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通过双电子-电子共振,直接将 EPR 光谱分配给复合物 I 中结构定义明确的铁硫簇。

Direct assignment of EPR spectra to structurally defined iron-sulfur clusters in complex I by double electron-electron resonance.

机构信息

Department of Chemistry, Inorganic Chemistry Laboratory, University of Oxford, Center for Advanced Electron Spin Resonance, Oxford OX1 3QR, United Kingdom.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Feb 2;107(5):1930-5. doi: 10.1073/pnas.0908050107. Epub 2010 Jan 19.

Abstract

In oxidative phosphorylation, complex I (NADH:quinone oxidoreductase) couples electron transfer to proton translocation across an energy-transducing membrane. Complex I contains a flavin mononucleotide to oxidize NADH, and an unusually long series of iron-sulfur (FeS) clusters, in several subunits, to transfer the electrons to quinone. Understanding coupled electron transfer in complex I requires a detailed knowledge of the properties of individual clusters and of the cluster ensemble, and so it requires the correlation of spectroscopic and structural data: This has proved a challenging task. EPR studies on complex I from Bos taurus have established that EPR signals N1b, N2 and N3 arise, respectively, from the 2Fe cluster in the 75 kDa subunit, and from 4Fe clusters in the PSST and 51 kDa subunits (positions 2, 7, and 1 along the seven-cluster chain extending from the flavin). The other clusters have either evaded detection or definitive signal assignments have not been established. Here, we combine double electron-electron resonance (DEER) spectroscopy on B. taurus complex I with the structure of the hydrophilic domain of Thermus thermophilus complex I. By considering the magnetic moments of the clusters and the orientation selectivity of the DEER experiment explicitly, signal N4 is assigned to the first 4Fe cluster in the TYKY subunit (position 5), and N5 to the all-cysteine ligated 4Fe cluster in the 75 kDa subunit (position 3). The implications of our assignment for the mechanisms of electron transfer and energy transduction by complex I are discussed.

摘要

在氧化磷酸化中,复合物 I(NADH:醌氧化还原酶)将电子传递与质子跨能量传递膜的转运偶联。复合物 I 包含一个黄素单核苷酸来氧化 NADH,并在几个亚基中包含一系列异常长的铁硫(FeS)簇,以将电子转移到醌上。理解复合物 I 中的偶联电子传递需要详细了解单个簇和簇系综的性质,因此需要对光谱和结构数据进行相关:这证明是一项具有挑战性的任务。来自牛的复合物 I 的 EPR 研究已经确定,EPR 信号 N1b、N2 和 N3 分别来自于 75 kDa 亚基中的 2Fe 簇,以及 PSST 和 51 kDa 亚基中的 4Fe 簇(沿着从黄素延伸的七个簇链的位置 2、7 和 1)。其他簇要么难以检测,要么没有确定的信号分配。在这里,我们将牛复合物 I 的双电子-电子共振(DEER)光谱与嗜热菌复合物 I 的亲水区结构相结合。通过明确考虑簇的磁矩和 DEER 实验的取向选择性,将信号 N4 分配给 TYKY 亚基中的第一个 4Fe 簇(位置 5),并将 N5 分配给全半胱氨酸连接的 75 kDa 亚基中的 4Fe 簇(位置 3)。我们的分配对复合物 I 的电子传递和能量转导机制的影响进行了讨论。

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