| Ubichinol-citocrom c-oxidoreductaza | |
|---|---|
| Structura ubichinol-citocrom c-oxidoreductazei mitocondriale în complex cu ubichinonă [1] . | |
| Identificatori | |
| Cod KF | 7.1.1.8 |
| numar CAS | 9027-03-6 |
| Baze de date de enzime | |
| IntEnz | Vedere IntEnz |
| BRENDA | intrare BRENDA |
| ExPASy | Vedere NiceZyme |
| MetaCyc | cale metabolică |
| KEGG | intrare KEGG |
| PRIAM | profil |
| Structuri PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontologie genetică | AmiGO • EGO |
| Căutare | |
| PMC | articole |
| PubMed | articole |
| NCBI | proteine NCBI |
| CAS | 9027-03-6 |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
| UCR_TM | |
|---|---|
| Identificatori | |
| Simbol | UCR_TM |
| Pfam | PF02921 |
| InterPro | IPR004192 |
| SCOP | 1be3 |
| SUPERFAMILIE | 1be3 |
| TCDB | 3.D.3 |
| Superfamilie OPM | 345 |
| proteina OPM | 3cx5 |
| Structuri proteice disponibile | |
| Pfam | structurilor |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | Model 3D |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Citocrom - bc 1 - complex ( citocrom bc 1 complex ) sau ubichinol-citocrom c-oxidoreductaza sau complexul III este un complex multiproteic al lanțului respirator de transport de electroni și cel mai important generator biochimic al gradientului de protoni de pe membrana mitocondrială. Acest complex transmembranar multiproteic este codificat de genomul mitocondrial ( citocromul b ) și nuclear [2] .
Complexul III a fost izolat din mitocondriile inimii de bovine, pui, iepure și drojdie . Este prezent în mitocondriile tuturor animalelor , plantelor și tuturor eucariotelor aerobe , precum și în membranele interioare ale majorității eubacteriilor . Se știe că complexul formează în total 13 bucle proteice care traversează membrana [2] .
Complexul de mitocondrii ale inimii bovine (masă molară ~ 248 kDa ) include aproximativ 11 subunități proteice , dintre care 8 sunt proteine de membrană hidrofobe mici cu o funcție necunoscută (posibil structurală). Complecșii de citocrom bacterieni pot conține doar 6 până la 8 sau chiar 3 subunități [3] . Cele trei subunități principale poartă grupuri protetice . Citocromul b , care conține doi hemi de tip b cu potențiale redox diferite : hem b L scăzut (E ° '~ -0,075 ... 0,00 V) și hem b H cu ridicat (E ° ' ~ - +0, 05 B) potenţial. Citocromul c 1 poartă un grup protetic, hem tip c (E ° ' - + 0,23 ... + 0,25 V). Proteina fier-sulf Riske are un centru 2Fe-2S (E°' ~ +0,28 V). Se știe că complexul funcționează ca un dimer in vivo [2] .
Complexul este scufundat în membrana mitocondrială internă în așa fel încât grupul funcțional al proteinei Riske și citocromul c să intre în spațiul intermembranar, în timp ce cei doi hemi ai citocromului b sunt localizați în grosimea membranei, cu b p aproape . spre partea sa interioară și b n aproape de partea sa exterioară. O astfel de aranjare asimetrică a centrilor redox în membrană asigură existența a două lanțuri de transport de electroni separate spațial în cadrul unui complex. Primul lanț de transport de electroni cu potențial scăzut este format din doi hemi ai citocromului b 6 - b L cu potențial scăzut și b H cu potențial ridicat . Al doilea lanț cu potențial ridicat include proteina Riske și hemul citocromului . În timpul oxidării ubiochinolurilor în complexul citocrom, se realizează două fluxuri de electroni conjugați - de-a lungul căilor cu potențial scăzut și potențial ridicat [4] .
Datele analizei difracției cu raze X, care fac posibilă determinarea poziției grupurilor active unele față de altele, precum și experimentele cu inhibitori, au făcut posibilă înțelegerea faptului că transportul electronilor este posibil nu numai între doi hemi ai aceluiași complex, dar şi între doi b L hemi situati pe complecşi diferiţi asociati într-un dimer [5] .
La vertebrate, complexul bc 1 , sau Complexul III, constă din 11 subunități: 3 subunități catalitice, 2 subunități de bază și 6 subunități cu greutate moleculară mică [6] [7] . Complexele proteobacteriene pot consta doar din trei subunități [8] .
La plante, Complexul III este bifuncțional. Studii recente asupra mitocondriilor grâului ( Triticum aestivum ), cartofului ( Solanum tuberosum ) și spanacului ( Spinacia oleracea ) au arătat că cele două subunități de bază ale complexului, orientate spre matrice, au activitate peptidază MPP ( Mitochondrial Processing Peptidase ) și sunt implicate. în proteinele de transport în mitocondrii [9] [10] .
MPP peptidaza este un heterodimer care constă din subunități α-MPP și β-MPP, fiecare cântărind 50 kDa. Opreste semnalul N-terminal sau secvența de tranzit a 40-80 de aminoacizi din proteinele care intră în mitocondrii . La plante, peptidaza MPP face parte din complexul citocrom bc 1 , care este considerat o caracteristică arhaică. La animale, a avut loc duplicarea genelor subunității de bază, astfel încât MPP-peptidaza este prezentă în ele ca o proteină de matrice independentă solubilă în apă. Subunitățile de bază ale complexului citocrom bc 1 , totuși, nu și-au pierdut activitatea de către peptidază , cu toate acestea, în complexul bc 1 , este blocată de a 9-a subunitate, care se formează ca urmare a procesării proteinei Riske. Cu toate acestea, experimentele cu complexul citocrom bc 1 bovin au arătat că sub influența detergenților și disocierii subunității a 9-a, subunitățile de bază dobândesc din nou activitate peptidază [11] .
| Nu. | Subunitate | proteine umane | Descriere | Familia de proteine Pfam |
|---|---|---|---|---|
| subunități catalitice | ||||
| unu | MT-CYB/Cytb | CYB_UMAN | Citocromul b | Pfam PF13631 |
| 2 | CYC1 / Cyt c1 | CY1_UMAN | Citocromul c 1 | Pfam PF02167 |
| 3 | Rieske/UCR1 | UCRI_UMAN | Risk de proteine | Pfam PF02921 , Pfam PF00355 |
| Subunități de bază | ||||
| patru | QCR1/SU1 | QCR1_UMAN | Subunitatea 1 (peptidază MPP) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| 5 | QCR2/SU2 | QCR2_UMAN | Subunitatea 2 (peptidază MPP) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| Subunități cu greutate moleculară mică | ||||
| 6 | QCR6/SU6 | QCR6_UMAN | Subunitatea 6 | Pfam PF02320 |
| 7 | QCR7/SU7 | QCR7_UMAN | Subunitatea 7 (leagă ubichinona ) |
Pfam PF02271 |
| opt | QCR8/SU8 | QCR8_UMAN | Subunitatea 8 | Pfam PF02939 |
| 9 | QCR9/SU9/UCRC | QCR9_UMAN a | Subunitatea 9 | Pfam PF09165 |
| zece | QCR10/SU10 | QCR10_UMAN | Subunitatea 10 | Pfam PF05365 |
| unsprezece | QCR11/SU11 | QCR11_UMAN | Subunitatea 11 | Pfam PF08997 |
TTC19 este o subunitate mică a complexului descoperită recent; mutațiile din acesta duc la insuficiența complexului III de al 2-lea tip.
Complexul citocrom bc 1 oxidează ubichinona redusă și reduce citocromul c (E°'=+0,25 V) conform ecuației:
QH 2 + 2 cit. c +3 + 2Н + în →Q + 2 cit. c +2 + 4H + out
Transportul electronic în complex este asociat cu transferul de protoni din matrice (in) în spațiul intermembranar (out) și cu generarea unui gradient de protoni pe membrana mitocondrială. Pentru fiecare doi electroni care trec prin lanțul de transfer de la ubichinonă la citocromul c , doi protoni sunt absorbiți din matrice și încă patru sunt eliberați în spațiul intermembranar. Citocromul c redus se deplasează de-a lungul membranei în fracția apoasă și transferă un electron către următorul complex respirator, citocrom oxidaza [12] [13] .
Evenimentele care au loc sunt cunoscute ca ciclul Q, care a fost postulat de Peter Mitchell în 1976. Principiul ciclului Q este că transferul de H + prin membrană are loc ca urmare a oxidării și reducerii chinonelor pe complexul însuși. În acest caz, chinonele, respectiv, dau și iau 2H + din faza apoasă selectiv din diferite părți ale membranei.
În structura complexului III, există doi centri, sau două buzunare, unde se pot lega chinone. Unul dintre ele, centrul Q out , este situat între clusterul de fier-sulf 2Fe-2S și hemul b L lângă partea exterioară (exterioară) a membranei îndreptată spre spațiul intermembranar. Ubichinona redusă (QH 2 ) se leagă în acest buzunar . Celălalt, Q în buzunar, este conceput pentru a lega ubichinona oxidată (Q) și este situat în apropierea părții interioare (in) a membranei în contact cu matricea.
Prima parte a ciclului Q
A doua parte a ciclului Q
O condiție necesară și paradoxală pentru funcționarea ciclului Q este faptul că durata de viață și starea semichinonelor din cei doi centri de legare sunt diferite. În centrul Q exterioară , Q• este instabil și acționează ca un agent reducător puternic capabil să doneze e - hemului cu potențial scăzut. La Q din centru se formează un Q• − cu viață relativ lungă , al cărui potențial îi permite să acționeze ca un agent oxidant prin acceptarea de electroni din hemul b H . Un alt moment cheie al ciclului Q este asociat cu divergența a doi electroni incluși în complex pe două căi diferite. Studiul structurii cristaline a complexului a arătat că poziția centrului 2Fe-2S față de alți centri redox se poate schimba. S-a dovedit că proteina Riske are un domeniu mobil , pe care se află de fapt clusterul 2Fe-2S. Acceptând un electron și recuperându-se, centrul 2Fe-2S își schimbă poziția, îndepărtându-se de centrul Q afară și de hemul b L cu 17 Å cu o rotație de 60° și astfel apropiindu-se de citocromul c . După ce a donat un electron citocromului, centrul 2Fe-2S, dimpotrivă, se apropie de centrul Q out pentru a stabili un contact mai strâns. Astfel, funcționează un fel de navetă (navetă), garantând scăparea celui de-al doilea electron către hemii b L și b H . Până acum, acesta este singurul exemplu când transportul de electroni în complexe este asociat cu un domeniu mobil în structura proteinei [15] .
O mică parte a electronilor părăsește lanțul de transport înainte de a ajunge la Complexul IV . Scurgerea constantă a electronilor către oxigen duce la formarea superoxidului . Această mică reacție secundară duce la formarea unui întreg spectru de specii reactive de oxigen , care sunt foarte toxice și joacă un rol semnificativ în dezvoltarea patologiilor și a îmbătrânirii (vezi teoria radicalilor liberi a îmbătrânirii ) [16] . Scurgerea electronică are loc în principal la Q -ul din amplasament. Acest proces este ajutat de antimicina A. Acesta blochează hemii b în starea lor redusă, împiedicându-i să arunce electroni pe semichinona Q•, ceea ce duce la rândul său la o creștere a concentrației sale. Semichinona reacționează cu oxigenul , ceea ce duce la formarea superoxidului . Superoxidul rezultat pătrunde în matricea mitocondrială [17] [18] și în spațiul intermembranar, de unde poate intra în citosol [17] [19] . Acest fapt poate fi explicat prin faptul că Complexul III produce probabil superoxid sub formă de HOO • neîncărcat , care este mai ușor de pătruns în membrana exterioară în comparație cu O 2 • - [18] încărcat .
Toți inhibitorii Complexului III pot fi împărțiți în trei grupuri:
Unele dintre aceste substanțe sunt folosite ca fungicide (de exemplu, derivați ai strobilurinei , dintre care cel mai cunoscut este azoxistrobin , un inhibitor al site -ului Q out ) și medicamente antimalarice ( atovaquone ) [20] .
Mutațiile în genele Complexului III duc în mod obișnuit la intoleranță la efort [21] [22] . Alte mutații pot provoca displazie septo-optică [23] și tulburări multisistem [24] . Mutațiile din gena BCS1L responsabilă pentru maturarea adecvată a Complexului III pot duce la sindromul Björnstad și sindromul GRACILE , care duce la deces la o vârstă fragedă. Fenotipul multora dintre aceste și alte mutații a fost evaluat în sisteme precum drojdia [25] .
În ce măsură aceste patologii sunt cauzate de deficitul de bioenergie și în ce măsură de formarea excesivă a speciilor reactive de oxigen, nu se știe în prezent.
Cit. bc 1 în membrană.
Cit. bc 1 pui domestic.
Citat optimist. bc 1 .
Cit. bc 1 și op. c din S. cerevisiae .
Proteina Riske din M. laminosus .
Poziția celor două proteine Riske în Cit. b 6 f .
Monomer Cyt. bc 1 , sunt indicate subunitățile.