NADH-dehydrogenase: verschil tussen versies
Functie |
Uitbreiding |
||
| Regel 16: | Regel 16: | ||
===Mechanisme=== |
===Mechanisme=== |
||
[[Bestand:NAD+toNADH.png|thumb|260px|'''Oxidatie''' van NADH naar NAD<sup>+</sup>.]] |
|||
| ⚫ | Alle redoxreacties vinden plaats in hydrofiele domein van NADH-dehydrogenase. Zodra NADH aan het enzymcomplex bindt, draagt het twee elektronen over aan [[Riboflavine-5'-fosfaat|flavine-mononucleotide]] (FMN), een elektronacceptor die lijkt op [[Flavine-adeninedinucleotide|FAD]]. De elektronen worden vervolgens via een aantal tussenstappen overgedragen aan het co-enzym Q10 (ubichinon). De elektronenstroom verandert de oxidatietoestand van het enzymcomplex wat [[conformatie|conformatieveranderingen]] van het eiwit veroorzaakt. Dit heeft tot gevolg dat de [[pKz|pK<sub>z</sub>]]-waarden van de ioniseerbare zijketen worden verlaagd waardoor er vier waterstofionen uit de [[mitochondrion|mitochondriale matrix]] worden gepompt.<ref name="BioChem">{{citeer boek | title = Principles of Biochemistry, 3rd Edition | chapter = Hoofdstuk 18, Mitochondrial ATP synthesis | auteur = Donald J. Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt | publisher = Wiley | year = 2008 | isbn = 978-0-470-23396-2 | page = 608|taal=en }}</ref> |
||
[[Bestand:QtoQH2.png|thumb|260px|'''Reductie''' van ubichinine naar ubichinol.]] |
|||
| ⚫ | Alle redoxreacties vinden plaats in hydrofiele domein van NADH-dehydrogenase. Zodra NADH aan het enzymcomplex bindt, draagt het twee elektronen over aan [[Riboflavine-5'-fosfaat|flavine-mononucleotide]] (FMN), een elektronacceptor die lijkt op [[Flavine-adeninedinucleotide|FAD]]. De elektronen worden vervolgens via een aantal tussenstappen overgedragen aan het co-enzym Q10 (ubichinon).<ref name=":0">{{citeer journal | auteur = Sazanov LA | title = A giant molecular proton pump: structure and mechanism of respiratory complex I | journal = Nature Reviews. Molecular Cell Biology | volume = 16 | issue = 6 | pages = 375–88 | date = 2015 | taal=en|pmid = 25991374 | doi = 10.1038/nrm3997 }}</ref> De elektronenstroom verandert de oxidatietoestand van het enzymcomplex wat [[conformatie|conformatieveranderingen]] van het eiwit veroorzaakt. Dit heeft tot gevolg dat de [[pKz|pK<sub>z</sub>]]-waarden van de ioniseerbare zijketen worden verlaagd waardoor er vier waterstofionen uit de [[mitochondrion|mitochondriale matrix]] worden gepompt.<ref name="BioChem">{{citeer boek | title = Principles of Biochemistry, 3rd Edition | chapter = Hoofdstuk 18, Mitochondrial ATP synthesis | auteur = Donald J. Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt | publisher = Wiley | year = 2008 | isbn = 978-0-470-23396-2 | page = 608|taal=en }}</ref> |
||
Voordat de elektronen aan ubichinon worden gegeven voor reductie, gaan de elektronen langs een reeks ijzer-zwavelcentra (FeS-cluster).{{Refn|group=kleine-letter|Via het reactiepad: NADH – FMN – N3 – N1b – N4 – N5 – N6a – N6b – N2 – CoQ, met Nx een benaming voor een afzonderlijk ijzer-zwavelcentrum.<ref>{{citeer journal | auteur = Sazanov LA | title = A giant molecular proton pump: structure and mechanism of respiratory complex I | journal = Nature Reviews. Molecular Cell Biology | volume = 16 | issue = 6 | pages = 375–88 | date = 2015 | pmid = 25991374 | doi = 10.1038/nrm3997}}</ref>}} Het laatste ijzer-zwavelcentrum beschikt over een zeer hoog reductiepotentiaal en heeft daarom een aanzuigende kracht op de elektronen. Doordat de centra dicht bij elkaar liggen kunnen de elektronen een langere afstand door het eiwitcomplex bewegen. De elektronenoverdracht van het NADH tot het laatste ijzer-zwavelcentrum duurt daarbij ongeveer 100 [[microseconde|μs]].<ref>{{citeer journal | auteur = Ohnishi T | year = 1998 | title = Iron–sulfur clusters/semiquinones in complex I | url = | journal = Biochim. Biophys. Acta | volume = 1364 | issue = | pages = 186–206 | taal=en|doi=10.1016/s0005-2728(98)00027-9}}</ref><ref>{{citeer journal | auteur = Bridges HR, Bill E, Hirst J | title = Mössbauer spectroscopy on respiratory complex I: the iron-sulfur cluster ensemble in the NADH-reduced enzyme is partially oxidized | journal = Biochemistry | volume = 51 | issue = 1 | pages = 149–58 | date = January 2012 |taal=en| pmid = 22122402 | doi = 10.1021/bi201644x }}</ref> |
|||
==Structuur== |
|||
NADH-dehydrogenase is een opvallend groot eiwitcomplex. Het bestaat bij zoogdieren uit 44 afzonderlijke in water oplosbare perifere [[membraaneiwit]]ten, die zich verankeren in de mitochondriale membraanbestanddelen. Van functioneel belang is de [[flavine]] [[co-factor]] (FMN) en acht ijzer-zwavelcentra (FeS). Van de 44 subunits worden er zeven gecodeerd door het [[mitochondriaal DNA]].<ref name="isbn0-471-19350-X">{{citeer boek |auteur=Voet, Judith G. Voet, Donald | title = Biochemistry | edition = 3rd | publisher = J. Wiley & Sons | location = New York | year = 2004 | pages = 813–826 | taal = en| isbn = 0-471-19350-X}}</ref><ref name="pmid16950771">{{citeer journal | auteur = Carroll J, Fearnley IM, Skehel JM, Shannon RJ, Hirst J, Walker JE | title = Bovine complex I is a complex of 45 different subunits | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 281 | issue = 43 | pages = 32724–7 | date = 2006 | pmid = 16950771 | taal=en|doi = 10.1074/jbc.M607135200 }}</ref> |
|||
De algehele structuur van NADH-dehydrogenase is een L-vorm: in de lengte het transmembraandomein, bestaande uit ongeveer zestig [[alfa-helix|membraanhelices]], en in de breedte het hydrofiele (perifere) domein waarin NADH bindt en de redoxreacties worden gekatalyseerd.<ref name="pmid16469879">{{citeer journal | auteur = Sazanov LA, Hinchliffe P | title = Structure of the hydrophilic domain of respiratory complex I from Thermus thermophilus | journal = Science | volume = 311 | issue = 5766 | pages = 1430–6 | date = 2006 | taal=en|pmid = 16469879 | doi = 10.1126/science.1123809 }}</ref> In prokaryoten wordt NADH-dehydrogenase opgebouwd uit dertien subunits. Deze worden gecodeerd door het zogenaamde nuo-[[operon]]. |
|||
Onderzoekers hebben met [[elektronspinresonantie]] geprobeerd te stellen welke route de elektronen volgen langs de diverse moleculen in het hydrofiele domein. Er blijken zeven ijzer-zwavelcentramoleculen een ketting te vormen richting dee ubichinon-bindingsplaats. Het achtste centrum bevindt zich na deze bindingsplaast en zijn functie is onbekend. De centra kunnen de snelheid van elektronenoverdracht optimaliseren en zorgen voor efficiënte energieomzettingen in het NADH-dehydrogenase.<ref name="pmid20133838">{{citeer journal | auteur = Roessler MM, King MS, Robinson AJ, Armstrong FA, Harmer J, Hirst J | title = Direct assignment of EPR spectra to structurally defined iron-sulfur clusters in complex I by double electron-electron resonance | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 107 | issue = 5 | pages = 1930–5 | date = 2010 | taal=en|pmid = 20133838 | doi = 10.1073/pnas.0908050107 }}</ref> |
|||
==Zie ook== |
|||
*[[Succinaat-dehydrogenase]] |
|||
*[[Cytochroom oxidase]] |
|||
{{Appendix||2= |
{{Appendix||2= |
||
;Noten |
|||
{{References|group=kleine-letter}} |
|||
;Referenties |
;Referenties |
||
{{References}} |
{{References||30em}} |
||
}} |
}} |
||
Versie van 17 jan 2019 19:54
| NADH-dehydrogenase (ubichinon-oxidoreductase) | ||||
|---|---|---|---|---|
| ||||
Structuur van NADH-dehydrogenase in mitochondriaal binnenmembraan.
| ||||
| Identificatie | ||||
| EC-nummer | 1.6.5.3 | |||
| Databanken | ||||
| IntEnz | IntEnz view | |||
| BRENDA | BRENDA entry | |||
| ExPASy | NiceZyme view | |||
| KEGG | KEGG entry | |||
| MetaCyc | Stofwisselingsroute | |||
| PDB-codes | ||||
| ||||
NADH-dehydrogenase (ook wel NADH ubichinon-oxidoreductase genoemd) is een groot eiwitcomplex dat ingebed is in de ademhalingsketen en dat voorkomt in vrijwel alle organismen. Het katalyseert de elektronenoverdracht van NADH naar co-enzym Q10 en transporteert daarbij waterstofionen over het binnenmembraan van mitochondriën in eukaryoten of het plasmamembraan in bacteriën. NADH-dehydrogenase is betrokken bij een centraal onderdeel van de stofwisseling en is daardoor essentieel voor het normaal functioneren van cellen. Wanneer mutaties optreden in zijn subunits kan dit leiden tot een groot aantal erfelijke metabole stoornissen. Structuurdefecten van het eiwitcomplex zijn verantwoordelijk voor de ontwikkeling van verschillende pathologische processen zoals weefselbeschadiging na ischemie, de ziekte van Parkinson en dergelijke.
NADH-dehydrogenase is het eerste enzymcomplex in de mitochondriale elektronentransportketen. Daarom staat het ook wel bekend als complex I. Er zijn nog twee andere enzymen die energieoverdracht mogelijk maken in de ademhalingsketen: het ubichinon:cytochroom c oxidoreductase (complex III) en cytochroom c oxidase (complex IV). Elektronen afkomstig uit NADH-moleculen verplaatsen zich van complex I naar complex III en complex IV. Zij gaan dus voorbij complex III.[1] Complex I is het grootste en meest ingewikkelde enzym van de elektronentransportketen.[2]
Functie
NADH-dehydrogenase katalyseert de oxidatie van NADH in NAD+.[3][4] Hierbij wordt co-enzym Q10 gereduceerd. Tijdens een dergelijke redoxreactie worden vier waterstofionen (protonen) over het binnenmembraan van het mitochondrion getransporteerd, waardoor een elektrochemisch gradiënt wordt aangelegd voor de aanmaak van ATP. Ook in de bacterie E. coli zorgt NADH-dehydrogenase voor het transport van protonen, omdat is aangetoond dat het bijdraagt bij de opbouw van een waterpotentiaal.[5] In de tegenovergestelde richting is ook transport van natriumionen waargenomen, maar dit mechanisme is slechts gedeeltelijk ontrafeld.
Mechanisme
Alle redoxreacties vinden plaats in hydrofiele domein van NADH-dehydrogenase. Zodra NADH aan het enzymcomplex bindt, draagt het twee elektronen over aan flavine-mononucleotide (FMN), een elektronacceptor die lijkt op FAD. De elektronen worden vervolgens via een aantal tussenstappen overgedragen aan het co-enzym Q10 (ubichinon).[6] De elektronenstroom verandert de oxidatietoestand van het enzymcomplex wat conformatieveranderingen van het eiwit veroorzaakt. Dit heeft tot gevolg dat de pKz-waarden van de ioniseerbare zijketen worden verlaagd waardoor er vier waterstofionen uit de mitochondriale matrix worden gepompt.[7]
Voordat de elektronen aan ubichinon worden gegeven voor reductie, gaan de elektronen langs een reeks ijzer-zwavelcentra (FeS-cluster).[a] Het laatste ijzer-zwavelcentrum beschikt over een zeer hoog reductiepotentiaal en heeft daarom een aanzuigende kracht op de elektronen. Doordat de centra dicht bij elkaar liggen kunnen de elektronen een langere afstand door het eiwitcomplex bewegen. De elektronenoverdracht van het NADH tot het laatste ijzer-zwavelcentrum duurt daarbij ongeveer 100 μs.[9][10]
Structuur
NADH-dehydrogenase is een opvallend groot eiwitcomplex. Het bestaat bij zoogdieren uit 44 afzonderlijke in water oplosbare perifere membraaneiwitten, die zich verankeren in de mitochondriale membraanbestanddelen. Van functioneel belang is de flavine co-factor (FMN) en acht ijzer-zwavelcentra (FeS). Van de 44 subunits worden er zeven gecodeerd door het mitochondriaal DNA.[11][12]
De algehele structuur van NADH-dehydrogenase is een L-vorm: in de lengte het transmembraandomein, bestaande uit ongeveer zestig membraanhelices, en in de breedte het hydrofiele (perifere) domein waarin NADH bindt en de redoxreacties worden gekatalyseerd.[13] In prokaryoten wordt NADH-dehydrogenase opgebouwd uit dertien subunits. Deze worden gecodeerd door het zogenaamde nuo-operon.
Onderzoekers hebben met elektronspinresonantie geprobeerd te stellen welke route de elektronen volgen langs de diverse moleculen in het hydrofiele domein. Er blijken zeven ijzer-zwavelcentramoleculen een ketting te vormen richting dee ubichinon-bindingsplaats. Het achtste centrum bevindt zich na deze bindingsplaast en zijn functie is onbekend. De centra kunnen de snelheid van elektronenoverdracht optimaliseren en zorgen voor efficiënte energieomzettingen in het NADH-dehydrogenase.[14]
Zie ook
|