Citokróm c-reduktáz

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
UCR_TM
Ubikinonhoz kapcsolódó mitokondriális citokróm bc komplex kristályszerkezete.[1]
Ubikinonhoz kapcsolódó mitokondriális citokróm bc komplex kristályszerkezete.[1]
Azonosítók
JelUCR_TM
Egyéb adatok
LokuszMitokondrium [1]
ubikinol–citokróm c-reduktáz
px
Azonosítók
Jel{{{Symbol}}}
Egyéb adatok
Lokusz8. krom. p14
A III. komplex reakcióinak rajza

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]

A III. komplex szerkezete

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]

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 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:

  1. A citokróm b egy ubikinolt és egy ubikinont köt.
  2. A 2Fe/2S központ és a hem BL 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 BL-ről a hem BH-ra.
  4. A citokróm c1 elektronját a citokróm c-re, a hem BH 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 BL 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 BL-ről a hem BH-ra.
  4. 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.
  5. 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]

  1. ↑ 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.  
  2. ↑ (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.  
  3. ↑ (1998) „Electron transfer by domain movement in cytochrome bc1.”. Nature 392 (6677), 677–684. o. DOI:10.1038/33612. PMID 9565029.  
  4. ↑ (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.  
  5. ↑ (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.  
  6. ↑ 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 
  7. ↑ 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.  
  8. ↑ Bioenergetics, 3rd, San Diego: Academic, 114–117. o. (2002). ISBN 978-0-12-518121-1 
  9. ↑ (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.  
  10. ↑ 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.  
  11. ↑ 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.  
  12. ↑ 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.  
  13. ↑ 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.  
  14. ↑ (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.  
  15. ↑ 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.  
  16. ↑ 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.  
  17. ↑ (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.  
  18. ↑ (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.  
  19. ↑ (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]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Citokróm_c-reduktáz&oldid=26911055”