Q_cycle
Q サイクル(キノールにちなんで命名) は、ユビキノールとユビキノン形成の間の親油性電子伝達体コエンザイム Q (CoQ)の連続的な酸化と還元がどのようにして脂質二重層を横切るプロトンの正味の移動を引き起こすかを説明する一連の反応を表します。 (ミトコンドリアの場合は、ミトコンドリア内膜)。
電子伝達系の錯体 III の模式図。灰色の領域はミトコンドリア内膜です。Q はCoQ のユビキノン型を表し、QH 2はユビキノール(ジヒドロキシキノン) 型を表します。
Q サイクルはピーター D. ミッチェルによって最初に提案されましたが、現在ではミッチェルの元のスキームの修正バージョンが、複合体 III がプロトンを移動させるメカニズム (つまり、複合体 IIIがプロトンまたは pH、勾配、ATPの生化学的生成に使用されます)。
Q サイクルの最初の反応は、2 つの酸化剤c 1 (Fe 3+ ) とユビキノンによるユビキノールの 2 電子酸化です。
CoQH 2 + シトクロムc 1 (Fe 3+ ) + CoQ’ CoQ + CoQ’ −・+ シトクロムc 1 (Fe 2+ ) + 2 H + (膜間)
サイクルの 2 番目の反応には、2 つの酸化剤、新鮮なc 1 (Fe 3+ ) と最初のステップで生成されたCoQ’ -•による 2 番目のユビキノールの 2 電子酸化が含まれます。
CoQH 2 + シトクロムc 1 (Fe 3+ ) + CoQ’ −• + 2 H + (マトリックス) CoQ + CoQ’H −2 + シトクロムc 1 (Fe 2+ ) + 2 H + (膜間)
これらの正味の反応は、Rieske 2Fe-2S クラスター ( c 1への分路) およびc b (CoQ’ への分路、その後 CoQ’ −・への分路)を含む電子移動メディエーターによって媒介されます。
葉緑体では、シトクロム b6f 複合体によってプラストキノンと同様の反応が行われます。
プロセス
複合体 IIIの修飾された Q サイクルの操作により、2 サイクルのプロセスごとに、シトクロム cの還元、ユビキノールのユビキノンへの酸化、および 4 つのプロトンの膜間空間への移動が起こります。
ユビキノール（ＱＨ２）は、リースケ鉄硫黄タンパク質のＨｉｓ１８２およびシトクロムｂのＧｌｕ２７２への水素結合を介して、複合体ＩＩＩのＱ ０部位に結合する。次に、ユビキノン (Q) は複合体 III の Q i部位に結合します。ユビキノールは、リースケ鉄硫黄「(FeS) タンパク質」とb Lヘムに分岐的に酸化されます (それぞれ 1 つの電子を放出します) 。この酸化反応は、ユビキノンへの完全な酸化の前に一時的なセミキノンを生成し、その後複合体 III の Q o部位を残します。
ユビキノールから 1 つの電子を獲得すると、「FeS タンパク質」は電子供与体から解放され、シトクロム c 1サブユニットに移動できるようになります。その後、「FeS タンパク質」はその電子をシトクロム c 1に供与し、結合したヘム基を還元します。 電子はそこから複合体 III に外部結合しているチトクロム cの酸化分子に伝達され、複合体から解離します。さらに、「FeS タンパク質」の再酸化により、His181 に結合していたプロトンが膜間腔に放出されます。
b Lヘムに移されたもう一方の電子は、b Hヘムを還元するために使用され、次にその電子が Q i部位に結合したユビキノンに移されます。電子は膜の負に帯電した側に向かって移動するため、この電子の移動はエネルギー的に好ましくありません。これは、B Lの -100 mV からB Hヘムの +50 mV までのE Mの好ましい変化によって相殺されます。したがって、結合されたユビキノンはセミキノンラジカルに還元されます。Glu272によって取り込まれたプロトンは、その後、Glu272が170°回転して水分子と水素結合し、さらにb L ヘムのプロピオン酸塩と水素結合するにつれて、水素結合水鎖に移動します。
最後のステップではQ i部位に不安定なセミキノンが残るため、反応はまだ完全には完了し2 番目の Q サイクルが必要で、シトクロムb Hからの 2 番目の電子移動によりセミキノンがユビキノールに還元されます。Q サイクルの最終生成物は、膜間空間に入る 4 つのプロトン、マトリックスからの 2 つ、およびシトクロム c の 2 分子の還元からの 2 つです。還元されたシトクロム c は最終的に複合体 IVによって再酸化されます。Q i部位で生成されたユビキノールは複合体 III の Q o部位に結合することで再利用できるため、このプロセスは循環的です。
ノート
^ チャン、Z.; ファン、Ｌ．シュルマイスター、VM; チー、イー; キム、K.K; ハン、LW。アーカンソー州クロフツ。EA、ベリー。キム、SH (1998)。「シトクロム bc1 のドメイン移動による電子伝達」。自然。392 (6677): 677–84。土井：10.1038/33612。PMID 9565029。S2CID 4380033。
^ アーカンソー州クロフツ; ホン、Ｓ．ウグラバ、N. バルケラ、B. ジェニス、R. ゲルゴバ・クラス、M. EA、ベリー (1999)。「bc(1) 複合体によるユビヒドロキノン酸化中のプロトン放出の経路」。アメリカ合衆国国立科学アカデミーの議事録。96 (18): 10021–6。土井：10.1073/pnas.96.18.10021。PMC 17835。PMID 10468555。 ^ パルスドッティル、H. ロジェロ、CG; トランパワー、BL; ハント、C. （2003)。「ヒドロキシキノンアニオンQo部位阻害剤が結合した酵母チトクロムbc1複合体の構造」。生物化学ジャーナル。278 (33): 31303–11。土井：10.1074/jbc.M302195200。PMID 12782631。
参考文献
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