Комплекс III

Митохондриальная убихинол:цитохром с-оксидоредуктаза (комплекс III, b-c1 комплекс , второй пункт энергетического сопряжения) катализирует окисление убихинола цитохромом с, сопряженное с трансмембранным переносом двух ионов водорода и запасанием энергии в виде Δр. У прокариот эту реакцию катализирует минимальный набор из трех субъединиц, представленный цитохро¬мом b, цитохромом с1 и железо-серным белком Риске. Митохондриальный комплекс III дополнительно содержит до 8 субъединиц, которые, по-видимому, выполняют структурную роль. В мембране фермент существует в виде гомодимера, связывающего только одну молекулу цитохрома с. Сердцевина каждого мономера образована гидрофобным полипептидом, несущим два гема b: низкопотенциальный (bL) и высокопотенциальный (bH), рас¬положенные вблизи наружной и внутренней поверхностей мембраны, соответственно. Цитохром с1 и железо-серный кластер [2Fe-2S] (белок Риске) закреплены с помощью трансмембранных спиралей, а периферические домены этих белков локализованы в межмембранном пространстве. Белок Риске обеспечивает перекрестную связь между мономерами, так как его трансмембранная часть связана с одним мономером, а периферическая часть - с другим. Кроме того, белок Риске обладает конформационной подвижностью и занимает как минимум три дискретных положения, в которых его железо-сер- ный кластер расположен вблизи гема с1 (соположение) или вблизи гема bL (b-положение), или в промежуточном положении.

Механизм реакции, катализируемой комплексом III (протондви- жущий Q-цикл), состоящий из двух полу- реакций, схематично представлен на рисунке на слайде.

На первой стадии реакции происходит окисление убихинола в центре Q сопровож¬дающееся разветвлением путей переноса двух электронов: один электрон восстанавливает железо-серный кластер белка Риске (реакция 1), а другой электрон переносится на гем bL (реакция 2). Окисление убихинола приводит к высвобождению двух протонов в межмембранное пространство. Электрон с железо-серного кластера последовательно переносится на цитохромы с1 и с (конечный акцептор) (реакции 3 и 4, соответственно), а восстановленный гем bL пере¬дает электрон гему b расположенному на противоположной стороне мембраны (электрогенная стадия катализа) вблизи второго убихинон- связывающего центра Q; (реакция 5). В центре Q; происходит окис¬ление гема ЬН убихиноном и образование убисемихинона (реакция 6а). Обсуждают два возможных механизма разделения путей переноса электронов в центре Qo. Реакции 1 и 2 могут протекать последовательно; в этом случае образуется свободный радикал убисемихинона в центре Qo. Альтернативный механизм - синхронное окисление убихинола белком Риске и гемом bL без обра¬зования убисемихинона. Во второй полуреакции в центре Qo окисляется убихинол, и повторяются реакции 1-5. Находящийся в центре Q; убисемихинон восстанавливается гемом ЬН (реакция 6б, сопровождающаяся захватом двух протонов из митохондриального матрикса). В конечном итоге происходит окисление одной молекулы убихинола двумя цитохромами с, трансмембранный перенос двух протонов из матрикса в межмембранное пространство и выделение двух стехиометрических (скалярных) протонов, так как убихинол - донор атомов водорода, а цитохром с акцептирует только электроны.

Убихинол:цитохром с-редуктазная реакция полностью обратима, поэтому в комплексе III существуют специальные механизмы, предотвращающие протекание некоторых реакций Q-цикла в «нежелательном» направлении. Обязательное раздвоение потоков электронов в центре Q необходимое для протон-трансло- цирующей активности комплекса III, может достигаться запретом одновременного присутствия в центре Qo отрицательно заряженного убисемихинона и восстановленного гема b а также перемещением каталитического домена железо-серного белка Риске из b-поло¬жения в положение с1.

Центром генерации супероксида в комплексе III считают убисе- михинон, образующийся в центре Qo. Скорость образования супероксида комплексом III в отсутствие ингибиторов незначительна по сравнению, например, с генерацией супероксида комплексом I. Комплекс III образует супероксид по обе стороны мембраны в равных долях.