Цитохром B 6 F комплекс
Cytochrome B6F комплекс | |
---|---|
![]() Кристаллическая структура комплекса цитохрома B6F из C. reinhardtii ( 1q90 ). Границы углеводородов липидного бислоя показаны красными и синими линиями (сторона тилакоида и сторона стромы, соответственно). | |
Идентификаторы | |
Символ | B6F |
TCDB | 3.D.3 |
OPM Суперсемейство | 92 |
OPM белок | 4pv1 |
Мембраном | 258 |
Цитохром B 6 F комплекс | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
ЕС №. | 7.1.1.6 | ||
CAS №. | 79079-13-3 | ||
Альт. имена | Пластохинол/пластоцианин редуктаза | ||
Базы данных | |||
Intenz | Intenz View | ||
Бренда | Бренда вход | ||
Расширение | Вид Nicezyme | ||
Кегг | Кегг вход | ||
Метатический | Метаболический путь | ||
Напрямую | профиль | ||
PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
|
цитохрома тилакоидной B 6 F Комплекс (пластохинол/пластоцианинредуктаза или пластохинол/пластоцианиноксидоредуктаза; ) является , обнаруженным в мембране в хлоропластах растений, цианобактерии и зеленых алги 7.1.1.6 ферментом EC пластоцианин :
- пластохинол + 2 окисленного пластоцианина + 2 часа + [Сторона 1] пластохинон + 2 уменьшенный пластоцианин + 4 часа + [сторона 2]. [ 1 ]
Реакция аналогична реакции, катализируемой цитохромом BC 1 (комплекс III) митохондриального цепи транспорта электрона . Во время фотосинтеза комплекс цитохрома B 6 F представляет собой один шаг вдоль цепи, которая переносит электроны из фотосистемы II в фотосистему I и в то же время перекачивает протоны в тилакоидное пространство, способствуя генерации электрохимического (энергетического) градиента [ 2 ] Это позже используется для синтеза АТФ от ADP .
Структура фермента
[ редактировать ]Комплекс цитохрома B 6 F является димером, причем каждый мономер состоит из восьми субъединиц. [ 3 ] Они состоят из четырех больших субъединиц: цитохрома F 32 кДа с цитохромом C-типа, цитохромом B 6 кДа с группой Heme с низким и высоким потенциалом, белком с железом-сульфуром с низким и высоким потенциалом, содержащим [2FE-2. ] кластер и 17 кДа субъединица IV; Наряду с четырьмя небольшими субъединицами (3-4 кДа): Петг, Петл, Петм и Петн. [ 3 ] [ 4 ] Общая молекулярная масса составляет 217 кДа.
Кристаллические структуры комплексов цитохрома B 6 F из Chlamydomonas Reinhardtii , Mastigocladus laminosus и Nostoc sp. PCC 7120 были определены. [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Ядро комплекса структурно аналогична ядра цитохрома BC 1 . Цитохром B 6 и субъединица IV гомологичны цитохрому В , [ 10 ] и белки из железо-сульфура Ришке двух комплексов гомологичны. [ 11 ] Тем не менее, цитохром F и цитохром C 1 не гомологичен. [ 12 ]
Цитохром B 6 F содержит семь протезных групп . [ 13 ] [ 14 ] Четыре обнаружены как в цитохроме B 6 F, так и BC 1 : гем C-типа цитохрома C 1 и F, два гема B-типа (B P и B N ) в BC 1 и B 6 F, а [2Fe -2S] кластер белка Рисеке. Три уникальных протезных групп обнаружены в цитохроме B 6 F: хлорофилл A , β-каротин и гем C N (также известный как Heme X). [ 5 ]
Межмономерное пространство в ядре димера комплекса цитохрома B6F занята липидами, [ 9 ] который обеспечивает направленность для переноса электрона гемора посредством модуляции внутрипротеиновой диэлектрической среды. [ 15 ]
|
Биологическая функция
[ редактировать ]
При фотосинтезе комплекс цитохрома B 6 F функционирует, чтобы опосредовать перенос электронов и энергии между двумя комплексами центром фотосинтетического реакции, фотосистемой II и фотосистемой I , одновременно перенося протоны из стромы хлоропластов через тилакоидную мембрану в просвет . [ 2 ] Электронный транспорт с помощью цитохрома B 6 F отвечает за создание градиента протона , который движет синтезом АТФ в хлоропластах. [ 4 ]
В отдельной реакции комплекс цитохрома B 6 F играет центральную роль в циклическом фотофосфорилировании , когда NADP + недоступен для принятия электронов из уменьшенного ферредоксина . [ 16 ] Этот цикл, управляемый энергией P700 + , способствует созданию протонного градиента, который можно использовать для управления синтезом АТФ. Было показано, что этот цикл необходим для фотосинтеза, [ 17 ] Помогая поддерживать надлежащее соотношение производства ATP/NADPH для фиксации углерода . [ 18 ] [ 19 ]
Реакции депротонирования-окисления хинола P-Side в комплексе цитохрома B6F были вовлечены в генерацию активных форм кислорода. [ 20 ] Было предположительно, что интегральная молекула хлорофилла, расположенная в месте окисления хинола, выполняет структурную, нефотохимическую функцию при повышении скорости образования реактивных форм кислорода, возможно, для обеспечения окислительно-восстановительного пути для внутриклеточной связи. [ 21 ]
Механизм реакции
[ редактировать ]Комплекс цитохрома B 6 F отвечает за « нециклический » (1) и « циклический » (2) перенос электронов между двумя мобильными окислительно-восстановительными носителями, пластохинолом (QH 2 ) и пластоцианом (ПК):
H 2 o | → | Фотосистема II | → | Тейв 2 | → | Cyt B 6 F | → | ПК | → | фотосистема я | → | Надф | (1) |
Тейв 2 | → | Cyt B 6 F | → | ПК | → | фотосистема я | → | Q. | (2) |
Цитохром B 6 F катализирует перенос электронов от пластохинола в пластоцианин, прикачая два протона из стромы в тилакоидный просвет:
- QH 2 + 2pc (с 2+ ) + 2H + (строма) → Q + 2pc (с + ) + 4H + (просвет) [ 16 ]
Эта реакция происходит через цикл Q, как в комплексе III. [ 22 ] Пластохинол действует как электронный носитель, перенося два электрона в цепочки переноса электронов с высоким и низким потенциалом (и т. Д.) Посредством механизма, называемого бифуркацией электронов . [ 23 ] Комплекс содержит до трех молекул пластохинона, которые образуют сеть переноса электронов, которые отвечают за работу цикла Q, его окислительно-восстановительные и каталитические функции в фотосинтезе. [ 24 ]
Q -цикл
[ редактировать ]
Первая половина цикла Q
- QH 2 связывается с положительной стороной «p» (сторона просвета) комплекса. Он окисляется до полухинона (кв.) Центром железа (высокий потенциал и т. Д.) И выпускает два протона в тилакоидный просвет [ Цитация необходима ] .
- Центр уменьшенного железа передает свой электрон через цитохром F на ПК.
- В низком потенциале и т. Д. SQ передает свой электрон в гем B P цитохрома B6.
- Heme B P затем передает электрон в гем B n .
- Heme B n уменьшает Q с одним электроном для формирования SQ.
Вторая половина цикла Q
- Второй QH 2 связывается с комплексом.
- В высокой потенциале и т. Д. Один электрон уменьшает другой окисленный ПК.
- В низком потенциале и т. Д. Электрон от гема B n переносится на SQ, и полностью уменьшенный Q 2− занимает два протона из стромы, чтобы сформировать QH 2 .
- Окисленный Q и уменьшенный QH 2 , который был восстановлен в мембране.
Циклический электронный перенос
[ редактировать ]В отличие от комплекса III, цитохром B 6 F катализирует еще одну реакцию электронного переноса, которая является центральной для циклического фотофосфорилирования . Электрон из ферредоксина (FD) переносится в пластохинон, а затем комплекс цитохрома B 6 F для уменьшения пластоцианина, который повторно окисляется P700 в фотосистеме I. [ 25 ] Точный механизм снижения пластохинона ферредоксином все еще расследуется. Одним из предложений является то, что существует ферредоксин: пластохинон-редуктаза или NADP-дегидрогеназа. [ 25 ] Поскольку Heme X, по -видимому, не требуется для цикла Q и не обнаружен в комплексе III, было предложено, чтобы он использовался для циклического фотофосфорилирования следующим механизмом: [ 23 ] [ 26 ]
- Fd (красный) + heme x (ox) → fd (ox) + heme x (красный)
- heme x (красный) + fd (красный) + q + 2h + → Heme x (ox) + fd (ox) + qh 2
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Explorenz: EC 7.1.1.6
- ^ Jump up to: а беременный в Hasan SS, Yamashita E, Baniulis D, Cramer WA (Mar 2013). «Квиноно-зависимые пути переноса протона в комплексе фотосинтетического цитохрома B6F» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (11): 4297–302. doi : 10.1073/pnas.1222248110 . PMC 3600468 . PMID 23440205 .
- ^ Jump up to: а беременный Whitelegge JP, Zhang H, Aguilera R, Taylor RM, Cramer WA (октябрь 2002 г.). «Полное покрытие субъединицы жидкость хроматография электрораспылительной масс -спектрометрии (LCMS+) олигомерного мембранного белка: комплекс цитохрома B (6) из шпината и цианобактерий мастигокладус ламиноз» . Молекулярная и клеточная протеомика . 1 (10): 816–27. doi : 10.1074/mcp.m200045-mcp200 . PMID 12438564 .
- ^ Jump up to: а беременный Vett DJ, Vett JG (2011). Я буду . Нью -Йорк, Нью -Йорк: Wiley, J. и 978-0-470-57095-1 .
- ^ Jump up to: а беременный Стробел Д., Чоке Й., Попот Дж.Л., Пикот Д. (ноябрь 2003 г.). «Атипичный гем в комплексе цитохрома B (6) F». Природа . 426 (6965): 413–8. doi : 10.1038/nature02155 . PMID 14647374 . S2CID 130033 .
- ^ Yamashita E, Zhang H, Cramer WA (Jun 2007). «Структура комплекса цитохрома B6F: аналоговые ингибиторы хинона в виде лигандов гема CN» . Журнал молекулярной биологии . 370 (1): 39–52. doi : 10.1016/j.jmb.2007.04.011 . PMC 1993820 . PMID 17498743 .
- ^ Baniulis D, Yamashita E, Whitelegge JP, Zatsman AI, Hendrich MP, Hasan SS, Ryan CM, Cramer WA (апрель 2009 г.). «Структурная функция, стабильность и химическая модификация цианобактериального комплекса цитохрома B6F из Nostoc sp. PCC 7120» . Журнал биологической химии . 284 (15): 9861–9. doi : 10.1074/jbc.m809196200 . PMC 2665108 . PMID 19189962 .
- ^ Хасан С.С., Стофлет Дж. Т., Ямашита Е., Крамер Ва (апрель 2013). «Индуцированные липидом конформационные изменения в комплексе цитохрома B6F оксигического фотосинтеза» . Биохимия . 52 (15): 2649–54. doi : 10.1021/bi301638h . PMC 4034689 . PMID 23514009 .
- ^ Jump up to: а беременный Hasan SS, Cramer WA (июль 2014). «Внутренняя липидная архитектура гетероолигомерного комплекса цитохрома B6F» . Структура 22 (7): 1008–15. doi : 10.1016/j.str.2014.05.004 . PMC 4105968 . PMID 24931468 .
- ^ Widger WR, Cramer WA, Herrmann RG, Trebst A (февраль 1984 г.). «Последовательность гомология и структурное сходство между цитохромом В митохондриального комплекса III и комплексом хлоропласта B6-F: положение цитохрома-Вм в мембране» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 81 (3): 674–8. doi : 10.1073/pnas.81.3.674 . PMC 344897 . PMID 6322162 .
- ^ Carrell CJ, Zhang H, Cramer WA, Smith JL (Dec 1997). «Биологическая идентичность и разнообразие в фотосинтезе и дыхании: структура просветной домены белка хлоропласта Риш» . Структура 5 (12): 1613–25. doi : 10.1016/s0969-2126 (97) 00309-2 . PMID 9438861 .
- ^ Martinez SE, Huang D, Zczepaniak A, Cramer WA, Smith JL (февраль 1994 г.). «Кристаллическая структура хлоропласта цитохрома F выявляет новую цитохромную складку и неожиданное лигирование гема» . Структура 2 (2): 95–105. doi : 10.1016/s0969-2126 (00) 00012-5 . PMID 8081747 .
- ^ Baniulis D, Yamashita E, Zhang H, Hasan SS, Cramer WA (2008). «Структурная функция комплекса цитохрома B6F». Фотохимия и фотобиология . 84 (6): 1349–58. doi : 10.1111/j.1751-1097.2008.00444.x . PMID 19067956 . S2CID 44992397 .
- ^ Cramer WA, Zhang H, Yan J, Kurisu G, Smith JL (май 2004 г.). «Эволюция фотосинтеза: независимая от времени структура комплекса цитохрома B6F». Биохимия . 43 (20): 5921–9. doi : 10.1021/bi0494444o . PMID 15147175 .
- ^ Hasan SS, Zakharov SD, Chauvet A, Stadnytskyi V, Savikhin S, Cramer WA (Jun 2014). «Карта диэлектрической гетерогенности в мембранном белке: гетероолигомерный комплекс цитохрома B6F» . Журнал физической химии б . 118 (24): 6614–25. doi : 10.1021/jp501165k . PMC 4067154 . PMID 24867491 .
- ^ Jump up to: а беременный Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Stryer L (2007). Биохимия . Нью -Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-8724-2 .
- ^ Munekage Y, Hashimoto M, Miyake C, Tomizawa K, Endo T, Tasaka M, Shikanai T (Jun 2004). «Циклический поток электронов вокруг фотосистемы я необходим для фотосинтеза». Природа . 429 (6991): 579–82. Bibcode : 2004natur.429..579m . doi : 10.1038/nature02598 . PMID 15175756 . S2CID 4421776 .
- ^ Blankenship Re (2002). Молекулярные механизмы фотосинтеза . Оксфорд; Малден, Массачусетс: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-04321-7 .
- ^ Бендалл Д. (1995). «Циклическое фотофосфорилирование и транспорт электронов» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1229 : 23–38. doi : 10.1016/0005-2728 (94) 00195-b .
- ^ Baniulis D, Hasan SS, Stofleth JT, Cramer WA (декабрь 2013 г.). «Механизм усиленной продукции супероксида в комплексе цитохрома B (6) F кислородо -фотосинтеза» . Биохимия . 52 (50): 8975–83. doi : 10.1021/bi4013534 . PMC 4037229 . PMID 24298890 .
- ^ Hasan SS, Proctor EA, Yamashita E, Dokholyan NV, Cramer WA (октябрь 2014 г.). «Трафик в липопротеиновом комплексе цитохрома B6F: стробирование портала хинона» . Биофизический журнал . 107 (7): 1620–8. Bibcode : 2014bpj ... 107.1620h . doi : 10.1016/j.bpj.2014.08.003 . PMC 4190601 . PMID 25296314 .
- ^ Cramer WA, Soriano GM, Ponomarev M, Huang D, Zhang H, Martinez SE, Smith JL (Jun 1996). «Некоторые новые структурные аспекты и старые противоречия, касающиеся цитохрома B6F, кислородного фотосинтеза». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 47 : 477–508. doi : 10.1146/annurev.arplant.47.1.477 . PMID 15012298 .
- ^ Jump up to: а беременный Cramer WA, Zhang H, Yan J, Kurisu G, Smith JL (2006). «Трансмембранное движение в комплексе цитохрома B6F». Ежегодный обзор биохимии . 75 : 769–90. doi : 10.1146/annurev.biochem.75.103004.142756 . PMID 16756511 .
- ^ Malone LA, Qian P, Mayneord GE, Hitchcock A, Farmer DA, Thompson RF, et al. (Ноябрь 2019). «Крио-эм структура комплекса цитохрома B 6 F со шпинатом с разрешением 3,6 Å» (PDF) . Природа . 575 (7783): 535–539. doi : 10.1038/s41586-019-1746-6 . PMID 31723268 . S2CID 207987984 .
- ^ Jump up to: а беременный Джолио П., Джолиот А (июль 2002). «Циклический перенос электрона в растении» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (15): 10209–14. Bibcode : 2002pnas ... 9910209J . doi : 10.1073/pnas.102306999 . PMC 126649 . PMID 12119384 .
- ^ Cramer WA, Yan J, Zhang H, Kurisu G, Smith JL (2005). «Структура комплекса цитохрома B6F: новые протезные группы, Q-пространство и гипотеза« закуски »для сборки комплекса». Фотосинтез исследования . 85 (1): 133–43. Bibcode : 2005phore..85..133c . doi : 10.1007/s11120-004-2149-5 . PMID 15977064 . S2CID 20731696 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Саревич, м; Pintscher, S; Pietras, R; Борек, а; Bujnowicz,; Ханке, G; Cramer, WA; Finazzi, g; Osyczka, A (24 февраля 2021 года). «Каталитические реакции и энергосбережение в комплексах цитохрома BC (1) и B (6) F мембран, передающих энергетики» . Химические обзоры . 121 (4): 2020–2108. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00712 . PMC 7908018 . PMID 33464892 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- цитохрома B 6 F Структурно -функциональные исследования комплекса - Текущие исследования цитохрома B 6 F в лаборатории Уильяма Крамера в Университете Пердью, США, США.
- Ориентация белков Umich в семействах мембран/суперсемейство -3 - рассчитанные положения B6F и родственные комплексы в мембранах
- Cytochrome+B6F+комплекс в Национальной библиотеке Медицинской библиотеки США медицинские заголовки (Mesh)
- Пластохинол-пластоцианин+редуктаза в Национальной библиотеке медицинской библиотеки Медицинской библиотеки США (Mesh)