Coenzyme Q-cytochrome c réductase

Quinol—cytochrome-c réductase

Structure d'un complexe III d'une mitochondrie de Bos taurus (PDB 1NTZ)

Données clés

N° EC	EC 1.10.2.2
N° CAS	9027-03-6

Activité enzymatique

IUBMB	Entrée IUBMB
IntEnz	Vue IntEnz
BRENDA	Entrée BRENDA
KEGG	Entrée KEGG
MetaCyc	Voie métabolique
PRIAM	Profil
PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
GO	AmiGO / EGO

Coenzyme Q-cytochrome c réductase

Domaine protéique

Pfam	PF02921
Clan Pfam	IPR004192
SCOP	1be3
SUPERFAMILY	1be3
TCDB	3.D.3
Famille OPM	345
Protéine OPM	3cx5

(en) Schéma de fonctionnement du complexe III. L'espace intermembranaire mitochondrial est en haut, la membrane mitochondriale interne est représentée en gris au milieu, et la matrice mitochondriale est en bas.

(en) Schéma de principe du cycle Q.

La coenzyme Q-cytochrome c réductase, ou complexe III de la chaîne respiratoire, également appelée complexe bc₁, est une oxydoréductase membranaire qui catalyse la réaction :

ubiquinol + 2 ferricytochrome c + 2 H⁺_matriciel  $\rightleftharpoons$  ubiquinone + 2 ferrocytochrome c + 4 H⁺_{intermembranaire}.

Cette enzyme est présente dans la membrane plasmique de la plupart de bactéries et dans la membrane mitochondriale interne de tous les eucaryotes aérobies.

Structure et fonctionnement

Le complexe III rassemble plusieurs protéines : un cytochrome c₁, deux cytochromes b, et une ferrédoxine de type Rieske. L'enzyme elle-même d'un nombre relativement restreint de sous-unités comparé aux autres enzymes respiratoires : il peut n'y en avoir que trois, mais les animaux supérieurs peuvent en compter onze. Trois de ces sous-unités possèdent des groupes prosthétiques. Le cytochrome b possède deux hèmes, notés b_L et b_H, tandis que le cytochrome c₁ en possède un, noté c₁, et que la protéine de Rieske possède deux clusters fer-soufre [2Fe-2S].

Le mécanisme réactionnel du complexe III est appelé cycle Q, en référence à l'ubiquinone. Chaque cycle a pour effet de libérer quatre protons dans l'espace intermembranaire mitochondrial mais de n'en absorber que deux issus de la matrice mitochondriale. Ceci contribue à la génération d'un gradient de concentration de protons à travers la membrane mitochondriale interne. Dans le même temps, deux molécules d'ubiquinol sont oxydées en ubiquinone, tandis qu'une molécule d'ubiquinone est réduite en ubiquinol et que deux électrons sont transférés à deux cytochromes c.

Le cycle Q se déroule en deux temps :

1. Premier temps :
   • Une première molécule d'ubiquinol Q₁₀H₂ se lie au site Q_o du cytochrome b tandis que de l'ubiquinone CoQ₁₀ se lie au site Q_i.
   • La molécule d'ubiquinol liée au site Q_o cède son premier électron à un cluster fer-soufre, qui le cède à l'hème c₁ du cytochrome c₁, qui le cède enfin à l'hème d'un ferricytochrome c.
   • Parallèlement, cette même molécule d'ubiquinol cède son second électron à l'ion ferreux de l'hème b_L du cytochrome b, qui le cède à son tour à l'hème b_H, qui le cède enfin à l'ubiquinone liée au site Q_i pour former un radical semiquinone Q₁₀^• –.
   • Ceci a pour effet de libérer deux protons H⁺ et un ferrocytochrome c dans l'espace intermembranaire mitochondrial ainsi qu'une molécule d'ubiquinone dans la membrane mitochondriale interne, issue de l'oxydation de l'ubiquinol initialement lié au site Q_o. Le radical semiquinone, quant à lui, demeure lié au site Q_i.
2. Second temps :
   • Une seconde molécule d'ubiquinol Q₁₀H₂ se lie au site Q_o du cytochrome b.
   • Comme à l'étape précédente, cette molécule d'ubiquinol cède son premier électron à un cluster fer-soufre, qui le cède à l'hème c₁ du cytochrome c₁, qui le cède enfin à l'hème d'un ferrocytochrome c.
   • De même, cette molécule d'ubiquinol cède son second électron à l'ion ferreux de l'hème b_L du cytochrome b, qui le cède à son tour à l'hème b_H, qui le cède cette fois au radical semiquinone Q₁₀^• – issu de la première étape.
   • Cette dernière réaction conduit à la formation d'une molécule d'ubiquinol sur le site Q_i par absorption de deux protons H⁺ de la matrice mitochondriale.
   • L'ensemble de ces réactions a pour effet de libérer deux protons H⁺ et un ferrocytochrome c supplémentaires dans l'espace intermembranaire ainsi qu'une molécule d'ubiquinone dans la membrane mitochondriale interne, issue de l'oxydation de l'ubiquinol initialement lié au site Q_o, et cette fois une molécule d'ubiquinol issue de la réduction de l'ubiquinone initialement liée au site Q_i.

• 
  (en) Localisation des protéines et cofacteurs du complexe III : cytochrome c₁, cytochrome b, centres fer-soufre, protéine de Rieske, hème b_L et hème b_H.

Inhibiteurs

L'antimycine A est un inhibiteur qui se lie au site Q_i du cytochrome b, ce qui bloque la chaîne de transport d'électrons intramoléculaire aboutissant à la réduction de l'ubiquinone du site Q_i en ubiquinol.

Le myxothiazole (en) et la stigmatelline (en) sont des inhibiteurs qui se lient au site Q_o du cytochrome b, ce qui bloque le transfert des électrons de l'ubiquinol à la protéine de Rieske. Le myxothiazole se lie à proximité du cytochrome b_L, d'où le qualificatif d'inhibiteur proximal ; le site de liaison à la stigmatelline est plus éloigné de l'hème b_L mais est plus proche de la protéine de Rieske, avec laquelle elle interagit fortement.

Certains de ces inhibiteurs ont été commercialisés comme fongicides (comme les strobilurines, dont la plus connue est l'azoxystrobine, ou comme les quinone outside inhibitors (QoI)) et comme antipaludéens (atovaquone).