Citokróm c-reduktáz
UCR_TM | |
Ubikinonhoz kapcsolódó mitokondriális citokróm bc komplex kristályszerkezete.[1] | |
Azonosítók | |
Jel | UCR_TM |
Egyéb adatok | |
Lokusz | Mitokondrium [1] |
ubikinol–citokróm c-reduktáz | |
![]() | |
Azonosítók | |
Jel | {{{Symbol}}} |
Egyéb adatok | |
Lokusz | 8. krom. p14 |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e2/Complex_III.png/250px-Complex_III.png)
A koenzim Q:citokróm c-oxidoreduktáz, más néven citokróm bc1 komplex vagy III. komplex az elektrontranszportlánc 3. komplexe (EC 1.10.2.2), mely fontos az ATP-szintézisben (oxidatív foszforiláció). Több alegységből álló fehérje, melyet a mitokondriális (citokróm b) és a sejtmagi genomok (más alegységek) is kódolnak. A III. komplex az aerob eukarióták mitokondriumaiban és a legtöbb eubaktérium belső membránjában jelen van. A III. komplex mutációi edzésintolerancia és sokszervi betegségek okozói. A bc1 komplex 11 alegységből áll, ebből 2 légzési (citokróm b, c1, Rieske-fehérje), 2 magfehérje és 6 alacsony molekulatömegű fehérje. Az ubikinol–citokróm c-reduktáz az alábbi reakciót katalizálja:
- QH2 + 2 Cyt c3+ Q + 2 Cyt c2+ + 2 H+
Így az enzim két szubsztrátja a kinol (QH2) és az oxidált (Fe3+) citokróm c, a termékek a kinon (Q), a redukált (Fe2+) citokróm c és két proton (H+).
Az enzim difenolokat és hasonló vegyületeket donorként, az oxidált citokróm c-t akceptorként használó oxidoreduktáz. 4 kofaktora van: a citokróm c1, a citokróm b-562, a citokróm b-566 és a két vasat tartalmazó Rieske-típusú ferredoxin.
Nevezéktan
[szerkesztés]Az enzimosztály szabályos neve ubikinol:ferricitokróm c-oxidoreduktáz. További gyakran használt nevek:
- koenzim Q-citokróm c reduktáz,
- dihidrokoenzim Q–citokróm c reduktáz,
- reduckált ubikinon–citokróm c-reduktáz,
- III. komplex (mitokondriális elektrontranszport),
- ubikinon–citokróm c-reduktáz.
Szerkezet
[szerkesztés]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/43/Cytochrome_bc1_complex.png/400px-Cytochrome_bc1_complex.png)
Más nagy protonpumpákhoz képest az alegységszám kicsi, akár 3 polipeptidlánc is lehet. E szám fejlettebb állatokban akár 11 is lehet.[2] 3 alegységen van prosztetikus csoport. A citokróm b-n két hem b (bL és bH), a citokróm c-n egy hem c (c1) van, a Rieske vas-kén fehérjealegységen (ISP) két vasat és két ként tartalmazó vas-kén csoport található (2Fe•2S).
A III. komplex szerkezetei: PDB: 1KYO, PDB: 1L0L
Összetétel
[szerkesztés]Gerincesekben a bc1 komplex 11 alegységből áll: 3 légzési, 2 központi és 6 alacsony molekulatömegű részből.[3][4] A proteobakteriális komplexek azonban akár 3 részesek is lehetnek.[5]
A III. komplex összetételének táblázata
[szerkesztés]Szám | Név | Humán protein | Fehérje leírása a UniProton | Humán fehérje Pfam-családja |
---|---|---|---|---|
Légzési alegységek | ||||
1 | MT-CYB / Cyt b | CYB_HUMAN | Citokróm b | Pfam PF13631 |
2 | CYC1 / Cyt c1 | CY1_HUMAN | Citokróm c1, mitokondriális hemoprotein | Pfam PF02167 |
3 | Rieske / UCR1 | UCRI_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex mitokondriális Rieske-alegysége EC 1.10.2.2 | Pfam PF02921 , Pfam PF00355 |
Központi részek | ||||
4 | QCR1 / SU1 | QCR1_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex mitokondriális 1. alegysége | Pfam PF00675, Pfam PF05193 |
5 | QCR2 / SU2 | QCR2_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex mitokondriális 2. alegysége | Pfam PF00675, Pfam PF05193 |
Alacsony molekulatömegű részek | ||||
6 | QCR6 / SU6 | QCR6_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex 6. mitokondriális alegysége | Pfam PF02320 |
7 | QCR7 / SU7 | QCR7_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex 7. alegysége | Pfam PF02271 |
8 | QCR8 / SU8 | QCR8_HUMAN | Citokróm b-c1 komplex 8. alegysége | Pfam PF02939 |
9 | QCR9 / SU9 / UCRC | QCR9_HUMANa | Cytochrome b-c1 complex subunit 9 | Pfam PF09165 |
10 | QCR10 / SU10 | QCR10_HUMAN | Cytochrome b-c1 complex subunit 10 | Pfam PF05365 |
11 | QCR11 / SU11 | QCR11_HUMAN | Cytochrome b-c1 complex subunit 11 | Pfam PF08997 |
- a Gerincesekben egy 8 kDa-os termék a Rieske-fehérjének N-terminusán 9. alegységként megmarad. A 10. és 11. alegységek a gomba QCR9p és 10p egységeknek felelnek meg.
Reaction
[szerkesztés]A koenzim Q oxidációjával és 4 proton mitokondriumból membránközi térbe való kerülésével járó citokróm c-redukciót katalizálja:
- QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) + 2 H+in → Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 4 H+out
A Q-ciklus során[6][7] 2 proton fogy a mátrixból (M), 4 proton kerül a membránközi térbe (IM) és 2 elektront kap a citokróm c.
Reakciómechanizmus
[szerkesztés]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Theqcycle.gif/400px-Theqcycle.gif)
A III. komplex reakciómechanizmusa az ubikinon- (Q-) ciklus. Ebben 4 proton kerül a pozitív (P) oldalra (membránközi tér), és 2-t vesz fel a negatív (N) oldal (mátrix), a membránra merőleges protongradienst létrehozva. A reakcióban 2 ubikinol alakul ubikinonná, és 1 ubikinon ubikinollá. A teljes reakcióban 2 elektron kerül át az ubikinolról az ubikinonra két citokróm c-intermedierrel.
Összesített reakció:
- 2 QH2 oxidálódik Q-ra
- 1 Q redukálódik QH2-re
- 2 Cyt c redukálódik
- 4 proton kerül az intermembrán térbe
- 2 protont vesz a mátrix fel
A reakció az alábbi lépésekben történik:
1. rész:
- A citokróm b egy ubikinolt és egy ubikinont köt.
- A 2Fe/2S központ és a hem BL egy-egy elektront vesznek le az ubikinolról, 2 protont adva az intermembrán térbe.
- 1 elektron kerül át a citokróm c1-re a 2Fe/2S központról, egy másik a hem BL-ről a hem BH-ra.
- A citokróm c1 elektronját a citokróm c-re, a hem BH egy közeli ubikinonra viszi át, ubiszemikinon keletkezését okozva.
- A citokróm c diffundál. Az első, ubikinonná vált ubikinol felszabadul, a szemikinon kötve marad.
2. rész:
- A citokróm b újabb ubikinolt köt.
- A 2Fe/2S központ és a hem BL egy-egy elektront választanak le az ubikinolról, 2 protont az intermembrán térbe adva.
- 1 elektron kerül át a citokróm c1-re a 2Fe/2S központról, egy másik a hem BL-ről a hem BH-ra.
- A citokróm c1 elektronját a citokróm c-re viszi át, az 1. részben keletkezett szemikinon a hem BH-ról felveszi a második elektront a mátrix két protonjával együtt.
- A második ubikinol (ubikinonként), valamint az új ubikinol kijönnek.[8]
III. komplex-gátlók
[szerkesztés]3 különböző III. komplex-inhibitor-csoport van:
- az antimicin A a Qi helyre köt, gátolva az elektrontranszfert a hem bH-ról az oxidált Q-ra (Qi helyi inhibitor)
- a mixotiazol és a stigmatellin a Qo helyre köt, gátolva a redukált QH2-ről a Rieske vas-kén fehérjére való transzfert. A mixotiazol különböző, de átfedő helyeken kötnek a Qo helyen: a mixotiazol a citokróm bL-hez közelebb köt („proximális” inhibitor), a stigmatellin távolabb köt a hem bL-től és közelebb a Rieske vas-kén fehérjéhez, mellyel erősen kölcsönhat.
Ezek közül néhányat fungicidként (strobilurinszármazékok, például az azoxistrobin; QoI-gátlók) és antimaláriás szerként (atovakon) forgalomba hoztak.
A propilhexedrin is gátolja a citokróm c-reduktázt.[9]
Oxigén szabad gyökök
[szerkesztés]Néhány elektron az elektrontranszportláncot a IV. komplex elérése előtt elhagyja. Az elektronok idő előtti kilépése az oxigénre szuperoxid képződését okozza. E reakció azért fontos, mert a szuperoxid és más reaktív oxigénrészecskék erősen mérgezőek, és feltehetően számos betegségben szerepet játszhatnak (vö. szabadgyök-elmélet az öregedésről).[10] Az elektronszivárgás gyakran a Qo helyen történik, ezt az antimicin A stimulálja. Az antimicin A a b hemet redukált állapotban hagyja Qi helyen történő újraoxidációjuk megakadályozásával, ami növeli a Qo szemikinon egyensúlyi koncentrációját, mely az oxigénnel szuperoxidot alkotva reagál. A magas membránpotenciál feltehetően hasonló hatással jár.[11] A Qo helyen keletkező szuperoxid a mitokondriális mátrixba[12][13] és az intermembrán térbe is kerülhet, ahonnan elérheti a citoszolt.[12][14] Ezt magyarázhatja, hogy a III. komplex a szuperoxidot membránpermeábilis HOO•-ként állítja elő, nem O-•2-ként.[13]
Humán gének
[szerkesztés]- MT-CYB: mtDNS által kódolt citokróm b, mutációi összefüggenek az edzésintoleranciával
- CYC1: citokróm c1
- CYCS: citokróm c
- UQCRFS1: Rieske vas-kén fehérje
- UQCRB: ubikinonkötő fehérje, mutációi a magi 3. típusú mitokondriális III. komplex-hiánnyal függnek össze
- UQCRH: kapcsolófehérje
- UQCRC2: 2. magrész, mutációi a magi 5. típusú mitokondriális III. komplex-hiánnyal függnek össze
- UQCRC1: 1. magrész
- UQCR: 6,4 kDa-os alegység
- UQCR10: 7,2 kDa-os alegység
- TTC19: újonnan azonosított alegység, mutációi a magi 2. típusú mitokondriális III. komplex-hiánnyal függnek össze
A III. komplex génjeinek betegségokozó mutációi
[szerkesztés]A III. komplexhez kapcsolódó gének mutációinál általában edzésintolerancia jelentkezik.[15][16] Más mutációk szeptooptikus diszpláziát[17] és sokszervi rendellenességeket okoznak.[18] A III. komplex megfelelő éréséért felelő BCSIL gén mutációi Björnstad- és GRACILE-szindrómához vezetnek, melyek újszülöttekben halálos rendellenességek sokszervi és neurológiai tünetekkel, melyek a súlyos mitokondriális rendellenességekre jellemzők. A mutációk patogenicitását modellrendszerekben, például élesztőben igazolták.[19]
A betegségek bioenergetikai hiányosságokra és szuperoxid-túltermelésre való visszavezethetőségének mértéke jelenleg (2023) ismeretlen.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ PDB: 1ntz; (2003. augusztus 1.) „Structural basis for the quinone reduction in the bc1 complex: a comparative analysis of crystal structures of mitochondrial cytochrome bc1 with bound substrate and inhibitors at the Qi site”. Biochemistry 42 (30), 9067–80. o. DOI:10.1021/bi0341814. PMID 12885240.
- ↑ (1998. július 1.) „Complete structure of the 11-subunit bovine mitochondrial cytochrome bc1 complex”. Science 281 (5373), 64–71. o. DOI:10.1126/science.281.5373.64. PMID 9651245.
- ↑ (1998) „Electron transfer by domain movement in cytochrome bc1.”. Nature 392 (6677), 677–684. o. DOI:10.1038/33612. PMID 9565029.
- ↑ (2012) „Computational discovery of picomolar Q(o) site inhibitors of cytochrome bc1 complex.”. J Am Chem Soc 134 (27), 11168–76. o. DOI:10.1021/ja3001908. PMID 22690928.
- ↑ (1986) „Purification of a three-subunit ubiquinol-cytochrome c oxidoreductase complex from Paracoccus denitrificans”. J Biol Chem 261 (26), 12282–9. o. DOI:10.1016/S0021-9258(18)67236-9. PMID 3017970.
- ↑ Q-Cycle Bypass Reactions at the Qo Site of the Cytochrome bc1 (And Related) Complexes, Quinones and Quinone Enzymes, Part B, Methods in Enzymology, 21–45. o.. DOI: 10.1016/S0076-6879(04)82002-0 (2004). ISBN 978-0-12-182786-1
- ↑ Crofts AR (2004). „The cytochrome bc1 complex: function in the context of structure”. Annu. Rev. Physiol. 66, 689–733. o. DOI:10.1146/annurev.physiol.66.032102.150251. PMID 14977419.
- ↑ Bioenergetics, 3rd, San Diego: Academic, 114–117. o. (2002). ISBN 978-0-12-518121-1
- ↑ (1975) „Inhibitory effect of anti-obesity drugs on NADH dehydrogenase of mouse heart homogenates”. Research Communications in Chemical Pathology and Pharmacology 11 (4), 645–6. o. PMID 241101.
- ↑ Muller, F. L. (2007). „Trends in oxidative aging theories”. Free Radic. Biol. Med. 43 (4), 477–503. o. DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID 17640558.
- ↑ Skulachev VP (1996. május 1.). „Role of uncoupled and non-coupled oxidations in maintenance of safely low levels of oxygen and its one-electron reductants”. Q. Rev. Biophys. 29 (2), 169–202. o. DOI:10.1017/s0033583500005795. PMID 8870073.
- ↑ a b Muller F (2000). „The nature and mechanism of superoxide production by the electron transport chain: Its relevance to aging”. AGE 23 (4), 227–253. o. DOI:10.1007/s11357-000-0022-9. PMID 23604868.
- ↑ a b (2004. november 1.) „Complex III releases superoxide to both sides of the inner mitochondrial membrane”. J. Biol. Chem. 279 (47), 49064–73. o. DOI:10.1074/jbc.M407715200. PMID 15317809.
- ↑ (2001. január 1.) „Mitochondrial respiratory chain-dependent generation of superoxide anion and its release into the intermembrane space”. Biochem. J. 353 (Pt 2), 411–6. o. DOI:10.1042/0264-6021:3530411. PMID 11139407.
- ↑ DiMauro S (2006. november 1.). „Mitochondrial myopathies”. Curr Opin Rheumatol 18 (6), 636–641. o. DOI:10.1097/01.bor.0000245729.17759.f2. PMID 17053512.
- ↑ DiMauro S (2007. június 1.). „Mitochondrial DNA medicine”. Biosci. Rep. 27 (1–3), 5–9. o. DOI:10.1007/s10540-007-9032-5. PMID 17484047.
- ↑ (2002. március 1.) „Septo-optic dysplasia associated with a new mitochondrial cytochrome b mutation”. Ann. Neurol. 51 (3), 388–392. o. DOI:10.1002/ana.10151. PMID 11891837.
- ↑ (2001. október 1.) „Multisystem disorder associated with a missense mutation in the mitochondrial cytochrome b gene”. Ann. Neurol. 50 (4), 540–543. o. DOI:10.1002/ana.1224. PMID 11601507.
- ↑ (2004. március 1.) „Human disease-related mutations in cytochrome b studied in yeast”. J. Biol. Chem. 279 (13). DOI:10.1074/jbc.M313866200. PMID 14718526.
Fordítás
[szerkesztés]Ez a szócikk részben vagy egészben a Coenzyme Q – cytochrome c reductase című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
[szerkesztés]- (1977) „Polypeptide composition of purified QH2:cytochrome c oxidoreductase from beef-heart mitochondria”. Biochim. Biophys. Acta 462 (3), 531–548. o. DOI:10.1016/0005-2728(77)90099-8. PMID 597492.
- Rieske JS (1976). „Composition, structure, and function of complex III of the respiratory chain”. Biochim. Biophys. Acta 456 (2), 195–247. o. DOI:10.1016/0304-4173(76)90012-4. PMID 788795.
- (1981) „Proton-translocating cytochrome complexes”. Annu. Rev. Biochem. 50, 623–655. o. DOI:10.1146/annurev.bi.50.070181.003203. PMID 6267990.
Kapcsolódó szócikkek
[szerkesztés]További információk
[szerkesztés]- cytochrome bc1 complex site (Edward A. Berry) a Wayback Machine-ben (archiválva 2006. október 9-i dátummal) at lbl.gov
- cytochrome bc1 complex site (Antony R. Crofts) Archiválva 2007. szeptember 17-i dátummal a Wayback Machine-ben at uiuc.edu
- PROMISE Database: cytochrome bc1 complex az Archive.is-en (archiválva 1999. augusztus 27-i dátummal) at scripps.edu
- Interactive Molecular Model of Complex III a Wayback Machine-ben (archiválva 2009. január 12-i dátummal) (Requires MDL Chime)
- UMich Orientation of Proteins in Membranes families/superfamily-3 - a bc1 és hasonló komplexek számított helyei
- Coenzyme+Q-Cytochrome-c+Reductase a U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) honlapján