Q цикл - Q cycle

Схематическое изображение комплекса III электронно-транспортной цепи. Серая область - это внутренняя митохондриальная мембрана . Q представляет собой убихиноновую форму CoQ10, а QH 2 представляет собой убихиноловую ( дигидроксихиноновую ) форму.

Цикл Q (названный по имени хинола ) описывает серию реакций , которые описывают , как последовательное окисление и восстановление липофильного носителя электрона, коэнзим Q10 (CoQ10), между Ubiquinol и убихиноном формами, могут привести к чистому движению протонов через липидный бислой (в случае митохондрий - внутренняя митохондриальная мембрана ).

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 протона или градиента pH, который используется для биохимического производства АТФ ).

Подводя итог, первая реакция Q-цикла:

CoQH 2 + цитохром c 1 (Fe 3+ ) → CoQ - • + цитохром c 1 (Fe 2+ ) + 2 H + (межмембранный)

Затем вторая реакция цикла включает восстановление временного семихинона другим электроном с образованием CoQH 2 :

CoQH 2 + CoQ - • + цитохром c 1 (Fe 3+ ) + 2 H + (матрица) → CoQ + CoQH 2 + цитохром c 1 (Fe 2+ ) + 2 H + (межмембранный)

Комбинируя два уравнения, мы получаем общую реакцию Q-цикла:

CoQH 2 + 2 цитохрома c 1 (Fe 3+ ) + 2 H + (матрица) → CoQ + 2 цитохрома c 1 (Fe 2+ ) + 4 H + (межмембранный)

В хлоропластах, подобная реакция осуществляются с пластохиноном с помощью цитохрома комплекса 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 сайтом Q o комплекса III посредством водородной связи с His182 железо-серного белка Риске и Glu272 цитохрома b . Убихинон (Q), в свою очередь, связывает сайт Q i комплекса III. Убихинола расходящимся окисляется (отдает один электрон каждый) на Rieske железо-сера «(FeS) белка» и к б л гема . Эта реакция окисления дает временный семихинон до полного окисления до убихинона, который затем покидает сайт Q o комплекса III.

Получив один электрон от убихинола, «белок FeS» освобождается от своего донора электронов и может мигрировать к субъединице цитохрома c 1 . Затем «белок FeS» отдает свой электрон цитохрому c 1 , уменьшая его связанную гемовую группу. Электрон оттуда передается окисленной молекуле цитохрома c, внешне связанной с комплексом III, который затем диссоциирует из комплекса. Кроме того, повторное окисление «белка FeS» высвобождает протон, связанный с His181, в межмембранное пространство.

Другой электрон, который был перенесен на гем b L , используется для восстановления гема b H , который, в свою очередь, переносит электрон на убихинон, связанный в сайте Q i . Движение этого электрона энергетически невыгодно, так как электрон движется к отрицательно заряженной стороне мембраны. Это компенсируется благоприятным изменением Е М от -100 мВ в B L до + 50 мВ в B H гема. Присоединенный убихинон, таким образом, восстанавливается до семихинонового радикала. Протонов поглощается Glu272 впоследствии передается с водородными связями цепи воды , как Glu272 вращается 170 ° к водородной связи молекулы воды, в свою очередь , с водородными связями с пропионата в б л гема.

Поскольку на последнем этапе остается нестабильный семихинон на сайте Q i , реакция еще не полностью завершена. Необходим второй цикл Q, когда второй перенос электрона от цитохрома b H восстанавливает семихинон до убихинола. Конечными продуктами Q-цикла являются четыре протона, попадающие в межмембранное пространство, два из матрицы и два в результате восстановления двух молекул цитохрома с. Восстановленный цитохром c в конечном итоге повторно окисляется комплексом IV . Процесс является циклическим, поскольку убихинол, созданный в сайте Q i, может быть повторно использован путем связывания с сайтом Q o комплекса III.

Примечания

  1. ^ Чжан, З .; Huang, L .; Шульмейстер, ВМ; Chi, YI; Kim, KK; Hung, LW; Крофтс, АР; Берри, EA; Ким, SH (1998). «Перенос электронов путем перемещения домена в цитохроме bc1». Природа . 392 (6677): 677–84. DOI : 10.1038 / 33612 . PMID  9565029 . S2CID  4380033 .
  2. ^ Crofts, AR; Hong, S .; Угулава, Н .; Barquera, B .; Gennis, R .; Гергова-Курас, М .; Берри, EA (1999). «Пути высвобождения протонов при окислении убигидрохинона комплексом bc (1)» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (18): 10021–6. DOI : 10.1073 / pnas.96.18.10021 . PMC  17835 . PMID  10468555 .
  3. ^ Palsdottir, H .; Lojero, CG; Trumpower, BL; Хант, К. (2003). «Структура дрожжевого комплекса цитохрома bc1 с ингибитором сайта Qo аниона гидроксихинона» . Журнал биологической химии . 278 (33): 31303–11. DOI : 10.1074 / jbc.M302195200 . PMID  12782631 .

использованная литература

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