Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Комплекса III )
Перейти к навигации Перейти к поиску
UCR_TM
Cytochrome1ntz.PNG
Кристаллическая структура митохондриального комплекса цитохрома bc, связанного с убихиноном . [1]
Идентификаторы
СимволUCR_TM
PfamPF02921
ИнтерПроIPR004192
SCOP21be3 / SCOPe / SUPFAM
TCDB3.D.3
OPM суперсемейство92
Белок OPM3cx5
Мембранома258
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
убихинол - цитохром-с редуктаза
Идентификаторы
ЕС нет.7.1.1.8
№ CAS9027-03-6
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
схематическое изображение реакций комплекса III

Коэнзим Q: цитохром с - оксидоредуктазами , иногда называют цитохром Ьсом 1 комплекс , а в другое время сложного III , третий комплекс в цепи переноса электронов ( EC 1.10.2.2 ), играет важную роль в биохимической генерации АТФ ( окислительное фосфорилирование ). Комплекс III представляет собой мультисубъединичный трансмембранный белок, кодируемый как митохондриальным ( цитохром b ), так и ядерным геномами (всеми другими субъединицами). Комплекс III присутствует в митохондриях всех животных и всех аэробных эукариот, а также во внутренних мембранах большинстваэубактерии . Мутации в Комплексе III вызывают непереносимость физических упражнений, а также мультисистемные нарушения. BC1 комплекс содержит 11 субъединиц, 3 респираторных субъединиц (цитохром B, цитохром C1, Rieske белок), 2 основных белки и 6 веса низкомолекулярных белков .

Убихинол - цитохром-с-редуктаза катализирует химическую реакцию

QH 2 + 2 феррицитохрома c Q + 2 ферроцитохрома c + 2 H +

Таким образом, двумя субстратами этого фермента являются хинол (QH 2 ) и ферри- (Fe 3+ ) цитохром c , тогда как его тремя продуктами являются хинон (Q), ферро- (Fe 2+ ) цитохром c и H + .

Этот фермент принадлежит к семейству оксидоредуктаз , в частности тех, которые действуют на дифенолы и родственные вещества в качестве донора с цитохромом в качестве акцептора. Этот фермент участвует в окислительном фосфорилировании . Он имеет четыре кофактора : цитохром c 1 , цитохром b-562, цитохром b-566 и ферредоксин 2-железа типа Риске .

Номенклатура [ править ]

Систематическое название данного фермента класс убихинол: феррицитохром с оксидоредуктазами . Другие широко используемые имена включают:

  • кофермент Q-цитохром с редуктаза,
  • дигидрофермент Q-цитохром с редуктаза,
  • восстановленная убихинон-цитохром с редуктаза, комплекс III,
  • (митохондриальный перенос электронов),
  • убихинон-цитохром с редуктаза,
  • убихинол-цитохром с оксидоредуктаза,
  • восстановленный кофермент Q-цитохром с редуктаза,
  • убихинон-цитохром с оксидоредуктаза,
  • восстановленная убихинон-цитохром с оксидоредуктаза,
  • митохондриальный электрон-транспортный комплекс III,
  • убихинол-цитохром с-2 оксидоредуктаза,
  • убихинон-цитохром b-c1 оксидоредуктаза,
  • убихинол-цитохром с2 редуктаза,
  • убихинол-цитохром с1 оксидоредуктаза,
  • CoQH2-цитохром с оксидоредуктаза,
  • убигидрохинол: цитохром с оксидоредуктаза,
  • кофермент QH2-цитохром с редуктаза и
  • QH2: цитохром с оксидоредуктаза.

Структура [ править ]

Структура комплекса III

По сравнению с другими основными субъединицами цепи переноса электронов, перекачивающими протоны , количество обнаруженных субъединиц может быть небольшим, всего три полипептидных цепи. Это число действительно увеличивается, и у высших животных обнаружено одиннадцать субъединиц. [2] Три субъединицы имеют простетические группы . Цитохрома Ь субъединица имеет два б -тип гемов ( б л и б Н ), цитохром с субъединицей имеет один с -типом гем ( с 1 ), а Rieske железа Серы белковая субъединица (ISP) , имеет два железа, серу , дважелезо-серный кластер (2Fe • 2S).

Структуры комплекса III: PDB : 1KYO , PDB : 1L0L

Состав комплекса [ править ]

У позвоночных комплекс bc 1 или Комплекс III содержит 11 субъединиц: 3 респираторные субъединицы, 2 коровых белка и 6 низкомолекулярных белков. [3] [4] Протеобактериальные комплексы могут содержать всего три субъединицы. [5]

Таблица субъединичного состава комплекса III [ править ]

Нет.Название подразделенияЧеловеческий белокОписание протеина от UniProtСемейство pfam с человеческим белком
Белки респираторной субъединицы
1MT-CYB / Cyt bCYB_HUMANЦитохром bPfam PF13631
2CYC1 / Cyt c1CY1_HUMANЦитохром c1, гем-белок, митохондриальныйPfam PF02167
3Rieske / UCR1UCRI_HUMANСубъединица комплекса цитохрома b-c1 Риске, митохондриальная ЭК 1.10.2.2Pfam PF02921 , Pfam PF00355
Субъединицы основного белка
4QCR1 / SU1QCR1_HUMANСубъединица 1 комплекса цитохрома b-c1, митохондриальнаяPfam PF00675 , Pfam PF05193
5QCR2 / SU2QCR2_HUMANСубъединица 2 комплекса цитохрома b-c1, митохондриальнаяPfam PF00675 , Pfam PF05193
Белковые субъединицы с низкой молекулярной массой
6QCR6 / SU6QCR6_HUMANСубъединица 6 комплекса цитохрома b-c1, митохондриальнаяPfam PF02320
7QCR7 / SU7QCR7_HUMANСубъединица 7 комплекса цитохрома b-c1Pfam PF02271
8QCR8 / SU8QCR8_HUMANСубъединица 8 комплекса цитохрома b-c1Pfam PF02939
9QCR9 / SU9 / UCRCQCR9_HUMAN аСубъединица 9 комплекса цитохрома b-c1Pfam PF09165
10QCR10 / SU10QCR10_HUMANСубъединица 10 комплекса цитохрома b-c1Pfam PF05365
11QCR11 / SU11QCR11_HUMANСубъединица 11 комплекса цитохрома b-c1Pfam PF08997
  • а У позвоночных продукт расщепления 8 кДа от N-конца белка Rieske ( сигнальный пептид ) сохраняется в комплексе как субъединица 9. Таким образом, субъединицы 10 и 11 соответствуют грибковым QCR9p и QCR10p.

Реакция [ править ]

Он катализирует восстановление цитохрома с за счет окисления кофермента Q (CoQ) и сопутствующей перекачки 4 протонов из митохондриального матрикса в межмембранное пространство:

QH 2 + 2 цитохрома c (Fe III ) + 2 H+
в→ Q + 2 цитохрома c (Fe II ) + 4 H+
вне

В процессе, называемом Q-циклом , [6] [7] два протона потребляются из матрицы (M), четыре протона высвобождаются в межмембранное пространство (IM), а два электрона передаются цитохрому c .

Механизм реакции [ править ]

Q цикл

Механизм реакции для комплекса III (цитохром bc1, кофермент Q: цитохром С оксидоредуктаза) известен как цикл убихинона («Q»). В этом цикле четыре протона высвобождаются в положительную сторону «P» (межмембранное пространство), но только два протона захватываются с отрицательной стороны «N» (матрица). В результате на мембране образуется протонный градиент . В общей реакции два убихинола окисляются до убихинонов, а один убихинон восстанавливается до убихинола . В полном механизме два электрона передаются от убихинола к убихинону через два промежуточных продукта цитохрома с.

В целом :

  • 2 x QH 2 окисляется до Q
  • 1 x Q уменьшен до QH 2
  • 2 x Cyt c уменьшен
  • 4 x H + высвобождается в межмембранное пространство
  • 2 x H + взяты из матрицы

Реакция протекает по следующим этапам:

1 тур :

  1. Цитохром b связывает убихинол и убихинон.
  2. Центр 2Fe / 2S и гем B L каждый оттягивают электрон от связанного убихинола, высвобождая два атома водорода в межмембранное пространство.
  3. Один электрон переходит к цитохрома с 1 от центра 2Fe / 2S, в то время как другая передается от B L гема к B H гема.
  4. Цитохром c 1 передает свой электрон цитохрому c (не путать с цитохромом c1), а гем B H передает свой электрон соседнему убихинону, что приводит к образованию убисемихинона.
  5. Цитохром c диффундирует. Первый убихинол (теперь окисленный до убихинона) высвобождается, в то время как семихинон остается связанным.

2 тур :

  1. Второй убихинол связывается цитохромом b.
  2. Центр 2Fe / 2S и гем B L каждый оттягивают электрон от связанного убихинола, высвобождая два атома водорода в межмембранное пространство.
  3. Один электрон переходит к цитохрома с 1 от центра 2Fe / 2S, в то время как другая передается от B L гема к B H гема.
  4. Цитокром c 1 затем передает свой электрон цитохрому c , в то время как соседний семихинон, произведенный в первом раунде, забирает второй электрон из гема B H вместе с двумя протонами из матрицы.
  5. Второй убихинол (теперь окисленный до убихинона) вместе с вновь образованным убихинолом высвобождается. [8]

Ингибиторы комплекса III [ править ]

Есть три отдельные группы ингибиторов Комплекса III.

  • Антимицин А связывается с сайтом Q i и ингибирует перенос электронов в Комплексе III от гема b H к окисленному Q (ингибитор сайта Qi).
  • Миксотиазол и стигмателлин связывается с Q ö сайта и ингибирует перенос электронов от восстановленного QH 2 с белком серы Rieske железа. Миксотиазол и стигмателлин связываются с отдельными, но перекрывающимися карманами внутри сайта Q o .
    • Миксотиазол связывается ближе к цитохрому bL (отсюда его называют « проксимальным » ингибитором).
    • Стигмателлин связывается дальше от гема bL и ближе к белку серы Rieske Iron, с которым он сильно взаимодействует.

Некоторые из них были коммерциализированы как фунгициды ( производные стробилурина , наиболее известным из которых является азоксистробин ; ингибиторы QoI ) и как противомалярийные средства ( атоваквон ).

Также пропилгекседрин подавляет цитохром с редуктазу. [9]

Свободные кислородные радикалы [ править ]

Небольшая часть электронов покидает цепь переноса электронов, не достигнув комплекса IV . Преждевременная утечка электронов к кислороду приводит к образованию супероксида . Актуальность этой второстепенной побочной реакции заключается в том, что супероксид и другие активные формы кислорода очень токсичны и, как считается, играют роль в нескольких патологиях, а также в старении ( свободнорадикальная теория старения ). [10] утечки электронов происходит главным образом на Q ö сайта и стимулируется антимицин А . Антимицин А блокирует бГемы в восстановленном состоянии, предотвращая их повторное окисление в сайте Q i , что, в свою очередь, вызывает повышение стационарных концентраций семихинона Q o , причем последние частицы реагируют с кислородом с образованием супероксида . Считается, что эффект высокого мембранного потенциала имеет аналогичный эффект. [11] Супероксид, продуцируемый в сайте Qo, может высвобождаться как в митохондриальный матрикс [12] [13], так и в межмембранное пространство, где он затем может достигать цитозоля. [12] [14] Это можно объяснить тем фактом, что Комплекс III может производить супероксид в виде проницаемого для мембраны HOO.• а не как мембрана непроницаемая O-. 2. [13]

Названия генов человека [ править ]

MT-CYB : цитохром b, кодируемый мтДНК ; мутации, связанные с непереносимостью упражнений

CYC1 : цитохром c1

CYCS : цитохром c

UQCRFS1 : железо-серный белок Риске

UQCRB : убихинон- связывающий белок, мутация, связанная с дефицитом митохондриального комплекса III ядерного типа 3

UQCRH : шарнирный белок

UQCRC2 : Core 2, мутации, связанные с дефицитом митохондриального комплекса III, ядерный тип 5

UQCRC1 : Ядро 1

UQCR : субъединица 6.4KD

UQCR10 : субъединица 7.2KD

TTC19 : недавно идентифицированная субъединица, мутации, связанные с дефицитом комплекса III ядерного типа 2.

Мутации в генах комплекса III при заболеваниях человека [ править ]

Мутации в генах, связанных с комплексом III, обычно проявляются непереносимостью физических упражнений. [15] [16] Сообщалось, что другие мутации вызывают септооптическую дисплазию [17] и мультисистемные расстройства. [18] Однако, мутации в BCS1L , ген отвечает за правильное созревание комплекса III, может привести к синдрому Bjørnstad и синдром грацильного , который у новорожденных являются летальными условиями , которые имеют Multisystem и неврологические проявления типизации тяжелые митохондриальные расстройств. Патогенность нескольких мутаций была подтверждена на модельных системах, таких как дрожжи. [19]

Степень, в которой эти различные патологии вызваны биоэнергетическим дефицитом или перепроизводством супероксида, в настоящее время неизвестна.

См. Также [ править ]

  • Клеточное дыхание
  • Фотосинтетический реакционный центр

Дополнительные изображения [ править ]

  • ТАК ДАЛЕЕ

Ссылки [ править ]

  1. ^ PDB : 1ntz ; Гао X, Вэнь X, Эссер Л., Куинн Б., Ю. Л., Ю. Ц., Ся Д. (август 2003 г.). «Структурная основа восстановления хинона в комплексе bc1: сравнительный анализ кристаллических структур митохондриального цитохрома bc1 со связанным субстратом и ингибиторами в сайте Qi». Биохимия . 42 (30): 9067–80. DOI : 10.1021 / bi0341814 . PMID  12885240 .
  2. ↑ Iwata S, Lee JW, Okada K, Lee JK, Iwata M, Rasmussen B, Link TA, Ramaswamy S, Jap BK (июль 1998 г.). «Полная структура 11-субъединичного комплекса бычьего митохондриального цитохрома bc1». Наука . 281 (5373): 64–71. Bibcode : 1998Sci ... 281 ... 64I . DOI : 10.1126 / science.281.5373.64 . PMID 9651245 . 
  3. ↑ Zhang Z, Huang L, Shulmeister VM, Chi YI, Kim KK, Hung LW и др. (1998). «Перенос электронов путем перемещения домена в цитохроме bc1». Природа . 392 (6677): 677–84. Bibcode : 1998Natur.392..677Z . DOI : 10.1038 / 33612 . PMID 9565029 . S2CID 4380033 .  
  4. ^ Хао Г.Ф., Ван Ф., Ли Х, Чжу XL, Ян В.С., Хуанг Л.С. и др. (2012). «Вычислительное открытие ингибиторов пикомолярного Q (o) сайта комплекса цитохрома bc1». J Am Chem Soc . 134 (27): 11168–76. DOI : 10.1021 / ja3001908 . PMID 22690928 . 
  5. ^ Ян XH, Trumpower BL (1986). «Очистка трех-субъединичного комплекса убихинол-цитохром с оксидоредуктазы из Paracoccus denitrificans». J Biol Chem . 261 (26): 12282–9. PMID 3017970 . 
  6. Перейти ↑ Kramer DM, Roberts AG, Muller F, Cape J, Bowman MK (2004). «Реакции обхода Q-цикла на сайте Qo цитохрома bc1 (и родственных) комплексов». Хиноны и хинон Ферменты, Часть B . Meth. Энзимол . Методы в энзимологии. 382 . С. 21–45. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (04) 82002-0 . ISBN 978-0-12-182786-1. PMID  15047094 .
  7. ^ Crofts AR (2004). «Комплекс цитохрома bc1: функция в контексте структуры». Анну. Rev. Physiol . 66 : 689–733. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.66.032102.150251 . PMID 14977419 . 
  8. ^ Ferguson SJ, Николс D, Фергюсон S (2002). Биоэнергетика (3-е изд.). Сан-Диего: академический. С. 114–117. ISBN 978-0-12-518121-1.
  9. ^ Холмс, JH; Сапейка, N; Зваренштейн, H (1975). «Ингибирующее действие препаратов против ожирения на НАДН-дегидрогеназу гомогенатов сердца мышей». Коммуникации исследований в области химической патологии и фармакологии . 11 (4): 645–6. PMID 241101 . 
  10. ^ Мюллер, Флорида; Люстгартен, штат Массачусетс; Jang, Y .; Ричардсон, А. и Ван Реммен, Х. (2007). «Тенденции в теориях окислительного старения». Свободный Радич. Биол. Med . 43 (4): 477–503. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2007.03.034 . PMID 17640558 . 
  11. ^ Скулачев В.П. (май 1996). «Роль несвязанного и несвязанного окисления в поддержании безопасного низкого уровня кислорода и его одноэлектронных восстановителей». Q. Rev. Biophys . 29 (2): 169–202. DOI : 10.1017 / s0033583500005795 . PMID 8870073 . 
  12. ^ а б Мюллер F (2000). «Природа и механизм производства супероксида в цепи переноса электронов: его значение для старения» . ВОЗРАСТ . 23 (4): 227–253. DOI : 10.1007 / s11357-000-0022-9 . PMC 3455268 . PMID 23604868 .  
  13. ^ a b Мюллер Флорида, Лю Й., Ван Реммен Х (ноябрь 2004 г.). «Комплекс III высвобождает супероксид к обеим сторонам внутренней митохондриальной мембраны» . J. Biol. Chem . 279 (47): 49064–73. DOI : 10.1074 / jbc.M407715200 . PMID 15317809 . 
  14. ^ Хан D, E Williams, Каденас E (январь 2001). «Митохондриальная респираторная цепь-зависимая генерация супероксид-аниона и его выброс в межмембранное пространство» . Биохим. Дж . 353 (Pt 2): 411–6. DOI : 10.1042 / 0264-6021: 3530411 . PMC 1221585 . PMID 11139407 .  
  15. ^ DiMauro S (ноябрь 2006). «Митохондриальные миопатии» (PDF) . Curr Opin Rheumatol . 18 (6): 636–41. DOI : 10.1097 / 01.bor.0000245729.17759.f2 . PMID 17053512 . S2CID 29140366 .   
  16. ^ DiMauro S (июнь 2007). «Митохондриальная ДНК-медицина». Biosci. Rep . 27 (1–3): 5–9. DOI : 10.1007 / s10540-007-9032-5 . PMID 17484047 . S2CID 5849380 .  
  17. ^ Schuelke М, Krude Н, Finckh В, Mayatepek Е, Янссен А, Шмельц М, Trefz Ж, Trijbels Ж, Smeitink J (март 2002 г.). «Септооптическая дисплазия, связанная с новой мутацией митохондриального цитохрома b». Аня. Neurol . 51 (3): 388–92. DOI : 10.1002 / ana.10151 . PMID 11891837 . S2CID 12425236 .  
  18. ^ Wibrand Р, Равны К, Шварц М, Розенберг Т, Н Хорн, Vissing J (октябрь 2001 г.). «Мультисистемное расстройство, связанное с миссенс-мутацией в митохондриальном гене цитохрома b». Аня. Neurol . 50 (4): 540–3. DOI : 10.1002 / ana.1224 . PMID 11601507 . S2CID 8944744 .  
  19. ↑ Fisher N, Castleden CK, Bourges I, Brasseur G, Dujardin G, Meunier B (март 2004 г.). «Связанные с болезнью человека мутации цитохрома b изучали на дрожжах» . J. Biol. Chem . 279 (13): 12951–8. DOI : 10.1074 / jbc.M313866200 . PMID 14718526 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Маррес CM, Слейтер EC (1977). «Полипептидный состав очищенного QH2: цитохром с оксидоредуктаза из митохондрий говяжьего сердца». Биохим. Биофиз. Acta . 462 (3): 531–548. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (77) 90099-8 . PMID  597492 .
  • Rieske JS (1976). «Состав, структура и функции комплекса III дыхательной цепи». Биохим. Биофиз. Acta . 456 (2): 195–247. DOI : 10.1016 / 0304-4173 (76) 90012-4 . PMID  788795 .
  • Викстром М., Краб К., Сарасте М. (1981). «Протон-переносящие цитохромные комплексы». Анну. Rev. Biochem . 50 : 623–655. DOI : 10.1146 / annurev.bi.50.070181.003203 . PMID  6267990 .

Внешние ссылки [ править ]

  • сайт комплекса цитохрома bc 1 (Эдвард А. Берри) в Wayback Machine (архив 9 октября 2006 г.) на lbl.gov
  • комплексный сайт цитохрома bc 1 (Энтони Р. Крофтс) на uiuc.edu
  • PROMISE База данных: цитохром Ьс 1 комплекс в Archive.today ( в архиве 27 августа 1999 г.) в scripps.edu
  • Интерактивная молекулярная модель комплекса III в машине обратного пути (архивировано 12 января 2009 г.) (требуется MDL Chime )
  • UMich Ориентация белков в мембранах семейства / суперсемейство-3 - Расчетные положения bc1 и родственных комплексов в мембранах
  • Коэнзим + Q-цитохром-с + редуктаза в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)