- Tytuł:
-
Mutacja A189T na styku cytochromu b i białka Rieskego cytochromu bc1: analiza efektów molekularnych w bakteryjnym układzie modelowym z wykorzystaniem spektroskopii optycznej i spektroskopii EPR
Molecular effects of mutation A189T located at the interface of cytochrome b and Rieske protein of cytochrome bc1: studies on bacterial model system with the use of optical and EPR spectroscopies - Autorzy:
- Zakaszewski, Daniel
- Opis:
-
Ubiquinone–cytochrome c oxidoreductase, also known as cytochrome bc1 or mitochondrial complex III, is a transmembrane protein that plays a pivotal role in biological energy conversion systems of many prokaryotic and eukaryotic organisms. In electron transport chains, it contributes to the protonmotive force generation by coupling the electron transfer between the lipophilic ubiquinone pool and peripheral cytochrome c pool with proton translocation across an energy-conserving membrane. During cytochrome bc1 catalysis, the extrinsic domain of Rieske iron-sulfur protein (containing [2Fe-2S] cluster) serves as an electron shuttle between the Qo site and cytochrome c. The large-scale motion of this domain is crucial for the efficient electron and proton transfer in the catalytic cycle.The movement of the extrinsic domain depends on the proper functioning of the hinge region connecting it to the transmembrane helix. However, it has been shown that the cytochrome b fragment that interacts with it directly is of no less importance, serving as a sort of fulcrum. The fulcrum of a mixotrophic purple non-sulfur bacterium Rhodobacter capsulatus is where the mutation A189T is located, which has been identified as a suppressor mutation in a similar form in other organisms.The objective of the study was to analyse whether this mutation exerts effects on spectral properties of cofactors, redox properties of hemes b and kinetics of electron transfer within the enzyme. Towards this goal, the wild-type and the mutant photosynthetic membranes (chromatophores) were purified and comparatively examined using light-induced time-resolved optical spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy.The results show that the cytochrome b fulcrum is conformationally linked with the Rieske protein hinge in a subtle manner, liable even to apparently minor distortions, so that the proper extrinsic domain movement and the efficiency of cytochrome bc1 catalytic reactions are highly contingent on the interplay of these subunits. The mutation probably does not alter the architecture of the complex significantly–rather, it affects the interactions of [2Fe-2S] cluster with ubiquinone, making the motion of the extrinsic domain of Rieske iron-sulfur protein cumbersome. The results of this study provide valuable information to be exploited in further studies on molecular effects of mitochondrial mutations in cytochrome b.
Oksydoreduktaza ubichinon–cytochrom c, zwana cytochromem bc1 lub mitochondrialnym kompleksem III, jest białkiem transbłonowym pełniącym kluczową rolę w przetwarzaniu energii biologicznej u wielu organizmów eukariotycznych i prokariotycznych. W łańcuchach transportu elektronów przyczynia się do wytwarzania siły protonomotorycznej, sprzęgając reakcję transferu elektronu między dwiema pulami mobilnych transporterów elektronów – lipofilowego ubichinonu i peryferycznego cytochromu c – z translokacją protonów przez błonę bioenergetyczną. W trakcie cyklu katalicznego cytochromu bc1 domena pozabłonowa białka Rieskego, zawierająca klaster [2Fe-2S], pełni rolę przenośnika elektronów między kieszenią Qo a cytochromem c. Jej zdolność do znacznej zmiany konformacji jest warunkiem efektywnego transferu elektronów i translokacji protonów.Ruch domeny pozabłonowej uwarunkowany jest prawidłowym działaniem regionu zawiasowego, łączącego ją z transmembranową helisą, jednakże, wykazano również, że nie mniej istotny jest bezpośrednio oddziałujący z nim fragment cytochromu b, stanowiący swego rodzaju podporę. Regionu tego dotyczy mutacja A189T miksotroficznej purpurowej bakterii bezsiarkowej Rhodobacter capsulatus. Mutacja ta została zidentyfikowana w podobnej formie w innych organizmach jako mutacja supresorowa.Celem pracy było zbadanie wpływu tej mutacji na właściwości spektroskopowe kofaktorów i potencjał redukcyjny hemów b, a także na kinetykę transferu elektronu w obrębie tego enzymu. Wykorzystując metody spektroskopowe: impulsową czasoworozdzielczą spektroskopię optyczną i spektroskopię elektronowego rezonansu paramagnetycznego, przeprowadzono analizę porównawczą kompleksów cytochromu bc1 w wyizolowanych pęcherzykach błonowych (chromatoforach) bakterii typu dzikiego i mutanta.Wyniki dowodzą, że region cytochromu b oddziałujący z zawiasem białkiem Rieskego powiązany jest z nim subtelnymi, podatnymi nawet na małe zaburzenia zależnościami konformacyjnymi, które warunkują prawidłowy ruch domeny pozabłonowej i wydajność reakcji katalitycznych cytochromu bc1. Mutacja najprawdopodobniej nie zmienia diametralnie architektury kompleksu, destabilizuje jednak oddziaływanie klastra z pulą ubichinonu, skutkując upośledzeniem ruchu RISP-ED. Wyniki tej pracy posłużą szeroko zakrojonym badaniom nad efektami molekularnymi mutacji mitochondrialnych w obrębie cytochromu b. - Dostawca treści:
- Repozytorium Uniwersytetu Jagiellońskiego
Inne