| Ubiquinol-citocromo c-oxidorreductasa | |
|---|---|
| Estructura de la mitocondrial ubiquinol-citocromo c-oxidorreductasa en complejo con ubiquinona [1] . | |
| Identificadores | |
| Código KF | 7.1.1.8 |
| número CAS | 9027-03-6 |
| Bases de datos de enzimas | |
| IntEnz | vista IntEnz |
| BRENDA | entrada BRENDA |
| ExPASy | Vista de NiceZyme |
| metaciclo | camino metabólico |
| kegg | entrada KEGG |
| PRIAM | perfil |
| Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum |
| Ontología de genes | AmiGO • EGO |
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| PubMed | artículos |
| NCBI | Proteínas NCBI |
| CAS | 9027-03-6 |
| Archivos multimedia en Wikimedia Commons | |
| UCR_TM | |
|---|---|
| Identificadores | |
| Símbolo | UCR_TM |
| Pfam | PF02921 |
| Interpro | IPR004192 |
| SCOP | 1be3 |
| SUPERFAMILIA | 1be3 |
| TCDB | 3.D.3 |
| superfamilia OPM | 345 |
| Proteína OPM | 3cx5 |
| Estructuras proteicas disponibles | |
| Pfam | estructuras |
| AP | RCSB AP ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | modelo 3d |
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El complejo citocromo - bc 1 ( complejo bc 1 del citocromo ) o ubiquinol-citocromo c-oxidorreductasa , o complejo III es un complejo multiproteico de la cadena de transporte de electrones respiratorio y el generador bioquímico más importante del gradiente de protones en la membrana mitocondrial. Este complejo multiproteico transmembrana está codificado por los genomas mitocondrial ( citocromo b ) y nuclear [2] .
El complejo III se aisló de mitocondrias de corazón bovino, de pollo, de conejo y de levadura . Está presente en las mitocondrias de todos los animales , plantas y todos los eucariotas aerobios , y en las membranas internas de la mayoría de las eubacterias . Se sabe que el complejo forma un total de 13 bucles proteicos que atraviesan la membrana [2] .
El complejo de las mitocondrias del corazón bovino (masa molar ~ 248 kDa ) incluye alrededor de 11 subunidades de proteínas , 8 de las cuales son pequeñas proteínas de membrana hidrofóbica con una función desconocida (posiblemente estructural). Los complejos de citocromo bacteriano pueden contener tan solo de 6 a 8 o incluso 3 subunidades [3] . Las tres subunidades principales portan grupos protésicos . Citocromo b , que contiene dos hemos de tipo b con diferentes potenciales redox : hemo b L bajo (E ° '~ -0.075 ... 0.00 V) y hemo b H con alto (E ° ' ~ - +0, 05 B) potencial. El citocromo c 1 lleva un grupo prostético, hemo tipo c (E°' - + 0,23... + 0,25 V). La proteína de hierro y azufre Riske tiene un centro 2Fe-2S (E°' ~ +0,28 V). Se sabe que el complejo funciona como un dímero in vivo [2] .
El complejo se encuentra inmerso en la membrana mitocondrial interna de tal forma que el grupo funcional de la proteína Riske y el citocromo c van al espacio intermembrana, mientras que los dos hemos del citocromo b se ubican en el espesor de la membrana, con b p cerca a su lado interior, y b n cerca de su lado exterior. Tal disposición asimétrica de centros redox en la membrana asegura la existencia de dos cadenas de transporte de electrones separadas espacialmente dentro de un complejo. La primera cadena de transporte de electrones de bajo potencial está formada por dos hemos del citocromo b 6 : b L de bajo potencial y b H de alto potencial . La segunda cadena de alto potencial incluye la proteína Riske y el citocromo quimio . Durante la oxidación de los ubioquinoles en el complejo de citocromo, se realizan dos flujos de electrones conjugados, a lo largo de los caminos de bajo y alto potencial [4] .
Los datos del análisis de difracción de rayos X, que permiten determinar la posición de los grupos activos entre sí, así como los experimentos con inhibidores, permitieron comprender que el transporte de electrones es posible no solo entre dos hemos del mismo complejo, pero también entre dos hemas b L ubicados en diferentes complejos asociados en un dímero [5] .
En los vertebrados, el complejo bc 1 , o Complejo III, consta de 11 subunidades: 3 subunidades catalíticas, 2 subunidades centrales y 6 subunidades de bajo peso molecular [6] [7] . Los complejos proteobacterianos pueden constar de solo tres subunidades [8] .
En las plantas, el Complejo III es bifuncional. Estudios recientes en las mitocondrias de trigo ( Triticum aestivum ), patata ( Solanum tuberosum ) y espinaca ( Spinacia oleracea ) han demostrado que las dos subunidades centrales del complejo, enfrentadas a la matriz, tienen actividad peptidasa MPP ( Mitochondrial Processing Peptidase ) y están involucradas en el transporte de proteínas a las mitocondrias [9] [10] .
La peptidasa MPP es un heterodímero que consta de subunidades α-MPP y β-MPP, cada una con un peso de 50 kDa. Corta la señal N-terminal o la secuencia de tránsito de 40 a 80 aminoácidos de las proteínas que ingresan a la mitocondria . En las plantas, la MPP peptidasa es parte del complejo citocromo bc 1 , que se considera una característica arcaica. En animales, se produjo la duplicación de los genes de la subunidad central, de modo que la MPP-peptidasa está presente en ellos como una proteína de matriz soluble en agua independiente. Las subunidades centrales del complejo citocromo bc 1 , sin embargo, no perdieron actividad por la peptidasa , sin embargo, en el complejo bc 1 , está bloqueada por la novena subunidad, que se forma como resultado del procesamiento de la proteína Riske. Sin embargo, los experimentos con el complejo bc 1 del citocromo bovino mostraron que bajo la influencia de los detergentes y la disociación de la novena subunidad, las subunidades centrales nuevamente adquieren actividad de peptidasa [11] .
| No. | subunidad | proteina humana | Descripción | Familia de proteínas Pfam |
|---|---|---|---|---|
| subunidades catalíticas | ||||
| una | MT-CYB/Cytb | CYB_HUMANO | Citocromo b | Pfam PF13631 |
| 2 | CYC1 / Cyt c1 | CY1_HUMANO | Citocromo c 1 | Pfam PF02167 |
| 3 | Rieske/UCR1 | UCRI_HUMANO | Riesgo de proteínas | Pfam PF02921 , Pfam PF00355 |
| Subunidades centrales | ||||
| cuatro | QCR1/SU1 | QCR1_HUMANO | Subunidad 1 (MPP peptidasa) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| 5 | QCR2/SU2 | QCR2_HUMANO | Subunidad 2 (MPP peptidasa) |
Pfam PF00675 , Pfam PF05193 |
| Subunidades de bajo peso molecular | ||||
| 6 | QCR6/SU6 | QCR6_HUMANO | Subunidad 6 | Pfam PF02320 |
| 7 | QCR7/SU7 | QCR7_HUMANO | Subunidad 7 (se une a la ubiquinona ) |
Pfam PF02271 |
| ocho | QCR8/SU8 | QCR8_HUMANO | Subunidad 8 | Pfam PF02939 |
| 9 | QCR9/SU9/UCRC | QCR9_HUMAN un | Subunidad 9 | Pfam PF09165 |
| diez | QCR10/SU10 | QCR10_HUMANO | Subunidad 10 | Pfam PF05365 |
| once | QCR11/SU11 | QCR11_HUMANO | Subunidad 11 | Pfam PF08997 |
TTC19 es una pequeña subunidad del complejo descubierta recientemente; las mutaciones en él llevan a la insuficiencia del complejo III del 2 tipo.
El complejo citocromo bc 1 oxida la ubiquinona reducida y reduce el citocromo c (E°'=+0,25 V) según la ecuación:
QH 2 + 2 cit. c +3 + 2Н + in →Q + 2 cit. c +2 + 4H + fuera
El transporte electrónico en el complejo está asociado con la transferencia de protones desde la matriz (adentro) al espacio intermembrana (afuera) y la generación de un gradiente de protones en la membrana mitocondrial. Por cada dos electrones que pasan a través de la cadena de transferencia de la ubiquinona al citocromo c , se absorben dos protones de la matriz y se liberan cuatro más al espacio intermembrana. El citocromo c reducido se mueve a lo largo de la membrana en la fracción acuosa y transfiere un electrón al siguiente complejo respiratorio, la citocromo oxidasa [12] [13] .
Los eventos que ocurren se conocen como el ciclo Q, que fue postulado por Peter Mitchell en 1976. El principio del ciclo Q es que la transferencia de H + a través de la membrana ocurre como resultado de la oxidación y reducción de las quinonas en el propio complejo. En este caso, las quinonas, respectivamente, dan y toman 2H + de la fase acuosa selectivamente desde diferentes lados de la membrana.
En la estructura del complejo III, hay dos centros, o dos bolsillos, donde se pueden unir las quinonas. Uno de ellos, el centro Q out , está ubicado entre el grupo de hierro y azufre 2Fe-2S y el hemo b L cerca del lado externo (exterior) de la membrana que mira hacia el espacio intermembrana. La ubiquinona reducida (QH 2 ) se une en este bolsillo . El otro, Q en bolsillo, está diseñado para unirse a la ubiquinona oxidada (Q) y está ubicado cerca del lado interno (dentro) de la membrana en contacto con la matriz.
Primera parte del ciclo Q
La segunda parte del ciclo Q
Una condición necesaria y paradójica para el funcionamiento del ciclo Q es el hecho de que el tiempo de vida y el estado de las semiquinonas en los dos centros de unión sean diferentes. En el Q fuera del centro, Q• es inestable y actúa como un fuerte agente reductor capaz de donar e- al grupo hemo de bajo potencial. En el Q del centro, se forma un Q• − de vida relativamente larga , cuyo potencial le permite actuar como agente oxidante al aceptar electrones del hemo b H . Otro momento clave del ciclo Q está asociado con la divergencia de dos electrones incluidos en el complejo a lo largo de dos caminos diferentes. El estudio de la estructura cristalina del complejo mostró que la posición del centro 2Fe-2S en relación con otros centros redox puede cambiar. Resultó que la proteína Riske tiene un dominio móvil , en el que se encuentra realmente el grupo 2Fe-2S. Al aceptar un electrón y recuperarse, el centro 2Fe-2S cambia de posición, alejándose del centro Q out y del hemo b L 17 Å con una rotación de 60° y, por lo tanto, acercándose al citocromo c . Habiendo donado un electrón al citocromo, el centro 2Fe-2S, por el contrario, se acerca al centro Qout para establecer un contacto más estrecho. Así, funciona una especie de lanzadera (shuttle), que garantiza el escape del segundo electrón hacia los hemos b L y b H . Hasta el momento, este es el único ejemplo cuando el transporte de electrones en los complejos está asociado con un dominio móvil en la estructura de la proteína [15] .
Una pequeña fracción de los electrones abandona la cadena de transporte antes de llegar al Complejo IV . La fuga constante de electrones al oxígeno conduce a la formación de superóxido . Esta pequeña reacción secundaria conduce a la formación de todo un espectro de especies reactivas de oxígeno , que son muy tóxicas y juegan un papel importante en el desarrollo de patologías y el envejecimiento (ver la teoría de los radicales libres del envejecimiento ) [16] . La fuga electrónica ocurre principalmente en el sitio Q. Este proceso es asistido por la antimicina A. Bloquea los hemos b en su estado reducido, evitando que descarguen electrones sobre la semiquinona Q•, lo que a su vez conduce a un aumento de su concentración. La semiquinona reacciona con el oxígeno , lo que conduce a la formación de superóxido . El superóxido resultante ingresa a la matriz mitocondrial [17] [18] y al espacio intermembrana, desde donde puede ingresar al citosol [17] [19] . Este hecho puede explicarse por el hecho de que el Complejo III probablemente produce superóxido en forma de HOO • sin carga , que es más fácil de penetrar en la membrana externa en comparación con el O 2 • - [18] cargado .
Todos los inhibidores del Complejo III se pueden dividir en tres grupos:
Algunas de estas sustancias se utilizan como fungicidas (por ejemplo, derivados de la estrobilurina , el más conocido de los cuales es la azoxistrobina , un inhibidor del sitio Qout ) y fármacos antipalúdicos ( atovacuona ) [20] .
Las mutaciones en los genes del Complejo III comúnmente resultan en intolerancia al ejercicio [21] [22] . Otras mutaciones pueden causar displasia septoóptica [23] y trastornos multisistémicos [24] . Las mutaciones en el gen BCS1L responsable de la maduración adecuada del Complejo III pueden conducir al síndrome de Björnstad y al síndrome GRACILE , que conduce a la muerte a una edad temprana. El fenotipo de muchas de estas y otras mutaciones se ha evaluado en sistemas como la levadura [25] .
Actualmente se desconoce en qué medida estas patologías son causadas por deficiencia de bioenergía y en qué medida por la formación excesiva de especies reactivas de oxígeno.
Cit. bc 1 en la membrana.
Cit. bc 1 pollo doméstico.
Cita alcista. 1 a.c. _
Cit. bc 1 y op. c de S. cerevisiae .
Proteína de riesgo de M. laminosus .
La posición de las dos proteínas Riske en Cit. b 6 f .
monómero Cyt. bc1 , se indican las subunidades .