Cytochrom-c-Reduktase
# Cytochrom-c-Reduktase

Das Enzym Cytochrom-c-Reduktase, genauer Coenzym Q : Cytochrom c Oxidoreduktase (systematischer Name), Cytochrom-bc$_1$-Komplex oder auch Komplex III der mitochondrialen Atmungskette genannt, ist ein Proteinkomplex. Das Enzym fungiert als Oxidoreduktase, es katalysiert in einer gekoppelten Reaktion (Q-Zyklus) die Oxidation von Coenzym Q mit der Reduktion von Cytochrom c und der Translokation von Protonen aus dem Matrixraum (M) in den Intermembranraum (IM). Mutationen im MT-CYB-Gen sind für seltene Erbkrankheiten wie Myopathien und Optikus-Neuropathie Typ Leber (LHON) ursächlich.

## Struktur

Die mitochondriale Cytochrom-c-Reduktase ist ein Transmembranprotein, bestehend aus elf Untereinheiten. Der minimal funktionelle Komplex besteht aus nur drei essentiellen katalytischen Untereinheiten mit vier Kofaktoren:
* Cytochrom b mit zwei Häm b (b$_L$ und b$_H$)
* Cytochrom c$_1$ mit einem Häm c
* Rieske Eisen-Schwefel-Protein (ISP engl. iron sulfur protein) mit einem [2Fe·2S]-Zentrum

## Funktion

Die Funktion der Cytochrom-c-Reduktase besteht in dem
* Transfer von Elektronen vom Coenzym Q (Zwei-Elektronenüberträger) zum Cytochrom c (Ein-Elektronenüberträger)
* Transport von Protonen mittels Coenzym Q (Zwei-Protonenüberträger) von der elektronegativen Seite der Membran (Matrixraum, M) zur elektropositiven Seite der Membran (Intermembranraum, IM)
Der Elektronentransfer und die Protonentranslokation sind in der Cytochrom-c-Reduktase über den sogenannten Q-Zyklus (Q für engl. Quinone) gekoppelt.
Das Enzym besitzt zwei Bindungs- bzw. Reaktionszentren (Q$_o$ und Q$_i$) für das Substrat Coenzym Q:
* Q$_o$- oder Q$_P$-Zentrum (o engl. output, P engl. positive site): Hier bindet reduziertes Coenzym Q (Ubihydrochinon, QH$_2$) und wird zu Ubichinon (Q) oxidiert.
* Q$_i$- oder Q$_N$-Zentrum (i engl. input, N engl. negative site): Hier bindet oxidiertes Coenzym Q (Ubichinon, Q) und wird zu Ubihydrochinon (QH$_2$) reduziert.
An diesen beiden Reaktionszentren finden folgende Reaktionen statt:
Am Q$_o$-Zentrum bindet ein Ubihydrochinon. Ubihydrochinon (QH$_2$) überträgt ein Elektron via FeS-Zentrum und Häm c$_1$ auf die Hämgruppe eines gebundenen Cytochrom c. Das entstandene Ubisemichinon (Q$^{·−}$) am Q$_o$-Zentrum überträgt ein weiteres Elektron via Häm b$_L$ auf Häm b$_H$ und gibt zwei Protonen an die positiv geladenen Membranseite (P) ab. Das entstandene Ubichinon (Q) verlässt nun die Bindungsstelle. Dieser Halbzyklus wird nun ein zweites Mal durchlaufen.
    Q$_o$-Zentrum: 2× (QH$_2$ → Q + 2 e$^−$ + 2 H$^+$$_P$)
Am Q$_i$-Zentrum bindet ein Ubichinon. Ubichinon (Q) nimmt ein Elektron via Häm b$_L$ und Häm b$_H$ auf. Das entstandene Ubisemichinon (Q$^{·−}$) nimmt ein weiteres Elektron via Häm b$_L$ und Häm b$_H$ auf und zwei Protonen von der negativ geladenen Membranseite (N). Das entstandene Ubihydrochinon (QH$_2$) verlässt nun die Bindungsstelle. Damit wird pro Zyklus ein Ubichinon regeneriert.
    Q$_i$-Zentrum: Q + 2 e$^−$ + 2 H$^+$$_N$ → QH$_2$
Im Verlauf eines kompletten Q-Zyklus werden somit einerseits am Q$_o$-Zentrum zwei Ubihydrochinone zu Ubichinon oxidiert, andererseits wird am Q$_i$-Zentrum ein Ubihydrochinon zurückgewonnen. Dabei werden zwei Cytochrom c (Cyt c) reduziert. Weiterhin werden zwei Protonen von der negativ geladenen Membranseite (N) entzogen und vier Protonen an die positiv geladene Membranseite (P) abgegeben.
    Summe: QH$_2$ + 2 Cyt c$_{ox}$ + 2 H$^+$$_N$ → Q + 2 Cyt c$_{red}$ + 4 H$^+$$_P$

## Inhibitoren

* am Q$_o$-Zentrum: Myxothiazol, Stigmatellin, Methoxyacrylsäureester (MOA), Strobilurine
* am Q$_i$-Zentrum: Antimycin A

## Alternative Bezeichnungen

* Coenzym Q : Cytochrom c Oxidoreduktase
* Cytochrom-Reduktase
* Komplex III der Atmungskette
* Cytochrom-bc$_1$-Komplex