Citohrom bc

Shematski prikaz reakcija kompleksa III

Koenzim Q: citohrom c– oksidoreduktaza, koji se ponekad naziva citohrom bc₁ kompleks, a ponekad i kompleks III, je treći kompleks u lancu transporta elektrona (EC1.10.2.2), igrajući ključnu ulogu u biohemijskom stvaranju ATP-a (oksidativna fosforilacija) . Kompleks III je multipodjedinični transmembranski proteini koji kodiraju i mitohondrijski (citohrom b) i jedarni genomi (sve druge podjedinice). Kompleks III je prisutan u mitohondrijama svih životinja i svih aerobnih eukariota i unutrašnjim membranama većine eubakterija. Mutacije u kompleksu III uzrokuju netoleranciju na vježbanje kao i multisistemske poremećaje. Kompleks bc1 sadrži 11 podjedinica, tri respiratorne podjedinice (citohrom B, citohrom C1, Rieskeov protein), dva proteinska jezgra i šest niskomolekulskih proteina.

Ubikinol—citohrom-c reduktaza katalizira hemijsku reakciju

QH₂ + 2 fericitohrom c$\rightleftharpoons$ Q + 2 ferocitohrom c + 2 H⁺

Dakle, dva supstrata ovog enzima su kinol (QH₂) i feri– (Fe³⁺)citohrom c, dok su njegova tri proizvoda kinon (Q), fero– (Fe²⁺) citohrom c i H< sup>+.

Ovaj enzim pripada porodici oksidoreduktaza, posebno onih koji djeluju na difenole i srodne tvari kao donor sa citohromom kao akceptorom. Ovaj enzim učestvuje u oksidacijskoj fosforilaciji. Ima četiri kofaktora: citohrom c₁, citohrom b-562, citohrom b-566 i 2-gvožđe feredoksin tipa Rieske.

Nomenklatura

Sistematski naziv ove klase enzima je ubikinol:fericitohrom-c oksidoreduktaza. Ostali nazivi u uobičajenoj upotrebi uključuju:

koenzim Q-citohrom c reduktaza, dihidrokoenzim Q-citohrom c reduktaza, smanjena ubikinon-citohrom c reduktaza, kompleks III, (mitohondrijski transport elektrona), ubikinon-citohrom c reduktaza, ubikinol-citohrom c oksidoreduktaza, reducirana koenzim Q-citohrom c reduktaza, ubikinon-citokrom c oksidoreduktaza, reducirana ubikinon-citokrom c oksidoreduktaza,

mitohondrijski kompleks za transport elektrona III, ubikinol-citohrom c-2 oksidoreduktaza, ubikinon-citohrom b-c1 oksidoreduktaza, ubikinol-citohrom c2 reduktaza, ubikinol-citohrom c1 oksidoreduktaza, CoQH2-citohrom c oksidoreduktaza, ubihidrokinol: citohrom c oksidoreduktaza, koenzim QH2-citohrom c reduktaza, i QH2:citohrom c oksidoreduktaza.

Struktura

Struktura kompleksa III

U poređenju sa ostalim glavnim podjedinicama koje pumpaju proton u lancu transporta elektrona, broj pronađenih podjedinica može biti mali, čak do tri polipeptidna lanca. Ovaj broj se povećava, a kod viših životinja nalazi se jedanaest podjedinica. Tri podjedinice imaju grupu proteza. Podjedinica citohrom b ima dva tipa b hema (b_L i b _H), podjedinica citohroma c ima jedan hem c tipa (c₁) , a Rieske podjedinica gvožđe-sumpornog proteina (ISP) ima dva gvožđa, dva sumpora klaster gvožđe-sumpor (2Fe•2S).

Strukture kompleksa III: Šablon:PDB, Šablon:PDB

Sastav kompleksa

Kod kičmenjaka, kompleks bc₁, ili kompleks III, sadrži 11 podjedinica: tri respiratorne podjedinice, dva jezgrarna proteina i šest proteina niske molekulske težine. Proteobacterial complexes may contain as few as three subunits.

Tabela sastava podjedinica kompleksa III

Redni broj	Naziv podjedinice	Ljudski protein	Opis proteina iz UniProt	Pfam porodica sa ljudskim proteinima
Proteini respiratorne podjedinice
1	MT-CYB / Cyt b	CYB_HUMAN	Citohrom b	Šablon:Pfam
2	CYC1 / Cyt c1	CY1_HUMAN	Citokhom c1, hem protein, mitohondrijski	Šablon:Pfam
3	Rieske / UCR1	UCRI_HUMAN	Podjedinica kompleksa citokroma b-c1 Rieske, mitohondrijska EC: 1.10.2.2	Šablon:Pfam, Šablon:Pfam
Podjedinice jezgra proteina
4	QCR1 / SU1	QCR1_HUMAN	Podjedinica 1 kompleksa citohroma b-c1, mitohondrijska	Šablon:Pfam, Šablon:Pfam
5	QCR2 / SU2	QCR2_HUMAN	Podjedinica 2 kompleksa citohroma b-c1, mitohondrijska	Šablon:Pfam, Šablon:Pfam
Proteinske podjedinice niske molekulske težine
6	QCR6 / SU6	QCR6_HUMAN	Podjedinica 6 kompleksa citohroma b-c1, mitohondrijska	Šablon:Pfam
7	QCR7 / SU7	QCR7_HUMAN	Podjedinica 7 kompleksa citohroma b-c1	Šablon:Pfam
8	QCR8 / SU8	QCR8_HUMAN	Podjedinica 8 kompleksa citohroma b-c1	Šablon:Pfam
9	QCR9 / SU9 / UCRC	QCR9_HUMANa	Podjedinica 9 kompleksa citohroma b-c1	Šablon:Pfam
10	QCR10 / SU10	QCR10_HUMAN	Podjedinica 10 kompleksa citohroma b-c1	Šablon:Pfam
11	QCR11 / SU11	QCR11_HUMAN	Podjedinica 11 kompleksa citohroma b-c1	Šablon:Pfam

• ^a Kod kičmenjaka, proizvod cijepanja od 8 kDa sa N-terminala Rieske proteina (signalni peptid) zadržava se u kompleksu kao podjedinica 9. Tako podjedinice 10 i 11 odgovaraju gljivičnim QCR9p i QCR10p.

Reakcija

Ovaj enzim katalizira redukciju citohroma c za oksidacija koenzima Q (CoQ) i istovremeno pumpanje 4 protona iz mitohondrijskog matriksa u intermembranski prostor:

QH₂ + 2 citohrom c (Fe^III) + 2 HŠablon:Su → Q + 2 citohrom c (Fe^II) + 4 HŠablon:Su

U procesu koji se zove Q ciklus, dva protona troše se iz matrice (M), četiri protona se oslobađaju u intermembranski prostor (IM) i dva elektrona se prenose na citohrom c.

Mehanizam reakcije

Q ciklus

Mehanizam reakcije za kompleks III (citohrom bc1, koenzim Q: citohrom C-oksidoreduktaza) poznat je kao ubikinon ("Q") ciklus. U ovom ciklusu četiri protona se oslobađaju na pozitivnu "P" stranu (međumembranski prostor), ali samo dva protona preuzimaju se sa negativne "N" strane (matrica). Kao rezultat, protonski gradijent formira se preko membrane. U ukupnoj reakciji, dva ubikinola oksidiraju se u ubikinon, a jedan ubikinon reducira se u ubiquinol. U kompletnom mehanizmu, dva elektrona prenose se sa ubikinol na ubikinon, preko dva intermedijera citohroma c.

Sveukupno:

• 2 x QH₂ oksidirano do Q
• 1 x Q reducirano do QH₂
• 2 x Cyt c reducirano
• 4 x H⁺ otpušteno u intermembranski prostor
• 2 x H⁺ pokupljeno iz matrice

Reakcija se odvija prema sljedećim koracima:

Prvi krug:

1. Citohrom b vezuje ubikinol i ubikinon.
2. 2Fe/2S centar i B_L hem povlače po jedan elektron sa vezanog ubihinola, oslobađajući dva protona u intermembranski prostor.
3. Jedan elektron se prenosi na citohrom c₁ iz centra 2Fe/2S, dok se drugi prenosi sa B_L hema na B_H hem.
4. Citohrom c₁ prenosi svoj elektron na citohrom c (ne treba ga brkati sa citohromom c1), a B_H hem prenosi svoj elektron na obližnji ubikinon, što rezultira stvaranjem ubisemikinona.
5. Citohrom c difundira. Prvi ubikinol (sada oksidiran u ubikinon) se oslobađa, dok semikinon ostaje vezan.

Drugi krug:

1. Drugi ubikinol je vezan citohromom b.
2. 2Fe/2S centar i B_L hem povlače po jedan elektron sa vezanog ubihinola, oslobađajući dva protona u intermembranski prostor.
3. Jedan elektron se prenosi na citohrom c₁ iz centra 2Fe/2S, dok se drugi prenosi sa B_L hema na B_Hhem.
4. Citohrom c₁ zatim prenosi svoj elektron na citohrom c, dok obližnji semikinon proizveden iz kruga 1 pokupi drugi elektron iz B_H hema, zajedno sa dva protona iz matrice.
5. Drugi ubikinol (sada oksidiran u ubikinon), oslobađa se zajedno s novoformiranim ubikinolom.

Inhibitori kompleksa III

Postoje tri različite grupe inhibitora kompleksa III.

• Antimicin A vezuje se za Q_i mjesto i inhibira prijenos elektrona u kompleksu III sa hema b_H na oksidirani Q (inhibitor Qi mesta).
• Miksotiazol i stigmatellin vezuju se za mjesto Q_o i inhibiraju prijenos elektrona sa redukovanog QH₂ na Rieske gvožđe-sumporni protein. Miksotiazol i stigmatelin se vezuju za različite, ali preklapajuće džepove unutar Q_o mjesta.
  • Miksotiazol se bliže vezuje za citohrom bL (otuda se naziva "proksimalni" inhibitor).
  • Stigmatelin se vezuje dalje od hema bL i bliže proteinu sumpora Rieske gvožđa, s kojim snažno stupa u interakciju.

Neki su komercijalizirani kao fungicidi (derivati strobilurina, od kojih je najpoznatiji azoksistrobin; QoI inhibitori) i kao agensi protiv malarije (atovakvon).

Takođe propilheksedrin inhibira citohrom c reduktazu.

Bezkisični radikali

Mali dio elektrona napušta lanac transporta elektrona prije nego što stigne do kompleksa IV. Prerano curenje elektrona u kisik rezultira stvaranjem superoksida. Relevantnost ove inače manje nuspojave je da su superoksid i druge reaktivne vrste kisika vrlo toksični i smatra se da imaju ulogu u nekoliko patoloških stanja, kao i starenju). Do curenja elektrona dolazi uglavnom na Q_o mjestu i stimulirano je antimicinom A. Antimicin A zaključava b hem u reduciranom stanju, sprečavajući njihovu ponovnu oksidaciju na Q_i mjestu, što zauzvrat uzrokuje stabilne koncentracije Q_o semikinona da raste, pri čemu potonja vrsta reaguje sa kisikom da bi formirala superoksid. Smatra se da efekt visokog membranskog potencijala ima sličan efekt. Superoksid proizveden na Qo mjestu može se osloboditi i u mitohondrijski matriks i u međumembranski prostor, gdje onda može doći do citosola. Ovo bi se moglo objasniti činjenicom da bi kompleks III mogao proizvoditi superoksid kao membranski permeabilan HOO^•, a ne kao membranski nepropusni [[superoksid|OŠablon:Su]].

Oznake ljudskih gena

MT-CYB: mtDNK kodirani citohrom b; promjene povezane s netolerancijom na vježbanje

CYC1: citohrom c1

CYCS: citohrom c

UQCRFS1: Rieske gvožđe-sumporni protein

UQCRB: Ubikinon vezujući protein, mutacija povezana s jedarnim nedostatkom mitohondrijskog kompleksa III tipa 3

UQCRH: Protein šarke

UQCRC2: Jezgarne 2, mutacije povezane s nedostatkom mitohondrijsog kompleksa III, jedarni tip 5

UQCRC1: Jezgarni 1

UQCR: 6,4KD podjedinica

UQCR10: 7,2KD podjedinica

TTC19: Novoidentifikovana podjedinica, mutacije povezane sa kompleksnim III jedarnim nedostatkom tipa 2.

Mutacije u genima kompleksa III kod ljudskih bolesti

Mutacije u genima vezanim za kompleks III tipski se manifestiraju kao netolerancija na vježbanje. Prijavljeno je da ostale mutacije uzrokuju septooptičku displaziju i multisistemske poremećaje. Međutim, mutacije u genu BCS1L, odgovornom za pravilno sazrijevanje kompleksa III, mogu dovesti do Björnstadovog i GRACILE sindroma, koji su kod novorođenčadi smrtonosna stanja koja imaju multisistemske i neurološke manifestacije, tipizirajući teške mitohondrijske poremećaje. Patogenost nekoliko mutacija je potvrđena u modelnim sistemima kao što je kvasac.

Do sada je nepoznat stepen do kojeg stupnja su ove različite patološke promjene uzrokovane bioenergetskim deficitom ili prekomjernom proizvodnjom superoksida.

Također pogledajte

• Ćelijsko disanje
• Fotosintetski reakcioni centar

Dodatne slike

• 
  ETC

Dopunska literatura

• Šablon:Cite journal
• Šablon:Cite journal
• Šablon:Cite journal

Vanjski linkovi

• Šablon:Webarchive at lbl.gov
• cytochrome bc₁ complex site (Antony R. Crofts) Šablon:Webarchive at uiuc.edu
• Šablon:Webarchive at scripps.edu
• Šablon:Webarchive (Requires MDL Chime)
• Šablon:UMichOPM - Calculated positions of bc1 and related complexes in membranes
• Šablon:MeshName