Computer simulation of substrate coenzyme-Q binding and reactivity in respiratory complex III (2025)
- Authors:
- Autor USP: CAMILO, SOFIA RODRIGUES GUEDES - IQ
- Unidade: IQ
- DOI: 10.11606/T.46.2025.tde-04032026-183707
- Subjects: RESPIRAÇÃO CELULAR; MOLÉCULA; SIMULAÇÃO DE SISTEMAS; MITOCÔNDRIAS
- Keywords: Cadeia transportadora de elétrons; Cellular respiration; Complexo respiratório III; Computer simulation; Electron transport chain; Respiração celular; Respiratory complex III; Simulação computacional; Ubiquinonas; Ubiquinones
- Language: Inglês
- Abstract: O citocromo bc1, também conhecido como complexo respiratório III, desempenha um papel crucial na cadeia transportadora de elétrons, realizando tanto a oxidação quanto a redução de substratos ubiquinol/ubiquinona. Os ubiquinóis, moléculas anfifílicas e móveis, são responsáveis pelo transporte de elétrons entre três dos quatro complexos da cadeia. Durante esse processo, os elétrons do ubiquinol são transferidos juntamente com seus prótons, numa reação de oxidação reversível. Cada ubiquinol pode ser oxidado em até dois elétrons. A complexidade do citocromo bc1 reside no fato de que ele realiza uma bifurcação eletrônica, fazendo com que parte dos elétrons continue na cadeia transportadora, enquanto outra parte é usada para reciclar os ubiquinóis. Atualmente, a hipótese que melhor explica como acontece essa bifurcação é a de que cada um dos dois prótons do substrato é transferido a um resíduo de aminoácido diferente da proteína. Como a transferência eletrônica é acoplada à transferência do próton, isso impulsionaria os elétrons para caminhos diferentes dentro do complexo proteico. No entanto, enquanto é praticamente consenso que um resíduo de histidina (His152 na numeração de R. Sphaeroids) coordenado ao centro [2Fe-2S] do citocromo bc1 recebe um desses prótons, ainda há debates sobre qual resíduo recebe o segundo próton. Nesta tese, utilizamos simulações computacionais, combinando métodos de mecânica clássica e quântica, para investigar a ligação dos ubiquinóis ao sítio de oxidação do citocromo bc1 e suas duas etapas de oxidação. Um de nossos principais resultados foi o desenvolvimento de um modelo simplificado, composto por imidazol-ferro(III)-sulfeto, que mimetiza de maneira eficaz o centro [2Fe-2S] e poderá ser usado futuramente para quaisquer estudos de simulação envolvendo o citocromo bc1.Com esse mesmo modelo, foi possível determinar que a transferência de prótons e elétronsentre o ubiquinol e a histidina ocorre por meio de uma reação eletronicamente não adiabática e que o tunelamento do próton é mais rápido do que a mistura das configurações eletrônicas que representam os estados inicial e final da reação. Além disso, foi estudada a interação do quinol com potenciais aceptores de prótons e foram identificados possíveis caminhos de transferência de prótons. Os resultados revelaram que as cadeias laterais no sítio Qo são altamente flexíveis, permitindo que a cabeça do quinol adote três modos de ligação distintos, sendo que dois desses modos são reativos e estão localizados perto do heme bL, enquanto o terceiro representa um estado pré-reativo. Os resultados também mostraram que o sítio Qo é altamente hidratado, com moléculas de água formando ligações de hidrogênio entre o ubiquinol e os resíduos conservados Tyr147, Glu295 e Tyr297, facilitando a transferência de prótons. A transferência de prótons provavelmente ocorre através de um mecanismo de Grotthuss, envolvendo uma rede de pelo menos cinco fios de prótons. Asp287 e propionato-A do heme bL são propostos como aceptores finais de prótons. Essas descobertas fornecem interpretações sobre o mecanismo molecular do ciclo Q e o transporte de prótons em enzimas bioenergéticas que catalisam reações redox de coenzima-Q.
- Imprenta:
- Data da defesa: 07.04.2025
- Status:
- Nenhuma versão em acesso aberto identificada
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ABNT
CAMILO, Sofia Rodrigues Guedes. Computer simulation of substrate coenzyme-Q binding and reactivity in respiratory complex III. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46131/tde-04032026-183707/. Acesso em: 08 abr. 2026. -
APA
Camilo, S. R. G. (2025). Computer simulation of substrate coenzyme-Q binding and reactivity in respiratory complex III (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46131/tde-04032026-183707/ -
NLM
Camilo SRG. Computer simulation of substrate coenzyme-Q binding and reactivity in respiratory complex III [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46131/tde-04032026-183707/ -
Vancouver
Camilo SRG. Computer simulation of substrate coenzyme-Q binding and reactivity in respiratory complex III [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46131/tde-04032026-183707/ - Mechanism of proton transfer in the Q-cycle catalyzed by cytochrome bc1
- Flexibility and hydration of the Qo site determine multiple pathways for proton transfer in cytochrome bc1
- Tunneling and nonadiabatic effects on a proton-coupled electron transfer model for the Qo site in cytochrome bc1
- Modeling the hydrolysis of iron–sulfur clusters
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