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Qサイクル(キノールにちなんで名付けられている) は、親油性電子キャリアであるコエンザイム Q (CoQ)のユビキノール型とユビキノン型の間での一連の連続的な酸化と還元を表します。これらの反応により、脂質二重層(ミトコンドリアの場合はミトコンドリア内膜)を横切るプロトンの正味の移動が発生します。
Q サイクルはピーター・D・ミッチェルによって最初に提唱されましたが、ミッチェルの元のスキームの修正版が、複合体 III がプロトンを移動するメカニズム (つまり、複合体 III がプロトンまたは pH 勾配の生化学的生成にどのように寄与し、それがATPの生化学的生成にどのように使用されるか) として現在では受け入れられています。
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電子酸化である。
- 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電子酸化です。
- 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)
これらの反応は、Rieske 2Fe-2Sクラスター（ c 1に分岐）と c b （CoQ'に分岐し、その後CoQ' −•に分岐） を含む電子移動メディエーターによって媒介される。
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起こります。
プロセス
複合体 IIIにおける改変 Q サイクルの作動により、 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 (QH 2 )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との水素結合を介して複合体IIIのQ o部位に結合します。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) タンパク質および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) 。この酸化反応により、一時的なセミキノンが生成され、その後ユビキノンに完全に酸化され、複合体 III の Q o部位から離脱します。
ユビキノールから電子を1つ獲得した「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することができます。次に、「FeSタンパク質」はシトクロムc 1に電子を供与し、結合したヘム基を還元します。[1] [2]電子はそこから複合体IIIに外部結合したシトクロムcの酸化分子に移動し、複合体IIIは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に結合したプロトンが膜間空間に放出されます。
b Lヘムに転移されたもう 1 つの電子はb Hヘムを還元するのに使用され、次に Q i部位に結合したユビキノンに電子が転移される。この電子の移動はエネルギー的に不利であり、電子は膜の負に帯電した側に向かって移動する。これは、 B Lの -100 mV からB Hヘムの +50mV への E Mの好ましい変化によって相殺される。[要出典] 結合したユビキノンはこのようにしてセミキノンラジカルに還元される。Glu272 に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、次にb Lヘムのプロピオン酸と水素結合するため、水素結合した水鎖に転移される。[3]
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ていません。2 回目の Q サイクルが必要であり、シトクロムb Hからの 2 回目の電子移動によって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 つのプロトンです。2 つはマトリックスから、2 つはシトクロム c 分子の還元によって得られます。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部位に結合して再利用できるため、このプロセスは循環的です。
注記
- ^ Zhang, Z.; Huang, L.; Shulmeister, VM; Chi, YI; Kim, KK; Hung, LW; Crofts, AR; Berry, EA; Kim, SH (1998). 「シトクロムbc1のドメイン移動による電子移動」. Nature . 392 (6677): 677–84. Bibcode :1998Natur.392..677Z. doi :10.1038/33612. PMID 9565029. S2CID 4380033.
- ^ Crofts, AR; Hong, S.; Ugulava, N.; Barquera, B.; Gennis, R.; Guergova-Kuras, M.; Berry, EA (1999). 「bc(1) 複合体によるユビヒドロキノンの酸化中のプロトン放出経路」。米国科学アカデミー紀要。96 ( 18 ) : 10021–6。Bibcode : 1999PNAS ... 9610021C。doi : 10.1073/ pnas.96.18.10021。PMC 17835。PMID 10468555。
- ^ Palsdottir, H.; Lojero, CG; Trumpower, BL; Hunte, C. (2003). 「ヒドロキシキノンアニオン Qo サイト阻害剤が結合した酵母シトクロム bc1 複合体の構造」. The Journal of Biological Chemistry . 278 (33): 31303–11. doi : 10.1074/jbc.M302195200 . PMID 12782631.
参考文献
- トランプワー、BL（2002）バイオキム、バイオフィジス、アクタ1555、166-173
- ハント、C.、パルスドッティル、H.、トランパワー、BL（2003）FEBSレター545、39-46
- トランプワー、BL（1990）J.Biol.Chem.、11409-11412