[Molecular Effects of Mitochondrial Mutations in Cytochrome B of Complex III and Their Impact on the Levels of Free Radical Production]

Postepy Biochem. 2016;62(2):162-172.
[Article in Polish]

Abstract

Cytochrome bc1 (mitochondrial complex III) is a common element of several bioenergetic systems. This enzyme catalyses electron transfer from ubiquinol to cytochrome c coupled to translocation of protons across the membrane, which contributes to generation of protonmotive force utilized for ATP production. Cytochrome b, together with cytochrome c1 and iron-sulfur protein (ISP), forms the evolutionarily conserved catalytic core. Transfer of electrons within this enzyme, is facilitated by the movement of ISP domain that allows communication between cytochrome b and cytochrome c1. Mutations in the subunits of catalytic core may cause mitochondrial diseases, however elucidation of their molecular effects in human cells is difficult. For that reason yeast or bacterial systems are used. It was found that some mutations in cytochrome b influence the movement of ISP and, in consequence, the levels of superoxide generation. By exploring the effects of mitochondrial mutations in model systems one can not only learn about molecular basis of diseases but also gain insights about catalytic and side reactions in cytochrome bc1.

Cytochrom bc1 (mitochondrialny kompleks III) występuje powszechnie w układach bioenergetycznych. Enzym ten katalizuje przeniesienie elektronów z ubichinolu na cytochrom c sprzężone z translokacją protonów i tym samym przyczynia się do generowania siły protonomotorycznej wykorzystywanej do produkcji ATP. Cytochrom b razem z cytochromem c1 i białkiem żelazowo-siarkowym (ISP) tworzą zachowany w ewolucji rdzeń katalityczny. W obrębie tego enzymu, transfer elektronów jest możliwy dzięki ruchomej domenie ISP, która poprzez zmianę swojej pozycji umożliwia komunikację między cytochromem b a cytochromem c1. Mutacje w tych podjednostkach mogą być przyczyną chorób mitochondrialnych, jednakże poznanie ich efektów molekularnych w komórkach ludzkich jest utrudnione. Dlatego w badaniach wykorzystuje się systemy modelowe w komórkach drożdżowych oraz bakteryjnych. Okazuje się, że niektóre mutacje w cytochromie b wpływają na ruch ISP i w efekcie na poziom produkcji wolnych rodników. Badania tego typu przyczyniają się do wyjaśnienia podłoża molekularnego chorób mitochondrialnych oraz mogą pomóc w zrozumieniu mechanizmów reakcji zachodzących w cytochromie bc1.

Keywords: ROS; cytochrome b; domain movement; mitochondrial complex III; mitochondrial mutations; superoxide radical.

Publication types

  • Review

MeSH terms

  • Cytochromes b / genetics*
  • Electron Transport Complex III*
  • Free Radicals / metabolism*
  • Humans
  • Mitochondrial Diseases / enzymology*
  • Mutation*
  • Oxidative Stress

Substances

  • Free Radicals
  • Cytochromes b
  • Electron Transport Complex III