Citokróm-bc1-komplex

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. december 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .
Ubiquinol-citokróm-c-oxidoreduktáz

A mitokondriális ubikinol-citokróm c-oxidoreduktáz szerkezete ubikinonnal komplexben [ 1] .
Azonosítók
KF kód 7.1.1.8
CAS szám 9027-03-6
Enzim adatbázisok
IntEnz IntEnz nézet
BRENDA BRENDA bejegyzés
ExPASy NiceZyme nézet
MetaCyc anyagcsere út
KEGG KEGG bejegyzés
PRIAM profil
EKT struktúrák RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gén-ontológia AmiGO  • EGO
Keresés
PMC cikkeket
PubMed cikkeket
NCBI NCBI fehérjék
CAS 9027-03-6
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon
UCR_TM
Azonosítók
Szimbólum UCR_TM
Pfam PF02921
InterPro IPR004192
SCOP 1be3
SZUPERCSALÁD 1be3
TCDB 3.D.3
OPM szupercsalád 345
OPM fehérje 3cx5
Elérhető fehérjeszerkezetek
Pfam szerkezetek
EKT RCSB EKT ; PDBe ; EKTj
EKT-összeg 3D modell
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A citokróm - bc 1 - komplex ( cytochrome bc 1 complex ) vagy az ubikinol-citokróm c-oxidoreduktáz , vagy a komplex III  a légzőszervi elektrontranszport lánc multiprotein komplexe és a mitokondriális membrán protongradiensének legfontosabb biokémiai generátora. Ezt a multiprotein transzmembrán komplexet a mitokondriális ( citokróm b ) és a nukleáris genom kódolja [2] .

A III-as komplexet szarvasmarha, csirke, nyúl és élesztő szív mitokondriumából izoláltuk . Jelen van minden állat , növény és minden aerob eukarióta mitokondriumában , valamint a legtöbb eubaktérium belső membránján . Ismeretes, hogy a komplex összesen 13 fehérjehurkot képez, amelyek áthaladnak a membránon [2] .

A komplexum szerkezeti szervezése III

A szarvasmarha szív mitokondriumainak komplexe (móltömeg ~ 248 kDa ) körülbelül 11 fehérje alegységet tartalmaz , amelyek közül 8 kis hidrofób membránfehérje, ismeretlen (esetleg szerkezeti) funkcióval. A bakteriális citokróm komplexek 6-8 vagy akár 3 alegységet is tartalmazhatnak [3] . A három fő alegység protéziscsoportokat hordoz . A citokróm b , amely két b-típusú hemet tartalmaz, eltérő redoxpotenciállal : hem b L alacsony (E ° '~ -0,075 ... 0,00 V) és hem b H magas (E ° ' ~ - +0, 05 B) lehetséges. A citokróm c 1 protéziscsoportot hordoz, c típusú hem (E ° ' - + 0,23 ... + 0,25 V). A Riske vas-kén fehérje 2Fe-2S központtal rendelkezik (E°' ~ +0,28 V). A komplexről ismert, hogy in vivo dimerként működik [2] .

A komplex bemerül a belső mitokondriális membránba oly módon, hogy a Riske fehérje és a citokróm c funkcionális csoportja a membránok közötti térbe kerül, míg a citokróm b két hemje a membrán vastagságában helyezkedik el, b p közel . a belső oldalához, és b n közel a  külső oldalához. A redox központok ilyen aszimmetrikus elrendezése a membránban biztosítja, hogy egy komplexen belül két térben elkülönülő elektrontranszport lánc létezzen. Az első, alacsony potenciálú elektrontranszport láncot a citokróm b 6  - alacsony potenciálú b L és nagy potenciálú b H - két hem alkotja . A második, nagy potenciállal rendelkező lánc a Riske fehérjét és a citokróm c hemet tartalmazza . A citokróm komplexben az ubiokinolok oxidációja során két konjugált elektronáramlás valósul meg - a kispotenciálú és a nagypotenciálú útvonalak mentén [4] .

A röntgendiffrakciós elemzési adatok, amelyek lehetővé teszik az aktív csoportok egymáshoz viszonyított helyzetének meghatározását, valamint az inhibitorokkal végzett kísérletek lehetővé tették annak megértését, hogy az elektrontranszport nem csak egyazon komplex két hemje között lehetséges, hanem egy dimerben asszociált különböző komplexeken elhelyezkedő két b L hem között is [5] .

Alegységek

Gerinceseknél a bc 1 komplex vagy a Complex III 11 alegységből áll: 3 katalitikus alegységből, 2 mag alegységből és 6 kis molekulatömegű alegységből [6] [7] . A proteobakteriális komplexek mindössze három alegységből állhatnak [8] .

A növényekben a III. komplex bifunkciós. A búza ( Triticum aestivum ), a burgonya ( Solanum tuberosum ) és a spenót ( Spinacia oleracea ) mitokondriumaival kapcsolatos legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a komplex két, a mátrix felé eső alegysége MPP ( Mitochondrial Processing Peptidase )  peptidáz aktivitással rendelkezik, és részt vesz benne. transzportfehérjékben a mitokondriumokba [9] [10] .

Az MPP peptidáz egy heterodimer, amely α-MPP és β-MPP alegységekből áll, amelyek mindegyike 50 kDa tömegű. Levágja a 40-80 aminosavból álló N-terminális jel- vagy tranzitszekvenciát a mitokondriumokba belépő fehérjékből . A növényekben az MPP peptidáz a citokróm bc 1 komplex része, amely archaikus tulajdonságnak számít. Állatokban a mag alegység gének megkettőződése fordult elő, így az MPP-peptidáz független vízoldható mátrix fehérjeként van jelen bennük. A citokróm bc 1 komplex mag alegységei azonban nem veszítették el aktivitásukat a peptidáz hatására, azonban a bc 1 komplexben a 9. alegység blokkolja, amely a Riske fehérje feldolgozása eredményeként képződik. Mindazonáltal a szarvasmarha citokróm bc 1 komplexével végzett kísérletek azt mutatták, hogy a detergensek hatására és a 9. alegység disszociációja alatt a mag alegységek ismét peptidáz aktivitásra tesznek szert [11] .

A III. komplex alegységeinek táblázata

Nem. Alegység emberi fehérje Leírás Pfam fehérje család
katalitikus alegységek
egy MT-CYB/Cytb CYB_HUMAN citokróm b Pfam PF13631
2 CYC1 / Cyt c1 CY1_HUMAN Citokróm c 1 Pfam PF02167
3 Rieske/UCR1 UCRI_HUMAN Protein Riske Pfam PF02921 , Pfam PF00355
Mag alegységek
négy QCR1/SU1 QCR1_HUMAN 1. alegység
(MPP peptidáz)		 Pfam PF00675 , Pfam PF05193
5 QCR2/SU2 QCR2_HUMAN 2. alegység
(MPP peptidáz)		 Pfam PF00675 , Pfam PF05193
Alacsony molekulatömegű alegységek
6 QCR6/SU6 QCR6_HUMAN 6. alegység Pfam PF02320
7 QCR7/SU7 QCR7_HUMAN 7. alegység
(megköti az ubikinont )		 Pfam PF02271
nyolc QCR8/SU8 QCR8_HUMAN 8. alegység Pfam PF02939
9 QCR9/SU9/UCRC QCR9_HUMAN a 9. alegység Pfam PF09165
tíz QCR10/SU10 QCR10_HUMAN 10. alegység Pfam PF05365
tizenegy QCR11/SU11 QCR11_HUMAN 11. alegység Pfam PF08997

A TTC19  a komplex nemrégiben felfedezett kis alegysége; a benne lévő mutációk a 2. típusú III-as komplex elégtelenségéhez vezetnek.

Reakció

A citokróm bc 1 komplex oxidálja a redukált ubikinont és redukálja a citokróm c -t (E°'=+0,25 V) a következő egyenlet szerint:

QH 2 + 2 cit. c +3 + 2Н + in →Q + 2 cit. c +2 + 4H + ki

Az elektronikus transzport a komplexben a protonoknak a mátrixból (be) az intermembrán térbe (out) történő átvitelével és a mitokondriális membránon protongradiens generálásával jár. Az ubikinonból a citokróm c átviteli láncon áthaladó két elektron után két proton abszorbeálódik a mátrixból, és további négy szabadul fel a membránközi térbe. A redukált citokróm c a membrán mentén mozog a vizes frakcióban, és egy elektront ad át a következő légzési komplexnek, a citokróm-oxidáznak [12] [13] .

Q-ciklus

A bekövetkező eseményeket Q-ciklusnak nevezik, amelyet Peter Mitchell 1976-ban feltételezett. A Q-ciklus elve az, hogy a H + átvitele a membránon a kinonok oxidációja és redukciója eredményeként megy végbe magán a komplexen. Ebben az esetben a kinonok szelektíven adnak és vesznek fel 2H +-t a vizes fázisból a membrán különböző oldalairól.

A III komplex szerkezetében két központ vagy két zseb található, ahol a kinonok meg tudnak kötődni. Az egyik, a Q out center a 2Fe-2S vas-kén klaszter és a b L hem között helyezkedik el, közel a membrán külső (külső) oldalához, a membránközi tér felé. Csökkentett ubikinon (QH 2 ) kötődik ebben a zsebben . A másik, a Q in -pocket az oxidált ubikinon (Q) megkötésére szolgál, és a membrán belső (belső) oldalának közelében található, és érintkezik a mátrixszal.

A Q-ciklus első része

  1. A QH 2 a Q out helyén kötődik, a Riske fehérje vas-kén központja szemikinonná (Q•) oxidálja, és lumenenként két protont adományoz.
  2. A redukált vas-kén centrum egy elektront ad a plasztocianinnak a citokróm c -n keresztül .
  3. A Q a Q helyén kötődik .
  4. Q• elektronokat ad át a citokróm b hem b L -ébe alacsony potenciálú ETC-n keresztül.
  5. Heme b L egy elektront adományoz b H -nak .
  6. A b H drágakő visszaállítja Q-t Q• állapotba.

A Q-ciklus második része

  1. A második QH2 a komplex Q out helyéhez kötődik.
  2. Miután átment a nagy potenciálú ETC-n, egy elektron további plasztocianint állít vissza. További két proton lép be a lumenbe.
  3. Alacsony potenciálú ETC-n keresztül a b H -ból egy elektron a Q•-be kerül, és a teljesen redukált Q 2− megköti sztrómájuk két protonját, és QH 2 -vé alakul .
  4. Az oxidált Q és a redukált QH 2 bediffundál a membránba [14] .

A Q-ciklus működésének szükséges és paradox feltétele, hogy a szemikinonok élettartama és állapota a két kötőcentrumban eltérő. A Q out -centerben a Q• instabil, és erős redukálószerként működik, amely képes e-t adományozni az alacsony potenciálú hemnek. A Q központban egy viszonylag hosszú élettartamú Q• − képződik , amelynek potenciálja lehetővé teszi, hogy oxidálószerként működjön azáltal, hogy elektronokat fogad be a b H hemből . A Q-ciklus másik kulcsfontosságú momentuma a komplexben lévő két elektron két különböző út mentén történő divergenciájához kapcsolódik . A komplex kristályszerkezetének vizsgálata kimutatta, hogy a 2Fe-2S centrum helyzete a többi redox központhoz képest eltolódhat. Kiderült, hogy a Riske fehérjének van egy mobil doménje , amelyen a 2Fe-2S klaszter valójában található. Elfogadva egy elektront és felépülve, a 2Fe-2S centrum megváltoztatja helyzetét, 60°-os forgatással 17 Å -kal távolodik a Q out centrumtól és a hem b L -től, és ezáltal megközelíti a citokróm c -t . Miután egy elektront adományozott a citokrómnak, a 2Fe-2S központ éppen ellenkezőleg, megközelíti a Q out központot, hogy szorosabb kapcsolatot létesítsen. Így egyfajta shuttle (shuttle) működik, amely garantálja a második elektron szökését a b L és b H hemekhez . Egyelőre ez az egyetlen példa, amikor a komplexekben az elektrontranszport a fehérjeszerkezet mobil doménjéhez kapcsolódik [15] .

Reaktív oxigénfajták

Az elektronok kis része elhagyja a szállítási láncot, mielőtt elérné a IV. komplexumot . Az elektronok állandó szivárgása az oxigénhez szuperoxid képződéshez vezet . Ez a kis mellékreakció a reaktív oxigénfajták egész spektrumának kialakulásához vezet , amelyek nagyon mérgezőek, és jelentős szerepet játszanak a patológiák és az öregedés kialakulásában (lásd az öregedés szabad gyökös elméletét ) [16] . Az elektronikai szivárgás főként a Q in telephelyen fordul elő . Ezt a folyamatot az antimycin A segíti. Megakadályozza a b hemeket redukált állapotukban, megakadályozva, hogy elektronokat dobjanak a Q• szemikinonra , ami viszont koncentrációjának növekedéséhez vezet. A szemikinon reakcióba lép az oxigénnel , ami szuperoxid képződéshez vezet . A keletkező szuperoxid bejut a mitokondriális mátrixba [17] [18] és a membránok közötti térbe, ahonnan bejuthat a citoszolba [17] [19] . Ez a tény azzal magyarázható, hogy a III. komplex valószínűleg töltetlen HOO • formájában szuperoxidot termel , amely könnyebben áthatol a külső membránon, mint a töltött O 2 • - [18] .

Complex III inhibitorok

Az összes Complex III inhibitor három csoportra osztható:

Ezen anyagok egy részét gombaölő szerként (például a strobilurin származékai , amelyek közül a legismertebb az azoxistrobin , a Q out site inhibitora ) és maláriaellenes szerként ( atovaquone ) használják [20] .

Mutációk a Complex III génekben és a kapcsolódó betegségek

A Complex III gének mutációi általában edzés intoleranciát eredményeznek [21] [22] . Más mutációk septo-opticus diszpláziát [23] és multiszisztémás rendellenességeket [24] okozhatnak . A Complex III megfelelő éréséért felelős BCS1L gén mutációi Björnstad-szindrómához és GRACILE-szindrómához vezethetnek , amely korai életkorban halálhoz vezet. Sok ilyen és más mutáció fenotípusát olyan rendszerekben értékelték, mint például az élesztő [25] .

Hogy ezeket a patológiákat mennyiben okozza a bioenergia-hiány, és mennyiben a reaktív oxigénfajták túlzott képződése, egyelőre nem ismert.

Galéria

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ EKT 1ntz ; Gao X., Wen X., Esser L., Quinn B., Yu L., Yu CA, Xia D. Strukturális alapok a kinon redukciójához a bc1 komplexben: a bc1 mitokondriális citokróm kristályszerkezeteinek összehasonlító elemzése kötött szubsztráttal and inhibitors at the Qi site  (angol)  // Biochemistry : Journal. - 2003. - augusztus ( 42. évf. , 30. sz.). - P. 9067-9080 . - doi : 10.1021/bi0341814 . — PMID 12885240 .
  2. ↑ 1 2 3 Ermakov, 2005 , p. 240.
  3. ↑ Iwata S., Lee JW, Okada K., Lee JK, Iwata M., Rasmussen B., Link TA, Ramaswamy S., Jap BK Complete structure of the 11-subunit bovine mitochondrial cytochrome bc1   complex // - 1998. - július ( 281. évf. , 5373. sz.). - 64-71 . o . - doi : 10.1126/tudomány.281.5373.64 . — PMID 9651245 .
  4. ↑ Ermakov, 2005 , p. 177.
  5. ↑ Raul Covian, Bernard L. Trumpower. Szabályozó kölcsönhatások a dimer citokróm bc1 komplexben: Az ikerlét előnyei  //  Biochimica et Biophysica Acta : folyóirat. - 2008. - Vol. 1777 . - P. 1079-1109 .
  6. ↑ Zhang Z., Huang L., Shulmeister VM, Chi YI, Kim KK, Hung LW et al. Elektrontranszfer doménmozgással a citokróm bc1-ben  (angol)  // Nature : Journal. - 1998. - Vol. 392. sz . 6677 . - P. 677-684 . - doi : 10.1038/33612 . — PMID 9565029 .
  7. ↑ Hao GF, Wang F., Li H., Zhu XL, Yang WC, Huang LS et al. A citokróm bc1 komplex pikomoláris Q(o) hely inhibitorainak számítógépes felfedezése  //  J Am Chem Soc : folyóirat. - 2012. - Kt. 134. sz . 27 . - P. 11168-11176 . doi : 10.1021 / ja3001908 . — PMID 22690928 .
  8. ↑ Yang XH, Trumpower BL. Három alegységből álló ubikinol-citokróm tisztítása oxidoreduktáz komplexszel Paracoccus denitrificansból  (angol)  // J Biol Chem.  : folyóirat. - 1986. - 1. évf. 261 . - P. 12282-12289 . — PMID 3017970 .
  9. ↑ Jan Mach, Pavel Poliak, Anna Matušková, Vojtěch Žárský, Jiří Janata, Julius Lukeš és Jan Tachezy,. A mitokondriális feldolgozó peptidáz és magfehérje család fejlett rendszere a Trypanosoma bruceiben és a Core I alegység többszörös eredete eukariótákban   // Genome Biol Evol : folyóirat. - 2013. április 5. - 2013. évf. 5 , sz. 5 . - P. 860-875 . - doi : 10.1093/gbe/evt056 .
  10. ↑ Braun HP, Emmermann M., Kruft V., Bödicker M., Schmitz UK. A búzából származó általános mitokondriális feldolgozó peptidáz a légzőlánc citokróm bc1-komplexébe integrálódik   // Planta . : folyóirat. - 1995. - 1. évf. 195 , sz. 3 . - P. 396-402 . — PMID 7766045 .
  11. ↑ Kaiping Deng‡, Sudha K. Shenoy‡, Shih-Chia Tso, Linda Yu és Chang-An Yu§. Mitokondriális feldolgozó peptidáz helyreállítása a szarvasmarha szív mitokondriális citokróm bc1 komplexének magfehérjéből (I. és II. alegység)  (angol)  // The Journal of Biological Chemistry  : folyóirat. - 2001. március 2. - 2001. évf. 276 . - P. 6499-6505. . - doi : 10.1074/jbc.M007128200 .
  12. ↑ Kramer DM, Roberts AG, Muller F., Cape J., Bowman MK Q-cycle bypass reakciók a citokróm bc1 (és rokon) komplexek Qo helyén  //  Meth . Enzymol.  : folyóirat. - 2004. - 20. évf. Enzimológiai módszerek . - P. 21-45 . - ISBN 978-0-12-182786-1 . - doi : 10.1016/S0076-6879(04)82002-0 . — PMID 15047094 .
  13. ↑ Crofts AR A citokróm bc1 komplex: funkció a szerkezet összefüggésében   // Annu . Fordulat. fiziol.  : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 66 . - P. 689-733 . - doi : 10.1146/annurev.physiol.66.032102.150251 . — PMID 14977419 .
  14. ↑ Ferguson SJ, Nicholls D., Ferguson S. Bioenergetics  (neopr.) . — 3. - San Diego: Akadémiai, 2002. - S. 114-117. — ISBN 0-12-518121-3 .
  15. ↑ Ermakov, 2005 , p. 243.
  16. ↑ Muller, FL, Lustgarten, MS, Jang, Y., Richardson, A. és Van Remmen, H. Trends in oxidative aging theories  // Free Radic  . Biol. Med. : folyóirat. - 2007. - Vol. 43 , sz. 4 . - P. 477-503 . - doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034 . — PMID 17640558 .
  17. ↑ 1 2 Muller F. Az elektrontranszport lánc általi szuperoxid-termelés természete és mechanizmusa: Relevance to aging  //  AGE : Journal. - 2000. - Vol. 23 , sz. 4 . - P. 227-253 . - doi : 10.1007/s11357-000-0022-9 .
  18. ↑ 1 2 Muller FL, Liu Y., Van Remmen H. A III. komplex szuperoxidot bocsát ki a belső mitokondriális membrán mindkét oldalára  //  J. Biol. Chem.  : folyóirat. - 2004. - november ( 279. évf. , 47. sz.). - P. 49064-49073 . - doi : 10.1074/jbc.M407715200 . — PMID 15317809 .
  19. ↑ Han D., Williams E., Cadenas E. Mitokondriális légzési lánctól függő szuperoxid-anion keletkezése és kibocsátása a membránközi térbe   // Biochem . J. : folyóirat. - 2001. - január ( 353. köt. , 2. sz.). - P. 411-416 . - doi : 10.1042/0264-6021:3530411 . — PMID 11139407 .
  20. ↑ Holmes JH, Sapeika N., Zwarenstein H. Az elhízás elleni gyógyszerek gátló hatása az egérszív homogenizátumok NADH-dehidrogenázára  //  Kutatási közlemények a kémiai patológiában és farmakológiában : folyóirat. - 1975. - 1. évf. 11 , sz. 4 . - P. 645-646 . — PMID 241101 .
  21. ↑ DiMauro S. Mitochondrial myopathies  (neopr.)  // Curr Opin Rheumatol. - 2006. - november ( 18. évf. 6. szám ). - S. 636-641 . - doi : 10.1097/01.bor.0000245729.17759.f2 . — PMID 17053512 .
  22. ↑ DiMauro S. Mitokondriális DNS-gyógyászat  (neopr.)  // Biosci. Rep.. - 2007. - június ( 27. évf. , 1-3. sz. ). - 5-9 . o . - doi : 10.1007/s10540-007-9032-5 . — PMID 17484047 .
  23. ↑ Schuelke M., Krude H., Finckh B., Mayatepek E., Janssen A., Schmelz M., Trefz F., Trijbels F., Smeitink J. Septo-optic dysplasia asszociált új mitochondrial cytochrome b mutation  .)  // Ann. Neurol. : folyóirat. - 2002. - március ( 51. évf. , 3. sz.). - P. 388-392 . doi : 10.1002 / ana.10151 . — PMID 11891837 .
  24. ↑ Wibrand F., Ravn K., Schwartz M., Rosenberg T., Horn N., Vissing J. Multisystem disorder related to a missense mutation in the mitochondrial cytochrome b gene   // Ann . Neurol. : folyóirat. - 2001. - október ( 50. évf. , 4. sz.). - P. 540-543 . doi : 10.1002 / ana.1224 . — PMID 11601507 .
  25. ↑ Fisher N., Castleden CK, Bourges I., Brasseur G., Dujardin G., Meunier B. Human disease-related mutations in cytochrome b studying in yeast  //  J. Biol. Chem.  : folyóirat. - 2004. - március ( 279. évf. , 13. sz.). - P. 12951-12958 . - doi : 10.1074/jbc.M313866200 . — PMID 14718526 .

Irodalom

Linkek