Koenzym Q – cytokrom c reduktas

UCR_TM
Kristallstruktur av mitokondriellt cytokrom bc-komplex bundet med ubikinon .
Identifierare
Symbol	UCR_TM
Pfam	PF02921
InterPro	IPR004192
SCOP2	1be3 / SCOPe / SUPFAM
TCDB	3.D.3
OPM superfamilj	92
OPM-protein	3cx5
Membran	258
Tillgängliga proteinstrukturer: Pfam   strukturer / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsumma struktur sammanfattning

ubiquinol-cytokrom-c-
reduktasidentifierare
EG nr.	7.1.1.8
CAS-nr.	9027-03-6
Databaser
IntEnz	IntEnz-vy
BRENDA	BRENDA inträde
ExPASy	NiceZyme-vy
KEGG	KEGG inträde
MetaCyc	Metabolisk väg
PRIAM	profil
PDB- strukturer	RCSB PDB PDBe PDB summa
Genontologi	AmiGO / QuickGO
Sök PMC artiklar PubMed artiklar NCBI proteiner

schematisk illustration av komplexa III-reaktioner

Koenzymet Q: cytokrom c – oxidoreduktas , ibland kallat cytokrom bc ₁ -komplexet , och vid andra tillfällen komplex III , är det tredje komplexet i elektrontransportkedjan ( EC 1.10.2.2 ), som spelar en avgörande roll i biokemisk generering av ATP ( oxidativ fosforylering ). Complex III är ett transmembranprotein med flera subenheter som kodas av både mitokondriella ( cytokrom b ) och kärngenomet (alla andra subenheter). Komplex III finns i mitokondrierna hos alla djur och alla aeroba eukaryoter och de inre membranen hos de flesta eubakterier . Mutationer i Complex III orsakar träningsintolerans såväl som multisystemstörningar. bc1- komplexet innehåller 11 subenheter, 3 respiratoriska subenheter (cytokrom B, cytokrom C1, Rieske-protein), 2 kärnproteiner och 6 lågmolekylära proteiner .

Ubiquinol-cytokrom-c reduktas katalyserar den kemiska reaktionen

QH ₂ + 2 ferrocytokrom c $\rightleftharpoons$ Q + 2 ferrocytokrom c + 2 H ⁺

Således är de två substraten för detta enzym kinol (QH2 ₎ och ferri-(Fe3 ⁺ ) cytokrom c , medan dess 3 produkter är kinon (Q), ferro-(Fe2 ⁺ ) cytokrom c och H ⁺ .

Detta enzym tillhör familjen oxidoreduktaser , speciellt de som verkar på difenoler och relaterade substanser som donator med en cytokrom som acceptor. Detta enzym deltar i oxidativ fosforylering . Den har fyra kofaktorer : cytokrom c ₁ , cytokrom b-562, cytokrom b-566 och ett 2-järn ferredoxin av Rieske - typ.

Nomenklatur

Det systematiska namnet på denna enzymklass är ubiquinol:ferricytokrom-c-oxidoreduktas . Andra namn i vanligt bruk inkluderar:

koenzym Q-cytokrom c reduktas, dihydrokoenzym Q-cytokrom c reduktas, reducerat ubikinon-cytokrom c reduktas, komplex III, (mitokondriell elektrontransport), ubikinon-cytokrom c reduktas, ubiquinol-cytokrom c oxidoreduktas, reducerat koenzym Q-cytokrom c reduktas, ubikinon-cytokrom c oxidoreduktas, reducerat ubikinon-cytokrom c-oxidoreduktas,

mitokondriella elektrontransportkomplex III, ubiquinol-cytokrom c-2 oxidoreduktas, ubikinon-cytokrom b-c1 oxidoreduktas, ubiquinol-cytokrom c2 reduktas, ubiquinol-cytokrom c1 oxidoreduktas, CoQH2-cytokrom c oxidoreduktas, ubihydrokinol:cytokrom c oxidoreduktas, koenzym QH2-cytokrom c reduktas, och QH2:cytokrom c-oxidoreduktas.

Strukturera

Komplexets struktur III

Jämfört med de andra stora protonpumpande subenheterna i elektrontransportkedjan kan antalet subenheter som hittas vara litet, så litet som tre polypeptidkedjor. Detta antal ökar, och elva subenheter finns i högre djur. Tre underenheter har protesgrupper . Cytokrom , b- subenheten har två b -typ hemer ( bL och bH ), cytokrom c- subenheten har en _c - typ hem ( _c 1 ₎ och Rieske Iron Sulphur Protein subenheten (ISP) har två järn, två svavel järn-svavelkluster (2Fe•2S).

Strukturer för komplex III: ​, ​

Sammansättning av komplex

Hos ryggradsdjur innehåller bc ₁ -komplexet, eller komplex III, 11 subenheter: 3 respiratoriska subenheter, 2 kärnproteiner och 6 lågmolekylära proteiner. Proteobakteriella komplex kan innehålla så få som tre subenheter.

Tabell över subenhetssammansättning av komplex III

Nej.	Namn på underenhet	Mänskligt protein	Proteinbeskrivning från UniProt	Pfam familj med humant protein
Andningssubenhetsproteiner
1	MT-CYB / Cyt b	CYB_HUMAN	Cytokrom b	Pfam PF13631
2	CYC1 / Cyt c1	CY1_HUMAN	Cytokrom c1, hemprotein, mitokondrie	Pfam PF02167
3	Rieske / UCR1	UCRI_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet Rieske, mitokondriell EC 1.10.2.2	Pfam PF02921 , Pfam PF00355
Kärnproteinsubenheter
4	QCR1 / SU1	QCR1_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 1, mitokondriell	Pfam PF00675 , Pfam PF05193
5	QCR2 / SU2	QCR2_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 2, mitokondriell	Pfam PF00675 , Pfam PF05193
Proteinsubenheter med låg molekylvikt
6	QCR6 / SU6	QCR6_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 6, mitokondriell	Pfam PF02320
7	QCR7 / SU7	QCR7_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 7	Pfam PF02271
8	QCR8 / SU8	QCR8_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 8	Pfam PF02939
9	QCR9 / SU9 / UCRC	QCR9_HUMAN a	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 9	Pfam PF09165
10	QCR10 / SU10	QCR10_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 10	Pfam PF05365
11	QCR11 / SU11	QCR11_HUMAN	Cytokrom b-c1 komplex subenhet 11	Pfam PF08997

• ^a Hos ryggradsdjur hålls en klyvningsprodukt på 8 kDa från N-terminalen av Rieske-proteinet ( Signalpeptid ) kvar i komplexet som subenhet 9. Således motsvarar subenheterna 10 och 11 svamp QCR9p och QCR10p.

Reaktion

Det katalyserar reduktionen av cytokrom c genom oxidation av koenzym Q (CoQ) och samtidig pumpning av 4 protoner från mitokondriella matrisen till intermembranutrymmet:

QH ₂ + 2 cytokrom c (Fe ^III ) + 2 H
⁺ _in → Q + 2 cytokrom c (Fe ^II ) + 4 H
⁺ _ut

I processen som kallas Q-cykeln förbrukas två protoner från matrisen (M), fyra protoner släpps ut i intermembranutrymmet (IM) och två elektroner leds till cytokrom c .

Reaktionsmekanism

Q-cykeln

Reaktionsmekanismen för komplex III (cytokrom bc1, koenzym Q: cytokrom C-oxidoreduktas) är känd som ubikinoncykeln ("Q"). I denna cykel frigörs fyra protoner till den positiva "P"-sidan (mellanmembranutrymmet), men endast två protoner tas upp från den negativa "N"-sidan (matrisen). Som ett resultat bildas en protongradient över membranet. I den övergripande reaktionen oxideras två ubikinoler till ubikinoner och en ubikinon reduceras till ubikinol . I den kompletta mekanismen överförs två elektroner från ubiquinol till ubiquinone, via två cytokrom c-mellanprodukter.

Totalt :

• 2 x QH ₂ oxiderad till Q
• 1 x Q reducerat till QH ₂
• 2 x Cyt c reducerad
• 4 x H ⁺ släpps ut i intermembranutrymmet
• 2 x H ⁺ plockade upp från matris

Reaktionen fortskrider enligt följande steg:

Omgång 1 :

1. Cytokrom b binder en ubikinol och en ubikinon.
2. 2Fe/2S-centret och B _L -hemet drar vardera en elektron bort från den bundna ubikinolen och släpper ut två protoner i intermembranutrymmet.
3. En elektron överförs till cytokrom c ₁ från 2Fe/2S-centret, medan en annan överförs från B _L heme till BH _Heme .
4. Cytokrom c ₁ överför sin elektron till cytokrom c (inte att förväxla med cytokrom c1), och BH _Heme överför sin elektron till en närliggande ubiquinon, vilket resulterar i bildandet av en ubisemikinon.
5. Cytokrom c diffunderar. Den första ubikinolen (nu oxiderad till ubikinon) frisätts, medan semikononen förblir bundet.

Omgång 2 :

1. En andra ubiquinol är bunden av cytokrom b.
2. 2Fe/2S-centret och B _L -hemet drar vardera en elektron bort från den bundna ubikinolen och släpper ut två protoner i intermembranutrymmet.
3. En elektron överförs till cytokrom c ₁ från 2Fe/2S-centret, medan en annan överförs från B _L heme till BH _Heme .
4. Cytokrom c ₁ överför sedan sin elektron till cytokrom c , medan den närliggande semikinonen som produceras från omgång 1 plockar upp en andra elektron från B _H hemen, tillsammans med två protoner från matrisen.
5. Den andra ubikinolen (nu oxiderad till ubikinon) frisätts tillsammans med den nybildade ubikinolen.

Inhibitorer av komplex III

Det finns tre distinkta grupper av Complex III-hämmare.

• Antimycin A binder till Qi _- stället och hämmar överföringen av elektroner i komplex III från hem bH till oxiderat Q (Qi-ställehämmare) _.
• Myxotiazol och stigmatellin binder till Q _o- stället och hämmar överföringen av elektroner från reducerad QH ₂ till Rieske Iron-svavelproteinet. Myxotiazol och stigmatellin binder till distinkta men överlappande fickor inom Qo _- stället.
  • Myxotiazol binder närmare cytokrom bL (därav kallad en " proximal " hämmare).
  • Stigmatellin binder längre från heme bL och närmare Rieske Iron svavelproteinet, med vilket det interagerar starkt.

Vissa har kommersialiserats som svampdödande medel ( strobilurinderivaten , varav de mest kända är azoxystrobin ; QoI- hämmare) och som anti-malariamedel ( atovakvon ).

Även propylhexedrin hämmar cytokrom c-reduktas.

Fria syreradikaler

En liten del av elektronerna lämnar elektrontransportkedjan innan de når komplex IV . För tidigt elektronläckage till syre leder till bildning av superoxid . Relevansen av denna annars mindre bireaktion är att superoxid och andra reaktiva syreämnen är mycket toxiska och tros spela en roll i flera patologier, såväl som åldrande (friradikalteorin om åldrande) . Elektronläckage sker huvudsakligen vid Q _o- stället och stimuleras av antimycin A. Antimycin A låser b hemerna i det reducerade tillståndet genom att förhindra deras återoxidation vid Qi- _stället , vilket i sin tur gör att steady-state-koncentrationerna av Qo _- semikinonen ökar, varvid den senare arten reagerar med syre för att bilda superoxid . Effekten av hög membranpotential tros ha en liknande effekt. Superoxid som produceras vid Qo-stället kan frisättas både i mitokondriella matrisen och in i intermembranutrymmet, där den sedan kan nå cytosolen. Detta kan förklaras av det faktum att komplex III kan producera superoxid som membranpermeabel HOO ^• snarare än som membranogenomtränglig O
^−. ₂ .

Mänskliga gennamn

MT-CYB : mtDNA- kodad cytokrom b; mutationer associerade med träningsintolerans

CYC1 : cytokrom cl

CYCS : cytokrom c

UQCRFS1 : Rieske järnsvavelprotein

UQCRB : Ubiquinon-bindande protein, mutation kopplad till mitokondriekomplex III-brist nukleär typ 3

UQCRH : gångjärnsprotein

UQCRC2 : Kärna 2, mutationer kopplade till mitokondriekomplex III-brist, nukleär typ 5

UQCRC1 : Kärna 1

UQCR: 6,4KD underenhet

UQCR10: 7,2KD subenhet

TTC19 : Nyidentifierad subenhet, mutationer kopplade till komplex III-brist nukleär typ 2.

Mutationer i komplexa III-gener i mänsklig sjukdom

Mutationer i komplexa III-relaterade gener manifesterar sig vanligtvis som träningsintolerans. Andra mutationer har rapporterats orsaka septo-optisk dysplasi och multisystemstörningar. Emellertid kan mutationer i BCS1L , en gen som ansvarar för korrekt mognad av komplex III, resultera i Björnstads syndrom och GRACILE-syndromet , som hos nyfödda är dödliga tillstånd som har multisystemiska och neurologiska manifestationer som kännetecknar allvarliga mitokondriella störningar. Patogeniciteten hos flera mutationer har verifierats i modellsystem som jäst.

I vilken utsträckning dessa olika patologier beror på bioenergetiska brister eller överproduktion av superoxid är för närvarande okänd.

Se även

• Cellandningen
• Fotosyntetisk reaktionscentrum

Ytterligare bilder

• 

  ETC

Vidare läsning

•   Marres CM, Slater EC (1977). "Polypeptidsammansättning av renat QH2:cytokrom c-oxidoreduktas från nötköttshjärtamitokondrier". Biochim. Biophys. Acta . 462 (3): 531–548. doi : 10.1016/0005-2728(77)90099-8 . PMID 597492 .
•   Rieske JS (1976). "Sammansättning, struktur och funktion av komplex III i andningskedjan" . Biochim. Biophys. Acta . 456 (2): 195–247. doi : 10.1016/0304-4173(76)90012-4 . PMID 788795 .
•   Wikström M, Krab K, Saraste M (1981). "Protontranslokerande cytokromkomplex". Annu. Rev. Biochem . 50 : 623-655. doi : 10.1146/annurev.bi.50.070181.003203 . PMID 6267990 .

externa länkar

• cytochrome bc ₁ komplexplats (Edward A. Berry) vid Wayback Machine (arkiverad 9 oktober 2006) på lbl.gov
• cytokrom bc ₁ komplexställe (Antony R. Crofts) vid uiuc.edu
• PROMISE Database: cytochrome bc ₁ komplex på archive.today (arkiverad 27 augusti 1999) på scripps.edu
• Interactive Molecular Model of Complex III at the Wayback Machine (arkiverad 12 januari 2009) (Kräver MDL Chime )
• UMich Orientering av proteiner i membranfamiljer /superfamilj-3 - Beräknade positioner för bc1 och relaterade komplex i membran
• Coenzym+Q-Cytochrome-c+Reductase vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)