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
* $Cytochrom-bc_1-Komplex$
