDF) . Curr Opin Rheumatol . 18 (6): 636– 41. doi :10.1097/01.bor.0000245729.17759.f2. PMID  17053512. S2CID  29140366.
  18. ^ DiMauro S (июнь 2007 г.). «Митохондриальная ДНК-медицина». Biosci. Rep . 27 ( 1– 3): 5– 9. doi :10.1007/s10540-007-9032-5. PMID  17484047. S2CID  5849380.
  19. ^ Шуэльке М, Круде Х, Финк Б, Маятепек Э, Янссен А, Шмельц М, Трефз Ф, Трийбелс Ф, Смейтинк Дж (март 2002 г.). «Септооптическая дисплазия, связанная с новой мутацией митохондриального цитохрома b». Энн. Нейрол . 51 (3): 388–92 . doi :10.1002/ana.10151. PMID  11891837. S2CID  12425236.
  20. ^ Wibrand F, Ravn K, Schwartz M, Rosenberg T, Horn N, Vissing J (октябрь 2001 г.). «Мультисистемное расстройство, связанное с миссенс-мутацией в митохондриальном гене цитохрома b». Ann. Neurol . 50 (4): 540– 3. doi :10.1002/ana.1224. PMID  11601507. S2CID  8944744.
  21. ^ Fisher N, Castleden CK, Bourges I, Brasseur G, Dujardin G, Meunier B (март 2004 г.). «Мутации цитохрома b, связанные с болезнями человека, изученные на дрожжах». J. Biol. Chem . 279 (13): 12951– 8. doi : 10.1074/jbc.M313866200 . PMID  14718526.

Дальнейшее чтение

  • Marres CM, Slater EC (1977). "Полипептидный состав очищенной QH2:цитохром c оксидоредуктазы из митохондрий бычьего сердца". Biochim. Biophys. Acta . 462 (3): 531– 548. doi :10.1016/0005-2728(77)90099-8. PMID  597492.
  • Риске Дж. С. (1976). «Состав, структура и функция комплекса III дыхательной цепи». Biochim. Biophys. Acta . 456 (2): 195– 247. doi : 10.1016/0304-4173(76)90012-4 . PMID  788795.
  • Wikstrom M, Krab K, Saraste M (1981). «Протон-транслоцирующие цитохромные комплексы». Annu. Rev. Biochem . 50 : 623–655 . doi :10.1146/annurev.bi.50.070181.003203. PMID  6267990.
  • Сайт комплекса цитохрома bc1 (Эдвард А. Берри) на Wayback Machine (архивировано 9 октября 2006 г.) на lbl.gov
  • Сайт комплекса цитохрома bc1 (Энтони Р. Крофтс) Архивировано 17.09.2007 на Wayback Machine на uiuc.edu
  • База данных PROMISE: комплекс цитохрома bc1 на archive.today (архивировано 27 августа 1999 г.) на scripps.edu
  • Интерактивная молекулярная модель комплекса III в Wayback Machine (архивировано 12 января 2009 г.) (требуется MDL Chime)
  • Ориентация белков в мембранах семейств/суперсемейства UMich-3 - Рассчитанные положения bc1 и родственных комплексов в мембранах
  • Коэнзим+Q-цитохром-c+редуктаза в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • #124000 ДЕФИЦИТ МИТОХОНДРИАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА III, ЯДЕРНЫЙ ТИП 1; MC3DN1 на OMIM ; перечисляет все другие типы дефицита комплекса III
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coenzyme_Q_–_cytochrome_c_reductase&oldid=1265393753"