Identification of conserved structural motifs affecting the redox potential of hemes b in complex III of the respiratory chain

Cytochrom bc1, inaczej znany jako kompleks III łańcucha oddechowego, pełni ważną rolę w przenoszeniu elektronów oraz wytwarzaniu gradientu protonowego. Ten kompleks enzymatyczny jest oksydoreduktazą i uczestniczy w transferze elektronów z ubichinolu (QH2) na cytochrom c. W obrębie podjednostki cytochromu b znajdują się dwa miejsca aktywne, między którymi następuje przepływ elektronu poprzez dwa hemy b, które znacząco różnią się potencjałami redoks. Niniejsza praca miała na celu sprawdzenie czy istnieją konserwatywne motywy strukturalne wpływające na potencjały redoks hemów b, warunkując tym samym aktywność kompleksu III. Wyniki otrzymane w wyniku analizy struktur i sekwencji oraz obliczeń kwantowo-mechanicznych wskazują, że zidentyfikowane konserwatywne reszty aminokwasowe w sąsiedztwie hemów b w niewielkim stopniu wpływają na różnice ich potencjałów redoks. Niniejsza praca stanowi podstawę do dalszych badań, które uwzględnią różny stopień protonacji reszt aminokwasowych i grup karboksylowych hemów oraz obecność sąsiadujących kofaktorów, takich jak klaster żelazowo-siarkowy czy hem c oraz reaktantów (ubichinon lub ubichinol). Wyniki tych badań mogą również przyczynić się do zrozumienia w jaki sposób modyfikacje strukturalne mogą wpływać na funkcjonowanie białek w łańcuchu oddechowym.

Cytochrome bc1, also known as Complex III, plays a crucial role in electron transfer and proton gradient generation. This enzymatic complex acts as an oxidoreductase, participating in the transfer of electrons from ubiquinol (QH2) to cytochrome c. Within the cytochrome b subunit, there are two active sites between which an electron flows through two hemes b that have significantly different redox potentials. The aim of this study was to investigate whether there are conserved structural motifs that affect the redox potentials of hemes b, thus determining the activity of complex III. The results obtained from structure and sequence analysis and quantum mechanical calculations suggest that the identified conserved amino acid residues in the vicinity of hemes b have a negligible effect on the differences in their redox potentials. This work is, therefore, a basis for further studies that will consider the different protonation states of protein residues and carboxyl groups of hemes b and the presence of neighboring cofactors, such as iron-sulfur cluster or c-heme, and reactants (ubiquinone or ubiquinol). The outcomes of these studies could also contribute to understanding how structural modifications may impact the functionality of proteins within the electron transport chain.