Q-цикл

Цикл Q (названный в честь хинола ) описывает серию реакций, которые описывают, как последовательное окисление и восстановление липофильного переносчика электронов коэнзима Q (CoQ) между формами убихинола и убихинона может привести к суммарному движению протонов через липидный бислой . (в случае митохондрий — внутренняя мембрана митохондрий ).

Цикл Q был впервые предложен Питером Д. Митчеллом , хотя модифицированная версия исходной схемы Митчелла теперь принята в качестве механизма, с помощью которого Комплекс III перемещает протоны (т.е. как комплекс III способствует биохимической генерации протонов или градиенту pH, который используется для биохимического образования АТФ ).

Первой реакцией цикла Q является 2-электронное окисление убихинола двумя окислителями c ₁ (Fe ³⁺) и убихинон:

CoQH ₂ + цитохром с ₁ (Fe ³⁺) + CoQ' → CoQ + CoQ' ^−• + цитохром с ₁ (Fe ²⁺) + 2 Ч ⁺ (межмембранный)

Вторая реакция цикла включает 2-электронное окисление второго убихинола двумя окислителями, свежим c ₁ (Fe ³⁺) и CoQ' ^−• произведено на первом этапе:

CoQH ₂ + цитохром с ₁ (Fe ³⁺) + CoQ' ^−• + 2 ч. ⁺ (матрица)→ CoQ + CoQ'H _-2 + цитохром с ₁ (Fe ²⁺) + 2 Ч ⁺ (межмембранный)

Эти суммарные реакции опосредуются медиаторами электронного переноса, включая кластер Риске 2Fe-2S (шунт к c ₁ ) и c _b (шунт к CoQ', а затем к CoQ' ^−•)

В хлоропластах аналогичную реакцию осуществляет с пластохиноном комплекс цитохрома b6f .

Процесс

Работа модифицированного цикла Q в Комплексе III приводит к восстановлению цитохрома с , окислению убихинола до убихинона и переносу четырех протонов в межмембранное пространство за двухцикловый процесс.

Убихинол (QH ₂ ) связывается с _{Q o} сайтом комплекса III посредством водородных связей с His182 железо-серного белка Риске и Glu272 цитохрома b . Убихинон (Q), в свою очередь, связывает сайт Q _i комплекса III. Убихинол дивергентно окисляется (отдавая по одному электрону) до -серного белка Риске (FeS) и до b _L. гема железо Эта реакция окисления приводит к временному образованию семихинона перед полным окислением до убихинона, который затем покидает участок Q _o комплекса III.

Приобретя один электрон от убихинола, «белок FeS» освобождается от своего донора электронов и может мигрировать к субъединице цитохрома с ₁ . «Белок FeS» затем отдает свой электрон цитохрому c ₁ , восстанавливая связанную с ним гемовую группу. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Оттуда электрон переносится на окисленную молекулу цитохрома с, внешне связанную с комплексом III, которая затем диссоциирует от комплекса. Кроме того, в результате повторного окисления «белка FeS» в межмембранное пространство высвобождается протон, связанный с His181.

Другой электрон, перешедший к гему b _L , используется для восстановления гема b _H , который, в свою очередь, передает электрон к убихинону, связанному в сайте Q _i . Движение этого электрона энергетически невыгодно, так как электрон движется к отрицательно заряженной стороне мембраны. Это компенсируется благоприятным изменением E _M от -100 мВ в B _L B _H. до +50 мВ в геме ^{[ нужна ссылка ]} Таким образом, присоединенный убихинон восстанавливается до семихинонового радикала. Протон, поглощенный Glu272, впоследствии переносится в водную цепь с водородными связями, когда Glu272 поворачивается на 170 °, образуя водородную связь с молекулой воды, в свою очередь образуя водородную связь с пропионатом L - b _гема . ^{[ 3 ]}

Поскольку на последнем этапе остается нестабильный семихинон в позиции Q _i , реакция еще не полностью завершена. Необходим второй цикл Q, при котором второй перенос электрона от цитохрома b _H восстанавливает семихинон до убихинола. Конечными продуктами цикла Q являются четыре протона, попадающие в межмембранное пространство: два из матрикса и два в результате восстановления двух молекул цитохрома с. Восстановленный цитохром с в конечном итоге повторно окисляется комплексом IV . Процесс является циклическим, поскольку убихинол, созданный в сайте Qi, _может быть повторно использован путем связывания с сайтом Qo _{комплекса} III.

Примечания

^ Чжан, З.; Хуанг, Л.; Шульмейстер, В.М.; Чи, Ю.И.; Ким, К.К.; Хунг, ЛВ; Крофтс, Арканзас; Берри, Э.А.; Ким, С.Х. (1998). «Перенос электронов путем движения домена в цитохроме bc1». Природа . 392 (6677): 677–84. Бибкод : 1998Natur.392..677Z . дои : 10.1038/33612 . ПМИД 9565029 . S2CID 4380033 .
^ Крофтс, Арканзас; Хонг, С.; Угулава, Н.; Баркера, Б.; Геннис, Р.; Гуэргова-Курас, М.; Берри, Э.А. (1999). «Пути высвобождения протонов при окислении убигидрохинона комплексом bc(1)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (18): 10021–6. Бибкод : 1999PNAS...9610021C . дои : 10.1073/pnas.96.18.10021 . ЧВК 17835 . PMID 10468555 .
^ Палсдоттир, Х.; Лоджеро, CG; Трампауэр, БЛ; Хант, К. (2003). «Структура дрожжевого комплекса цитохрома bc1 со связанным ингибитором сайта Qo гидроксихинонового аниона» . Журнал биологической химии . 278 (33): 31303–11. дои : 10.1074/jbc.M302195200 . ПМИД 12782631 .

Ссылки

Трампауэр, Б.Л. (2002) Биохим. Биофиз. Акта 1555, 166-173
Хант, К., Палсдоттир, Х. и Трампауэр, Б.Л. (2003) FEBS Letters 545, 39–46.
Trumpower, B.L. (1990) J. Biol. Chem., 11409-11412

[1] Чжан, З.; Хуанг, Л.; Шульмейстер, В.М.; Чи, Ю.И.; Ким, К.К.; Хунг, ЛВ; Крофтс, Арканзас; Берри, Э.А.; Ким, С.Х. (1998). «Перенос электронов путем движения домена в цитохроме bc1». Природа . 392 (6677): 677–84. Бибкод : 1998Natur.392..677Z . дои : 10.1038/33612 . ПМИД 9565029 . S2CID 4380033 .

[2] Крофтс, Арканзас; Хонг, С.; Угулава, Н.; Баркера, Б.; Геннис, Р.; Гуэргова-Курас, М.; Берри, Э.А. (1999). «Пути высвобождения протонов при окислении убигидрохинона комплексом bc(1)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (18): 10021–6. Бибкод : 1999PNAS...9610021C . дои : 10.1073/pnas.96.18.10021 . ЧВК 17835 . PMID 10468555 .

[3] Палсдоттир, Х.; Лоджеро, CG; Трампауэр, БЛ; Хант, К. (2003). «Структура дрожжевого комплекса цитохрома bc1 со связанным ингибитором сайта Qo гидроксихинонового аниона» . Журнал биологической химии . 278 (33): 31303–11. дои : 10.1074/jbc.M302195200 . ПМИД 12782631 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]