코엔자임Q – 시토크롬 환원효소

Coenzyme Q – cytochrome c reductase
시토크롬 b-c1 복합체
유비퀴논과 결합된 미토콘드리아 사이토크롬 bc 복합체의 결정 구조.[1]
식별자
기호.(해당없음)
SCOP21be3 / SCOPe / SUPFAM
TCDB3.D.3
OPM 슈퍼패밀리92
OPM 단백질3cx5
멤브롬258
유비퀴놀-사이토크롬 환원효소
식별자
EC no.7.1.1.8
CAS no.9027-03-6
데이터베이스
인텐즈InTEnz 뷰
브렌다브렌다 항목
ExPASY나이스자임뷰
KEGGKEGG입력
메타사이클대사 경로
프리암옆모습
PDB 구조물RCSB PDB PDBe PDBsum
유전자 온톨로지아미고 / 퀵고
서치
PMC기사들
펍메드기사들
NCBI단백질

시토크롬 c – 산화환원효소(cytochrome c – oxidorreductase)는 시토크롬 bc1 복합체(cytochrome bc complex), 때로는 복합체 III(complex III)로 불리며, ATP의 생화학적 생성에 중요한 역할을 하는 전자 수송 사슬(EC 1.10.2.2)의 세 번째 복합체입니다. 복합체 III는 미토콘드리아(사이토크롬 b)와 핵 유전체(다른 모든 소단위)에 의해 암호화된 다중 소단위 막횡단 단백질입니다. 복합체 III는 모든 동물과 모든 호기성 진핵생물의 미토콘드리아와 대부분의 진정세균의 내막에 존재합니다. Complex III의 돌연변이는 다계통 장애뿐만 아니라 운동 불내증을 유발합니다. bc1 복합체는 11개의 서브유닛, 3개의 호흡 서브유닛(사이토크롬 B, 사이토크롬 C1, 리스케 단백질), 2개의 코어 단백질 및 6개의 저분자량 단백질을 포함합니다.

유비퀴놀—시토크롬 환원효소는 화학 반응을 촉매합니다.

QH + 2 페리시토크롬 c⇌ \harpoons} Q + 2 페리시토크롬 c + 2 H

따라서, 이 효소의 두 가지 기질은 퀴놀(QH2)과 페리-(Fe3+) 사이토크롬 c인 반면, 세 가지 생성물은 퀴논(Q), 페로-(Fe2+) 사이토크롬 c 및 H입니다+.

이 효소는 특히 시토크롬을 수용체로 하는 공여체로서 디페놀 및 관련 물질에 작용하는 산화환원효소 계열에 속합니다. 이 효소는 산화적 인산화에 참여합니다. 사이토크롬 c1, 사이토크롬 b-562, 사이토크롬 b-566, 리스케형의 2-철 페레독신의 4가지 보조인자를 가지고 있습니다.

명명법

이 효소 부류의 계통명은 유비퀴놀:페리시토크롬-c 산화환원효소입니다. 일반적으로 사용되는 다른 이름은 다음과 같습니다.

  • coenzyme Q-cytochrome c reductase,
  • 디하이드로코엔자임 Q-사이토크롬 환원효소,
  • 환원된 유비퀴논-사이토크롬 환원효소, 복합체 III,
  • (mitochond 전자 수송),
  • 유비퀴논-사이토크롬 환원효소,
  • 유비퀴놀-사이토크롬 c 산화환원효소,
  • 환원된 조효소 Q-사이토크롬 환원효소,
  • 유비퀴논-사이토크롬 c 산화환원효소,
  • 환원된 유비퀴논-사이토크롬 c 산화환원효소,
  • 미토콘드리아 전자 수송 복합체 III,
  • 유비퀴놀-사이토크롬 c-2 산화환원효소,
  • 유비퀴논-사이토크롬 b-c1 산화환원효소,
  • 유비퀴놀-사이토크롬 c2 환원효소,
  • 유비퀴놀-사이토크롬 c1 산화환원효소,
  • CoQH2-cytochrome c oxidoreductase,
  • 유비하이드로퀴놀:사이토크롬 c 산화환원효소,
  • coenzyme QH2-cytochrome c reductase, and
  • QH2: 시토크롬 c 산화환원효소.

구조.

Complex III의 구조(클릭하여 확대)

전자 수송 사슬의 다른 주요 양성자 펌핑 소단위체에 비해 발견되는 소단위체의 수는 3개 정도로 적을 수 있습니다. 이 숫자는 증가하고 고등 동물에서 11개의 소단위체가 발견됩니다.[2] 세 개의 서브유닛에는 보철 그룹이 있습니다. 시토크롬 b 소단위체는 2개의 b형 헴(bL 및H b)을 가지며, 시토크롬 c 소단위체는 1개의 c형 헴(c1)을 가지며, 리스케 철황 단백질 소단위체(ISP)는 2개의 철, 2개의 황철-황 클러스터(2Fe•2S)를 가짐.

복합체 III의 구조: PDB: 1KYO, PDB: 1L0L

콤플렉스의 구성

척추동물에서 bc1 복합체 또는 Complex III는 11개의 소단위체를 포함합니다: 3개의 호흡 소단위체, 2개의 핵심 단백질 및 6개의 저분자량 단백질.[3][4] 프로테오박테리아 복합체에는 3개의 소단위체가 포함될 수 있습니다.[5]

복합체 III의 소단위 구성표

아니요. 소단위명 인간 유전자 기호 UniProt의 단백질 설명 인간 단백질을 가진 Pfam 과
호흡소단위단백질
1 MT-CYB / Cyt b MT-CYB Cytochrome b 팜 PF13631
2 CYC1 / Cyt c1 CYC1 시토크롬 c1, 헴 단백질, 미토콘드리아 팜 PF02167
3 Rieske / UCR1 UQCRFS1 시토크롬 b-c1 복합 소단위체 리스케, 미토콘드리아 EC 1.10.2.2 Pfam PF02921 , Pfam PF00355
핵심 단백질 소단위체
4 QCR1/SU1 UQCRC1 시토크롬 b-c1 복합 소단위 1, 미토콘드리아 Pfam PF00675, Pfam PF05193
5 QCR2/SU2 UQCRC2 시토크롬 b-c1 복합 소단위 2, 미토콘드리아 Pfam PF00675, Pfam PF05193
저분자 단백질 소단위체
6 QCR6/SU6 UQCRH 시토크롬 b-c1 복합 소단위 6, 미토콘드리아 팜 PF02320
7 QCR7/SU7 UQCRB 사이토크롬 b-c1 복합 소단위 7 팜 PF02271
8 QCR8/SU8 UQCRQ 사이토크롬 b-c1 복합소단위 8 팜 PF02939
9 QCR9/SU9 UQCRFS1a (리스케 N단자, 별도 진입 불가) 팜 PF09165
10 QCR10 / SU10 UQCR10 사이토크롬 b-c1 복합소단위 9 팜 PF05365
11 QCR11 / SU11 UQCR11 사이토크롬 b-c1 복합소단위 10 팜 PF08997
  • a 척추동물에서, Rieske 단백질(Signal peptide)의 N-말단으로부터 8 kDa의 절단 생성물이 소단위 9로서 복합체에 유지되는 것을 특징으로 하는, 방법. 따라서 서브유닛 10 및 11은 곰팡이 QCR9p 및 QCR10p에 해당합니다.

리액션

복합 III 반응의 도식적인 예시

조효소 Q(CoQ)의 산화와 미토콘드리아 기질로부터 막간 공간으로의 4개의 양성자의 동시 펌핑에 의해 시토크롬 c의 환원을 촉매합니다.

QH2 + 2 cytochrome c (FeIII) + 2 H+
in → Q + 2 cytochrome c (FeII) + 4 H+
out

Q 사이클이라고 불리는 과정에서 [6][7]두 개의 양성자가 매트릭스(M)에서 소모되고 네 개의 양성자가 막간 공간(IM)으로 방출되며 두 개의 전자가 사이토크롬 c로 전달됩니다.

반응 메커니즘

Q사이클

복합체 III(cytochrome bc1, coenzyme Q: cytochrome C oxidorreductase)에 대한 반응 메커니즘은 유비퀴논("Q") 사이클로 알려져 있습니다. 이 사이클에서 4개의 양성자가 양의 "P"면(막간 공간)으로 방출되지만, 음의 "N"면(행렬)에서 2개의 양성자만이 흡수됩니다. 그 결과, 양성자 구배가 막을 가로질러 형성됩니다. 전체 반응에서 2개의 유비퀴놀은 유비퀴놀로 산화되고 1개의 유비퀴놀은 유비퀴놀로 환원됩니다. 완전한 메커니즘에서 두 개의 전자는 두 개의 시토크롬 c 중간체를 통해 유비퀴놀에서 유비퀴논으로 전달됩니다.

전체:

  • QH2 2 x Q로 산화됨
  • QH로2 1xQ 감소
  • 2배의 Cytc 감소
  • 4 x H가+ 막간 공간으로 방출됨
  • 행렬에서 2 x H가+ 선택됨

반응은 다음 단계에 따라 진행됩니다.

라운드 1:

  1. 시토크롬 b는 유비퀴놀과 유비퀴논을 결합합니다.
  2. 2Fe/2S 중심과 헴은L 각각 결합된 유비퀴놀에서 전자를 끌어내어 두 개의 양성자를 막간 공간으로 방출합니다.
  3. 전자 하나는 2Fe/2S 센터에서 사이토크롬 c로1 전달되고, 다른 하나는 헴에서L 헴으로H 전달됩니다.
  4. 사이토크롬 c는1 자신의 전자를 사이토크롬 c로 전달하고(사이토크롬 c1과 혼동되지 않도록H), B헴은 자신의 전자를 가까운 유비퀴논으로 전달하여 유비세미퀴논을 형성합니다.
  5. 시토크롬 c는 확산됩니다. 첫 번째 유비퀴놀(현재 유비퀴논으로 산화됨)이 방출되는 반면 세미퀴논은 결합 상태를 유지합니다.

2라운드:

  1. 두 번째 유비퀴놀은 시토크롬 b에 의해 결합됩니다.
  2. 2Fe/2S 중심과 헴은L 각각 결합된 유비퀴놀에서 전자를 끌어내어 두 개의 양성자를 막간 공간으로 방출합니다.
  3. 전자 하나는 2Fe/2S 센터에서 사이토크롬 c로1 전달되고, 다른 하나는 헴에서L 헴으로H 전달됩니다.
  4. 그런 다음 시토크롬1 c는 전자를 시토크롬 c로 전달하고, 1라운드에서 생성된 세미퀴논은 헴에서H 두 번째 전자와 매트릭스에서 두 개의 양성자를 받아들입니다.
  5. 새로 형성된 유비퀴놀과 함께 두 번째 유비퀴놀(현재 유비퀴논으로 산화됨)이 방출됩니다.[8]

복합체 III의 억제제

Complex III 억제제에는 세 가지 별개의 그룹이 있습니다.

  • 안티마이신 A는 Qi 부위에 결합하여 복합체 III의 전자가 헴에서H 산화된 Q(Qi 부위 억제제)로 전달되는 것을 억제합니다.
  • 믹소티아졸과 스티그마텔린은 Qo 부위에 결합하여 환원된 QH에서2 리스케 철 황 단백질로 전자가 전달되는 것을 억제합니다. 믹소티아졸과 스티그마텔린은 Qo 부위 내에서 뚜렷하지만 중첩된 주머니에 결합합니다.
    • 믹소티아졸은 시토크롬 bL(따라서 "근위" 억제제라고 함)에 더 가깝게 결합합니다.
    • 스티그마텔린은 헴 bL에서 더 멀리, 리스케 철황 단백질과 더 가까이 결합하여 강하게 상호작용합니다.

일부는 살균제(아목시스트로빈; QoI 억제제로 가장 잘 알려진 스트로브루린 유도체) 및 말라리아 예방제(아토바쿠온)로 상업화되었습니다.

또한 프로필헥세드린은 사이토크롬 환원효소를 억제합니다.[9]

산소 활성산소

소수의 전자는 복합체 IV에 도달하기 전에 전자 수송 사슬을 빠져나갑니다. 산소로 전자가 일찍 누출되면 과산화물이 생성됩니다. 그렇지 않으면 이 작은 부반응의 관련성은 과산화물과 다른 활성 산소 종들이 매우 독성이 강하며 노화뿐만 아니라 여러 병리학에서 역할을 하는 것으로 생각된다는 것입니다(노화의 자유 라디칼 이론).[10] 전자 누출은 주로 Qo 부위에서 발생하며 안티마이신 A에 의해 자극을 받습니다. 안티마이신 A는 Qi 부위에서 헴의 재산화를 방지함으로써 헴을 환원된 상태로 가둬놓는데, 이는 차례로 Qo 세미퀴논의 정상 상태 농도를 증가시키고, 후자의 종은 산소와 반응하여 과산화물을 형성합니다. 높은 막전위의 효과도 비슷한 효과가 있을 것으로 생각됩니다.[11] Qo 부위에서 생성된 과산화물은 미토콘드리아 기질과[12][13] 막간 공간으로 방출되어 세포질에 도달할 수 있습니다.[12][14] 이것은 Complex III가 막 투과성 O가−.
2 아닌 막 투과성 HOO로• 초과산화물을 생성할 수 있다는 사실에 의해 설명될 수 있습니다.[13]

인간 유전자명

  • MT-CYB: 시토크롬 b를 암호화한 mtDNA; 운동 불내증과 관련된 돌연변이
  • CYC1: cytochrome c1
  • CYCS: cytochrome c
  • UQCRFS1: 리스케철황단백질
  • UQCRB: Ubiquinone 결합 단백질, 미토콘드리아 복합체 III 결핍과 연결된 돌연변이 핵형 3
  • UQCRH: 힌지 단백질
  • UQCRC2 : 코어 2, 미토콘드리아 복합체 III 결핍과 관련된 돌연변이, 핵형 5
  • UQCRC1: Core 1
  • UQCR: 6.4KD 소단위
  • UQCR10:7.2KD 소단위
  • TTC19: 새로 확인된 소단위, 복합체 III 결핍 핵형 2와 관련된 돌연변이. 그렇지 않으면 복합체 III 기능을 방해하는 UQCRFS1의 N-말단 단편을 제거하는 데 도움이 됩니다.[15]

인간의 질병에서 복합체 III 유전자의 돌연변이

복합 III 관련 유전자의 돌연변이는 일반적으로 운동 불내증으로 나타납니다.[16][17] 다른 돌연변이는 중격 이형성증과[18] 다계통 장애를 유발하는 것으로 보고되었습니다.[19] 그러나 복합체 III의 적절한 성숙을 담당하는 유전자인 BCS1L의 돌연변이는 신생아에서 심각한 미토콘드리아 장애를 나타내는 다중 시스템 및 신경학적 징후를 갖는 치명적인 상태인 Björnstad 증후군 및 GRACILE 증후군을 유발할 수 있습니다. 효모와 같은 모델 시스템에서 여러 돌연변이의 병원성이 검증되었습니다.[20]

이러한 다양한 병리학이 생물 에너지 결핍 또는 과산화물의 과잉 생산으로 인한 정도는 현재 알려져 있지 않습니다.

참고 항목

추가 영상

  • ETC
    기타

참고문헌

  1. ^ PDB: 1ntz; Gao X, Wen X, Esser L, Quinn B, Yu L, Yu CA, Xia D (August 2003). "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. doi:10.1021/bi0341814. PMID 12885240.
  2. ^ Iwata S, Lee JW, Okada K, Lee JK, Iwata M, Rasmussen B, Link TA, Ramaswamy S, Jap BK (July 1998). "Complete structure of the 11-subunit bovine mitochondrial cytochrome bc1 complex". Science. 281 (5373): 64–71. Bibcode:1998Sci...281...64I. doi:10.1126/science.281.5373.64. PMID 9651245.
  3. ^ Zhang Z, Huang L, Shulmeister VM, Chi YI, Kim KK, Hung LW, et al. (1998). "Electron transfer by domain movement in cytochrome bc1". Nature. 392 (6677): 677–84. Bibcode:1998Natur.392..677Z. doi:10.1038/33612. PMID 9565029. S2CID 4380033.
  4. ^ Hao GF, Wang F, Li H, Zhu XL, Yang WC, Huang LS, et al. (2012). "Computational discovery of picomolar Q(o) site inhibitors of cytochrome bc1 complex". J Am Chem Soc. 134 (27): 11168–76. doi:10.1021/ja3001908. PMID 22690928.
  5. ^ Yang XH, Trumpower BL (1986). "Purification of a three-subunit ubiquinol-cytochrome c oxidoreductase complex from Paracoccus denitrificans". J Biol Chem. 261 (26): 12282–9. doi:10.1016/S0021-9258(18)67236-9. PMID 3017970.
  6. ^ Kramer DM, Roberts AG, Muller F, Cape J, Bowman MK (2004). "Q-Cycle Bypass Reactions at the Qo Site of the Cytochrome bc1 (And Related) Complexes". Quinones and Quinone Enzymes, Part B. Methods in Enzymology. Vol. 382. pp. 21–45. doi:10.1016/S0076-6879(04)82002-0. ISBN 978-0-12-182786-1. PMID 15047094. {{cite book}}: journal= 무시됨(도움말)
  7. ^ Crofts AR (2004). "The cytochrome bc1 complex: function in the context of structure". Annu. Rev. Physiol. 66: 689–733. doi:10.1146/annurev.physiol.66.032102.150251. PMID 14977419.
  8. ^ Ferguson SJ, Nicholls D, Ferguson S (2002). Bioenergetics (3rd ed.). San Diego: Academic. pp. 114–117. ISBN 978-0-12-518121-1.
  9. ^ Holmes, J. H.; Sapeika, N; Zwarenstein, H (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. PMID 241101.
  10. ^ Muller, F. L.; Lustgarten, M. S.; Jang, Y.; Richardson, A. & Van Remmen, H. (2007). "Trends in oxidative aging theories". Free Radic. Biol. Med. 43 (4): 477–503. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID 17640558.
  11. ^ Skulachev VP (May 1996). "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. doi:10.1017/s0033583500005795. PMID 8870073. S2CID 40859585.
  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. doi:10.1007/s11357-000-0022-9. PMC 3455268. PMID 23604868.
  13. ^ a b Muller FL, Liu Y, Van Remmen H (November 2004). "Complex III releases superoxide to both sides of the inner mitochondrial membrane". J. Biol. Chem. 279 (47): 49064–73. doi:10.1074/jbc.M407715200. PMID 15317809.
  14. ^ Han D, Williams E, Cadenas E (January 2001). "Mitochondrial respiratory chain-dependent generation of superoxide anion and its release into the intermembrane space". Biochem. J. 353 (Pt 2): 411–6. doi:10.1042/0264-6021:3530411. PMC 1221585. PMID 11139407.
  15. ^ Bottani, E; Cerutti, R; Harbour, ME; Ravaglia, S; Dogan, SA; Giordano, C; Fearnley, IM; D'Amati, G; Viscomi, C; Fernandez-Vizarra, E; Zeviani, M (6 July 2017). "TTC19 Plays a Husbandry Role on UQCRFS1 Turnover in the Biogenesis of Mitochondrial Respiratory Complex III". Molecular cell. 67 (1): 96-105.e4. doi:10.1016/j.molcel.2017.06.001. PMID 28673544.
  16. ^ DiMauro S (November 2006). "Mitochondrial myopathies" (PDF). Curr Opin Rheumatol. 18 (6): 636–41. doi:10.1097/01.bor.0000245729.17759.f2. PMID 17053512. S2CID 29140366.
  17. ^ DiMauro S (June 2007). "Mitochondrial DNA medicine". Biosci. Rep. 27 (1–3): 5–9. doi:10.1007/s10540-007-9032-5. PMID 17484047. S2CID 5849380.
  18. ^ Schuelke M, Krude H, Finckh B, Mayatepek E, Janssen A, Schmelz M, Trefz F, Trijbels F, Smeitink J (March 2002). "Septo-optic dysplasia associated with a new mitochondrial cytochrome b mutation". Ann. Neurol. 51 (3): 388–92. doi:10.1002/ana.10151. PMID 11891837. S2CID 12425236.
  19. ^ Wibrand F, Ravn K, Schwartz M, Rosenberg T, Horn N, Vissing J (October 2001). "Multisystem disorder associated with a missense mutation in the mitochondrial cytochrome b gene". Ann. Neurol. 50 (4): 540–3. doi:10.1002/ana.1224. PMID 11601507. S2CID 8944744.
  20. ^ Fisher N, Castleden CK, Bourges I, Brasseur G, Dujardin G, Meunier B (March 2004). "Human disease-related mutations in cytochrome b studied in yeast". J. Biol. Chem. 279 (13): 12951–8. doi:10.1074/jbc.M313866200. PMID 14718526.

더보기

외부 링크