Citokróm c-reduktáz

A III. komplex reakcióinak rajza

A koenzim Q:citokróm c-oxidoreduktáz, más néven citokróm bc₁ komplex vagy III. komplex az elektrontranszportlánc 3. komplexe (Sablon:EC), 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:

Sablon:Chem + 2 Cyt c³⁺ $\rightleftharpoons$ Q + 2 Cyt c²⁺ + 2 H⁺

Így az enzim két szubsztrátja a kinol (Sablon:Chem) és az oxidált (Sablon:Chem) citokróm c, a termékek a kinon (Q), a redukált (Sablon:Chem) citokróm c és két proton (Sablon:Chem).

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

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

A III. komplex szerkezete

Más nagy protonpumpákhoz képest az alegységszám kicsi, akár 3 polipeptidlánc is lehet. E szám fejlettebb állatokban akár 11 is lehet. 3 alegységen van prosztetikus csoport. A citokróm b-n két hem b (b_L és b_H), 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: Sablon:PDB, Sablon:PDB

Összetétel

Gerincesekben a bc₁ komplex 11 alegységből áll: 3 légzési, 2 központi és 6 alacsony molekulatömegű részből. A proteobakteriális komplexek azonban akár 3 részesek is lehetnek.

A III. komplex összetételének táblázata

Szám	Név	Humán protein	Fehérje leírása a UniProton	Humán fehérje Pfam-családja
Légzési alegységek
1	MT-CYB / Cyt b	CYB_HUMAN	Citokróm b	Sablon:Pfam
2	CYC1 / Cyt c1	CY1_HUMAN	Citokróm c1, mitokondriális hemoprotein	Sablon:Pfam
3	Rieske / UCR1	UCRI_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex mitokondriális Rieske-alegysége Sablon:EC	Sablon:Pfam, Sablon:Pfam
Központi részek
4	QCR1 / SU1	QCR1_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex mitokondriális 1. alegysége	Sablon:Pfam, Sablon:Pfam
5	QCR2 / SU2	QCR2_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex mitokondriális 2. alegysége	Sablon:Pfam, Sablon:Pfam
Alacsony molekulatömegű részek
6	QCR6 / SU6	QCR6_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex 6. mitokondriális alegysége	Sablon:Pfam
7	QCR7 / SU7	QCR7_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex 7. alegysége	Sablon:Pfam
8	QCR8 / SU8	QCR8_HUMAN	Citokróm b-c1 komplex 8. alegysége	Sablon:Pfam
9	QCR9 / SU9 / UCRC	QCR9_HUMANa	Cytochrome b-c1 complex subunit 9	Sablon:Pfam
10	QCR10 / SU10	QCR10_HUMAN	Cytochrome b-c1 complex subunit 10	Sablon:Pfam
11	QCR11 / SU11	QCR11_HUMAN	Cytochrome b-c1 complex subunit 11	Sablon:Pfam

• ^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

A koenzim Q oxidációjával és 4 proton mitokondriumból membránközi térbe való kerülésével járó citokróm c-redukciót katalizálja:

Sablon:Chem + 2 Cyt c (Sablon:Chem) + 2 HSablon:Su → Q + 2 Cyt c (Sablon:Chem) + 4 HSablon:Su

A Q-ciklus során 2 proton fogy a mátrixból (M), 4 proton kerül a membránközi térbe (IM) és 2 elektront kap a citokróm c.

Reakciómechanizmus

A Q-ciklus

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 Sablon:Chem oxidálódik Q-ra
• 1 Q redukálódik Sablon:Chem-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:

1. A citokróm b egy ubikinolt és egy ubikinont köt.
2. A 2Fe/2S központ és a hem B_L egy-egy elektront vesznek le az ubikinolról, 2 protont adva az intermembrán térbe.
3. 1 elektron kerül át a citokróm c₁-re a 2Fe/2S központról, egy másik a hem B_L-ről a hem B_H-ra.
4. A citokróm c₁ elektronját a citokróm c-re, a hem B_H egy közeli ubikinonra viszi át, ubiszemikinon keletkezését okozva.
5. A citokróm c diffundál. Az első, ubikinonná vált ubikinol felszabadul, a szemikinon kötve marad.

2. rész:

1. A citokróm b újabb ubikinolt köt.
2. A 2Fe/2S központ és a hem B_L egy-egy elektront választanak le az ubikinolról, 2 protont az intermembrán térbe adva.
3. 1 elektron kerül át a citokróm c₁-re a 2Fe/2S központról, egy másik a hem B_L-ről a hem B_H-ra.
4. A citokróm c₁ elektronját a citokróm c-re viszi át, az 1. részben keletkezett szemikinon a hem B_H-ról felveszi a második elektront a mátrix két protonjával együtt.
5. A második ubikinol (ubikinonként), valamint az új ubikinol kijönnek.

III. komplex-gátlók

3 különböző III. komplex-inhibitor-csoport van:

• az antimicin A a Q_i helyre köt, gátolva az elektrontranszfert a hem b_H-ról az oxidált Q-ra (Qi helyi inhibitor)
• a mixotiazol és a stigmatellin a Q_o helyre köt, gátolva a redukált Sablon:Chem-ről a Rieske vas-kén fehérjére való transzfert. A mixotiazol különböző, de átfedő helyeken kötnek a Q_o helyen: a mixotiazol a citokróm b_L-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.

Oxigén szabad gyökök

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). Az elektronszivárgás gyakran a Q_o helyen történik, ezt az antimicin A stimulálja. Az antimicin A a b hemet redukált állapotban hagyja Q_i helyen történő újraoxidációjuk megakadályozásával, ami növeli a Q_o szemikinon egyensúlyi koncentrációját, mely az oxigénnel szuperoxidot alkotva reagál. A magas membránpotenciál feltehetően hasonló hatással jár. A Q_o helyen keletkező szuperoxid a mitokondriális mátrixba és az intermembrán térbe is kerülhet, ahonnan elérheti a citoszolt. Ezt magyarázhatja, hogy a III. komplex a szuperoxidot membránpermeábilis [[hidroperoxil|HOOSablon:Su]]-ként állítja elő, nem OSablon:Su-ként.

Humán gének

• 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

A III. komplexhez kapcsolódó gének mutációinál általában edzésintolerancia jelentkezik. Más mutációk szeptooptikus diszpláziát és sokszervi rendellenességeket okoznak. 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.

A betegségek bioenergetikai hiányosságokra és szuperoxid-túltermelésre való visszavezethetőségének mértéke jelenleg (2023) ismeretlen.

Források

• Sablon:Cite journal
• Sablon:Cite journal
• Sablon:Cite journal

Kapcsolódó szócikkek

• Sejtlégzés

További információk

• Sablon:Webarchive at lbl.gov
• cytochrome bc₁ complex site (Antony R. Crofts) Sablon:Wayback at uiuc.edu
• Sablon:Webarchive at scripps.edu
• Sablon:Webarchive (Requires MDL Chime)
• Sablon:UMichOPM - a bc1 és hasonló komplexek számított helyei
• Sablon:MeshName