Conceito de Oxidorredutase da Coenzima
Q
O complexo II,
que
contém a
desidrogenase do sucinato, enzima do ciclo de Krebs, e mais
outras 3 subunidades (todas elas codificadas por genes nucleares), passa
eletrões do sucinato para a Coenzima Q (ou ubiquinona).
Neste processo também participam um dinucleótido da flavina e adenina (FAD),
um centro [2Fe-2S], um centro [3Fe-4S] e um citocromo b560.
O potencial redox padrão parra a transferência de eletrões do sucinato
para a Coenzima Q (CoQ) é insuficiente para fornecer a
energia livre necessária para conduzir a síntese de ATP. O
complexo II é, todavia, importante porque injeta estes eletrões de
alto potencial na cadeia transportadora de eletrões. Duas outras
enzimas também sintetizam e libertam CoQH2 na membrana interna da
mitocôndria e, assim, influenciam a fosforilação oxidativa
através da atuação dos complexos III e IV. Estes são a
desidrogenase do glicerol-3-fosfato e a ETF:oxidorredutase da
ubiquinona, que participa na oxidação dos ácidos gordos (ETF,
do inglês “electron-transfer flavoprotein”).
Embora a
estrutura de
raios-X do complexo II mitocondrial seja desconhecida, também já
se determinou a estrutura do seu homólogo da E. coli (redutase do
quinol-fumarato (QFR)). A função da QFR nos organismos
anaeróbicos que usam fumarato como o aceitador final de eletrões, é
catalisar a mesma reação da do complexo II mas na direção oposta,
isto é, usar o quinol para reduzir fumarato a sucinato.
A QFR da E. coli é um heterotetramero de 121 kDA
que possui duas subunidades solúveis em água altamente conservadas, uma
flavoproteina (Fp; com 601 resíduos) e uma proteína
ferro-enxofre (Pfe; 243 resíduos), juntamente com 2
unidades transmembranares (130 e 118 resíduos) em que as suas
sequências variam entre diferentes organismos.
A
estrutura de
raios-X do complexo de QFR com o seu inibidor oxaloacetato,
determinado por Douglas Rees, possui a forma de uma letra “b”,
com o seu lóbulo inferior contendo a Fp e a Pfe e a sua
cauda composta pelas unidades transmembranares. O complexo
dispõe-se na membrana bacteriana fazendo com que a Fp e a Pfe
estejam estendidas para o citoplasma (o equivalente à matriz
mitocondrial para o complexo II). A Fp liga-se simultaneamente ao
oxaloacetato e ao grupo prostético FAD, que está covalentemente
ligado a uma cadeia lateral de uma histidina específica na
proteína através de uma ligação do átomo C8a do FAD, tal como
acontece na desidrogenase do sucinato. A Pfe liga-se aos
três centros ferro-enxofre do complexo e as subunidades
transmembranares ligam-se a duas moléculas de menaquinona
(análogo da quinona), que são designadas de QP
e QD. Note-se que, em algumas espécies, os segmentos
transmembranares da QFR podem ligar-se a um ou dois hemes
do tipo b (o complexo II liga-se somente a um).
Os seis
cofatores redox
da QFR estão organizados linearmente da seguinte forma:
FAD-[2Fe-2S]-[4Fe-4S]-[3Fe-4S]-QP-QD. Estes
cofatores, excetuando a QP e a QD,
encontram-se separados entre 7.6 a 11.9 Å, que é uma distância usual nas
cadeias de transferência de eletrões.
A
separação de
25.1 Å entre a QP e a QD é demasiada
grande para que a transferência de eletrões ocorre entre estes dois
centros redox. Portanto, Rees propôs que ou o QD é
cataliticamente irrelevante ou que existe um local de ligação a um
terceiro cofator entre a QP e a QD.
Esta última possibilidade é sustentada pela presença de uma densidade
eletrónica não identificada na cavidade entre as hélices
transmembranares, e por experiências mutagénicas que indicam que um
centro de resíduos nesta cavidade é essencial para a atividade
enzimática.
A
estrutura
QFR-oxaloacetato sugere um mecanismo para a redução do fumarato em
que o ião hidreto (H-) é transferido do N5 da flavina para a dupla
ligação do fumarato, seguindo-se da transferência de um protão de uma
cadeia lateral próxima. Este mecanismo é sustentado a partir de
observações em que os quatro resíduos que contatam o inibidor ou o
substrato, Histidina 232, Arginina 287, Arginina 390
e Histidina 355, estão totalmente conservados em todas as
estruturas conhecidas da QFR e da desidrogenase do sucinato
e que a mutação de qualquer um dos três primeiros resíduos provocam a
inativação destas enzimas.
Outros assuntos
relevantes:
- Fosforilação
oxidativa
- Cadeia
transportadora de eletrões
- Oxidorredutase
da NADH-Q (Complexo I)
- Complexo do
citocromo bc1 (Complexo III)
- Oxidase do
citocromo c (Complexo IV)
- Sintase do ATP
(Complexo V)
- Mitocôndria
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