Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3.4.4.1. Структурные аспекты
Комплекс III содержит четыре редокс-центра: гемы Ьг и bh, связанные с цитохромом Ъ, негемовый железосерный кластер (FeSni), включенный в соответствующий апопротеид, и гем с, присоединенный к апопротеиду цитохрома сх.
Полипептидный состав комплекса из митохондрий бычьего сердца приведен в табл. 5. В целом подобная картина описана также для комплекса из митохондрий дрожжей и нейроспоры,
3.4. Дыхательная цепь
111
Таблица 5. Субъединицы комплекса Ьс\ из митохондрий сердца быка
Субъеди- кица Молеку- лярная масса, кда Название Функция Литератур- ный источник
I 49,5 Сердцевинный белок 1 Неизвестна [979]
п 47,0 Сердцевинный белок II [979]
ш 44,0 Цптохро.ч Ь Редокс [1301]
IV 28,0 Цитохром Cl » [1564]
У 21,5 FeSnl-6enoK » [682]
VI 13,5 Q jjj—белок Связывание CoQ [1311]
VII 9,5 _ Неизвестна [283, 1311]
VIII 9,0 — Связывание Cl? цитохрома [1311]
IX 8,0 — Связывание цы VI? субъедини- [1311]
X 7,0 — Связывание ci? цитохрома [1311]
XI 6,5 Связывание FeSjjj-белка [1311]
хотя обнаруживаются и некоторые отличия в молекулярных массах субъединиц. Сравнение со следующим дыхательным комплексом — цитохромоксидазой — показало, что комплексы не содержат ни одной общей субъединицы [979].
Наряду с переносчиками восстановительных эквивалентов в состав CoQH2—цитохром с-редуктазы входят, по-видимому, восемь полипептидов, лишенных простетических групп. Один из них (субъединица VI) связывает CoQ. Она состоит из 110 аминокислотных остатков и содержит большое количество (около 50%) а-спиральных участков [1565].
Есть указания, что субъединицы VIII и X образуют субкомплекс с цитохромом сг. Одна из них облегчает связывание цитохрома сг с цитохромом с. В этой субъединице 27% всех аминокислотных остатков составляют глютамат и глютамин, причем вблизи N-конца имеется кластер из восьми следующих друг за другом глютаматов [1566]. Можно предположить, что именно этот отрицательно заряженный участок белка взаимодействует с цитохромом с, который содержит много положительно заряженных аминокислотных остатков.
Как полагают Шаггер и соавт. [1311], самая мелкая субъединица (XI) участвует в связывании FeSni-белка.
Что касается других полипептидов, не имеющих редокс-центров, их функции остаются неясными. Может быть, некоторые
p'L'M-K-..T H v
,S' М»И.СИ <$>
К -T'11 о N R-I'N ^
AS'1'11'330
-©р-нфк-®®®<5
Ф
Ж F
A A
P
T
,s-s-N'S3° a®*
^ ©Y-N-fvL - 4(W)-tfZ\^K0
D
ТФ
^ p L—^
-,-*- • —sK^’
by^<?.
®
5s2),.i-»®c'
III
^ 350^®_ ^ -H-®)
'У,
I-F TC_A-L'M3 F_A-'L':f' tDL-y-Al l-®'Y'l;>
CcO^-v^ сЬ'ОрЛ'ТзЬ ^T^I3 L'S-Qpf c©'MX^-T>
т T' S у ‘-Ж
1т Y 'К 320 И \ 'Q-R -S'
IV
WlV-»®
VI
L,
L
К
W (;ooh
VII
\'lll
tx
Рис. 43. Структура митохондриального цитохрома b
а — последовательность аминокислот и возможная упаковка полипептида в мембране с учетом чередования гидрофильных и гидрофобных отрезков. Аминокислоты, обведенные кружками, одинаковы у шести исследованных дитохромов Ь из разных источников.
Отмечены шесть инвариантных гистидинов (двойные кружки) и два лизина (пунктирные кружки). Отрезки, предположительно пересекающие мембрану, помечены римскими цифрами; б — профиль гидрофобности цитохрома Ь. Сплошная линия — бычий цитохром, пунктир — дрожжевой (из Сарасте [1301])
114
3. Первичные Л[Ш-генераторы
из них нужны для переноса протонов, другие — для организации целостной структуры комплекса Ъсх. Последнюю функцию приписывали одно время наиболее крупным субъединицам I и II, названным по этой причине сердцевинными белками комплекса. Однако не так давно было обнаружено, что при биогенезе митохондрий белок I включается в комплекс Ъсх намного позднее, чем цито-хромы [1382]. Этот факт свидетельствует против гипотезы о ведущей роли сердцевинных белков в самосборке CoQH2—цитохром с-редуктазы. Сказанное не означает, что сердцевинные белки не нужны для этого фермента. Их удаление ведет к потере ферментативной активности, а последующая добавка возвращает ее [947].
Рассмотрим более подробно белки, снабженные редокс-груп-пами, начав с цитохрома Ь.
Долгое время предполагалось, что два гема типа Ъ связаны с разными апобелками массой около 30 кДа каждый. Ошибочность этого положения стала очевидной после выделения гена, кодирующего митохондриальный цитохром Ъ. Оказалось, что аминокислотная последовательность, записанная в гене, соответствует белку массой около 45 кДа. Поскольку нет никаких указаний, что цитохром Ъ синтезируется в виде более длинного предшественника, этот факт заставил пересмотреть старый взгляд на соотношение гем/белок в цитохроме Ъ. (Здесь уместно отметить, что апо-цитохром Ъ — единственный полипептид комплекса Ъсх, кодируемый митохондриальной ДНК.) По современным представлениям, в CoQH—цитохром с-редуктазе есть только один цитохром Ь, который связывает оба гема: Ъп и bi (см. обзор: [1301]).
Было найдено, что плоскости гемов Ъ ориентированы перпендикулярно поверхности мембраны. Возможная модель связывания гемов с апобелком цитохрома Ъ была предложена Сарасте [1301]. Автор сравнил первичные структуры митохондриальных цитохромов Ъ из разных источников (животных, грибов, растений), а также хлоропластного цитохрома Ъв. На рис. 43 показана схема упаковки цитохрома Ъ в мембране, учитывающая чередование гидрофобных и гидрофильных последовательностей в апобелке. По Сарасте, белок девять раз пересекает мембрану. В рамках этой модели наиболее вероятно, что оба гема локализованы между второй и пятой а-спиральными колоннами. Здесь каждый гем может быть связан с белком по крайней мере тремя связями. Две из них образуются имидазольными группами белковых гистидинов и железом гема, а третья — положительно заряженной группой аргинина или лизина белка и отрицательно заряженной про-пионатной группой гема. (Схема расположения гемов Ъ была приведена выше на рис. 39, описывающем хлоропластный цитохром Ь6, который гомологичен митохондриальному цитохрому Ъ.) Все перечисленные аминокислоты инвариантны у шести исследованных цитохромов Ъ. По данным спектроскопии цитохромов Ъ
