Комплекс III (комплекс bc1 или убихинол цитохром с оксидоредуктаза)

Комплекс III представляет собой димер из двух идентичных мономеров, состоящих из 11 белковых субъединиц. Функциональное ядро каждого мономера состоит из трех субъединиц: цитохрома b (содержит два гема b_h(566) и b_l(562)), белка Риске сжелезосернымикластерами 2Fe-2S и цитохрома с ₁ с одним гемом с (рис 17).

Рисунок 17: Функциональное ядро комплекса III.

Цитохром b – белок массой около 45 кДа - погружен в мембрану и состоит из 9 α-спиралей, 8 из которых пересекают мембрану (трансмембранные). Это полипептид кодируется мтДНК. Цитохром b (рис. 20) содержит два гемма - b_h и b_l, которые расположены между 2ой и 5ой α-спиральными колоннами и связаны с белком по крайней мере тремя связями. Две из них образуются имидазольными группами остатков гистидина белка и железом гемма, а третья – положительно заряженной группой остатков аргинина или лизина белка и отрицательно заряженной пропионатной группой гемма. Гемм b_l, расположен ближе к межмембранному пространству, а b_h - ближе к цитозолю (рис. 19).

FeS_III белок (белок Риске или фактор Слейтера) – полипептид массой 21,5 кДа (состоит из 199 аминокислот), который содержит один 2Fe-2S кластер (рис. 12). BAL и Zn сильно тормозят перенос электронов с Fe-2 кластера на цитохром с.

Цитохром с₁, белок массой 28 кДа, содержит один гем с (рис. 19), который вместе с железо-серным белком комплекса III образует место связывания с цитохром с на обращенной в межмембранное пространство стороне внутренней мембраны.

В комплексе bc₁ есть два сайта взаимодействия с коэнзимом Q - Q_N и Qp (рис. 17). Субъединицы комплекса III взаимодействуют между собой с образованием двух «карманов», где и происходят реакции Q-цикла. Сайт Q_N находится ближе кобращенной к матриксу стороне мембраны (сторона N), и именно с ним связывается ингибитор дыхания антимицин А, блокируя перенос электрона с гема b_h на убихинон. Сайт Qp находится ближе к межмембранному пространству (сторона Р), и с ним связывается другой ингибитор– миксотиазол, блокируя перенос электрона с убихинола на железосерный кластер.

Общее соотношение UQH₂/UQ в CoQ пуле определяется интенсивностью дыхания клетки. В состоянии 4, когда митохондрия не синтезирует АТФ, уровень дыхания низкий, и пул CoQ относительно восстановлен. В состоянии же 3, когда происходит активный синтез АТФ, дыхание идет быстро, приводя к окислению пула CoQ. В изолированных митохондриях доля восстановленной формы в случае низкой интенсивности дыхания составляет 75-90%, а в случае высокой– 50-60% (молекула CoQ изменяет свой редокс-статус каждые 50 мсек) [35]. Ингибирование комплексов III и IV и добавление субстратов для комплекса I или II сдвигает соотношение UQH₂/UQ в сторону восстановленной формы, и наоборот.

В ходе Q-цикла две молекулы UQH₂ окисляются в Р-сайте, высвобождая в межмембранное пространство по два протона на каждую молекулу; один электрон от каждой молекулы UQH₂ идет на цитохром с ₁, а второй– на расположенную в N-сайте молекулу UQ через гемы цитохрома b. Таким образом, принимая последовательно два электрона от двух молекул UQH₂ и два протона, одна молекула UQ восстанавливается, при этом промежуточным интермедиатом является убисемихинон анион радикал:

UQH₂ +UQ′ + Сyt c _{1 (ox)} → UQ′ ^.– + 2H⁺_p + Сyt _{1 (red)} + UQ,

UQH₂ + UQ′ ^.– + 2H⁺_N + Сyt c _{1 (ox)} → UQH′₂ + UQ + 2H⁺_p+ Сyt с _{1 (red)}

Несмотря на сложность процесса, результирующая реакция проста, и отражает перенос электронов с убихинола на цитохром c ₁ и транспорт протонов через мембрану:

UQH₂ + 2 Сyt c _{1 (ox)} + 2H⁺ _N → Q + 2 Сyt c _{1 (red)} + 4H⁺_p.

В ходе данного процесса происходит миграция молекул CoQ в толще мембранного бислоя между сайтами Qp и Q_N и образование в этих сайтах убисемихинон радикалов.

С цитохрома c ₁ электрон передается на цитохром с, который восстанавливает цитохромоксидазу.

Цитохром с.

Цитохром с является относительно небольшим (масса 12кДа, состоит из 104 аминокислот) водорастворимым белком, локализованным на межмембранной поверхности внутренней митохондриальной мембраны. Он содержит гемм с (рис. 19), ковалентно связанный с апобелком. Цитохрома c совершает челночные движения между цитохромом c ₁ и цитохромоксидазой, перемещаясь вдоль поверхности мембраны. Кардиолипин участвует в связывании цитохрома с с мембраной.