Oxidorredutase da Coenzima Q

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 Q_P e Q_D. 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]-Q_P-Q_D. Estes cofatores, excetuando a Q_P e a Q_D, 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 Q_P e a Q_D é demasiada grande para que a transferência de eletrões ocorre entre estes dois centros redox. Portanto, Rees propôs que ou o Q_D é cataliticamente irrelevante ou que existe um local de ligação a um terceiro cofator entre a Q_P e a Q_D. 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