Cytochrom-c-Reduktase

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Einleitung

Cytochrom-c-Reduktase (CoQ) ist eine fettlösliche Chinonverbindung, die in lebenden Organismen weit verbreitet ist. Sie unterscheidet sich je nach Herkunft in der Anzahl der Isopenten-Einheiten in der Seitenkette; beim Menschen und bei Säugetieren sind es 10 Isopenten-Einheiten, weshalb sie als Coenzym Q10 bezeichnet wird. CoQ spielt in vivo eine zentrale Rolle bei Protonenverschiebung und Elektronentransfer in der Atmungskette, wirkt als Aktivator der Zellatmung und des zellulären Stoffwechsels und ist zudem ein wichtiges Antioxidans sowie ein unspezifischer Immunmodulator.

Struktur

Die Anzahl der nachgewiesenen Untereinheiten kann im Vergleich zu anderen wesentlichen Protonenpumpen-Untereinheiten der Elektronentransportkette gering sein und umfasst lediglich drei Polypeptidketten. Diese Zahl nimmt jedoch zu; bei höheren Tieren wurden 11 Untereinheiten identifiziert. Drei Untereinheiten enthalten Kofaktoren. Die Cytochrom-b-Untereinheit besitzt zwei b-Typ-Hämgruppen (bL und bH), die Cytochrom-c-Untereinheit eine c-Typ-Hämgruppe (c1), und die Rieske-Eisen-Schwefel-Protein-Untereinheit (ISP) enthält ein 2Fe-2S-Eisen-Schwefel-Cluster.

Abbildung 1. Struktur der Cytochrom-c-Reduktase.

Verteilung

CoQ ist in der Natur weit verbreitet, vor allem in Herz-, Leber- und Nierenzellen von Tieren sowie in Hefen, Pflanzenblättern und Samen. CoQ fungiert als Bestandteil der Atmungskette bei der ATP-Synthese, als Antioxidans, zur kardiovaskulären Protektion und mit antiinflammatorischer Wirkung.

CoQ als Elektronenträger in der Atmungskette

CoQ kommt in Mitochondrien in großer Menge vor. Es ist Bestandteil der zellulären Atmungskette und übernimmt die Übertragung von Wasserstoff und Elektronen. In der Atmungskette nimmt Komplex I (NADH:Coenzym-Q-Oxidoreduktase) zwei Elektronen von NADH auf und überträgt sie über Eisen-Schwefel-Proteine auf CoQ. Komplex II (Succinatdehydrogenase) nimmt Elektronen aus Succinat auf und überträgt sie auf CoQ. CoQ leitet die aus diesen beiden Komplexen aufgenommenen Elektronen an Komplex III (CoQ:Cytochrom-c-Oxidoreduktase) und schließlich an Sauerstoff weiter. Die Elektronenübertragung von FMN auf Coenzym Q über das Eisen-Schwefel-Cluster bewirkt eine Konformationsänderung im Protonenkanal, die in einer Protonentranslokation mündet. CoQ ist am aeroben Zellatmungsprozess beteiligt und eng mit der ATP-Bildung verknüpft. Der Großteil der Energie im menschlichen Körper wird über die Atmungskette erzeugt. Ein Coenzym-Q-Mangel führt daher zu einer beeinträchtigten Energieversorgung. Organe mit hohem Energiebedarf, wie Herz und Nieren, sind entsprechend anfälliger für einen Coenzym-Q-Mangel.

Abbildung 2. CoQ ist ein Elektronenträger in der Atmungskette.

Redoxzustände

CoQ weist drei Redoxzustände auf: Ubiquinon in oxidierter Form, Ubiquinol in reduzierter Form und das Semichinon-Radikal als Zwischenstufe. Damit kann es zwei Elektronen tragen und fungiert als Redoxträger. In der Atmungskette ist CoQ der einzige nicht-proteinogene Redoxträger. Aufgrund seiner geringen Molekülgröße und Lipidlöslichkeit kann es sich rasch innerhalb der Membran bewegen. Diese Eigenschaften positionieren es im Zentrum der Elektronentransportkette, wo es Wasserstoff und Elektronen aufnimmt und entlang der Kette weitergibt.

Anwendungen

Kardiovaskulär assoziierte Erkrankungen, z. B. virale Myokarditis und chronische Herzinsuffizienz.

Hepatitiden, z. B. virale Hepatitis, subakute Lebernekrose und chronisch aktive Hepatitis.

Supportive Therapie in der Onkologie: CoQ kann bestimmte unerwünschte Wirkungen im Zusammenhang mit Strahlentherapie, Chemotherapie usw. reduzieren.