Кіріспе

Сукцинатты дегидрогеназа (SDH) немесе сукцинатты кофермент Q редуктазасы (SQR) немесе II тыныс алу кешені – көптеген бактериялық жасушаларда және эукариоттардың ішкі митохондриялық мембранасында кездесетін фермент кешені. Бұл лимон қышқылы циклына да, электрондық тасымалдау тізбегіне де қатысатын жалғыз фермент. Бұлшық еттегі сукцинатты дегидрогеназаның жоғары деңгейін көрсеткен гистохимиялық талдау, жоғары митохондриялық құрамын және жоғары тотығу әлеуетін көрсетеді. Лимон қышқылы циклының 6-шы қадамында SQR сукцинатты фумаратқа тотықтырып, сонымен қатар убихинонды убихинолға дейін тотығуын катализдейді. Бұл екі реакцияны байланыстыру арқылы ішкі митохондриялық мембранада жүзеге асады.

Кіші бірліктер

Митохондриялық және көптеген бактериялық SQR-лер төрт құрылымдық жағынан әртүрлі кіші бірліктен тұрады: екеуі гидрофильді және екеуі гидрофобты. Бірінші екі кіші бірлік – флавопротеин (SdhA) және темір-күкірт протеині (SdhB) – комплекстің ферменттік активтігі жүзеге асатын гидрофильді бас бөлігін құрайды. SdhA ковалентті байланысқан флавин аденоин динуклеотид (FAD) кофакторын және сукцинат байланысу орнын қамтиды, ал SdhB үш темір-күкірт кластерін қамтиды: [2Fe 2S], [4Fe 4S] және [3Fe 4S]. Екінші екі кіші бірлік – гидрофобты мембраналық бекіткіш кіші бірліктер, SdhC және SdhD. Адам митохондрияларында SdhA-ның екі ерекше изоформасы бар (Fp I және II типті суббұйымдар), бұл изоформалар Ascaris suum және Caenorhabditis elegans-та да кездеседі. Кіші бірліктер мембранаға байланысқан цитохром b кешенін құрайды, онда бір гема b тобы және убихинон байланысу орны бар алты трансмембраналық спираль бар. SdhC және SdhD кіші бірліктерінде екі фосфолипид молекуласы – бір кардиолипин және бір фосфатидилэтаноламин (суретте көрсетілмеген) табылады. Олар гема b-ден төменгі гидрофобты кеңістікті толтыруға қызмет етеді. Бұл кіші бірліктер тіркелген суретте көрсетілген. SdhA – жасыл, SdhB – көк түсті, SdhC – фуксия, ал SdhD – сары. SdhC және SdhD-нің айналасында фосфолипид мембранасы орналасқан, ал суреттің жоғарғы бөлігінде мембранааралық кеңістік көрінеді.

Кіші бірліктердің құрамы

Жоқ. Кіші бірліктің атауы Адам ақуызы UniProt-тан алынған ақуыз сипаттамасы Pfam отбасымен Адам ақуызы 1 SdhA SDHA АДАМ Митохондриялық сукцинат дегидрогеназа [убиквинон] флавопротеінінің кіші бірлігі, 2 SdhB SDHB АДАМ Митохондриялық сукцинат дегидрогеназа [убиквинон] темір-күкірт кіші бірлігі, 3 SdhC C560 АДАМ Митохондриялық сукцинат дегидрогеназа цитохром b560 кіші бірлігі, 4 SdhD DHSD АДАМ Митохондриялық сукцинат дегидрогеназа [убиквинон] цитохром b кіші бірлігі.

Убихинонның байлану орны

Сүтқоректілердің SDH матрицасында екі ерекше убиквинон байланыс орны – матрицаға жақын QP және матрицадан алыс QD анықталады. Убиквинонмен жоғары туыстығы бар Qp убиквинон байланыс орны SdhB, SdhC және SdhD құрайтын кеңістікте орналасқан. Убиквинон B суббірлігінің His207, C суббірлігінің Ser27 және Arg31, ал D суббірлігінің Tyr83 радикалдарымен тұрақтандырылады. Хинон сақинасы C суббірлігінің Ile28 және B суббірлігінің Pro160 радикалдарымен қоршалған. Бұл радикалдар, сондай-ақ B суббірлігінің Il209, Trp163 және Trp164, және C суббірлігінің Ser27 (C атомы) Qp убиквинонын байланыстыратын қалтаның гидрофобтық ортасын қалыптастырады. Ал мембрана аралық кеңістікке жақын орналасқан QD убиквинон байланыс орны тек SdhD-дан тұрады және убиквинонмен туыстығы төмен.

Сукцинаттың байлану орны

SdhA сукцинаттың тотығуы үшін байланыс орнын қамтамасыз етеді. А-бөлімшесіндегі Thr254, His354 және Arg399 тізбектері молекуланы тұрақтандырады, ал FAD тотығып, электрондарды алғашқы темір-күкірт кластеріне, [2Fe 2S], жеткізеді. Бұл 5-суретте көрсетілген.

Редокс орталықтары

Сукцинатты байланыстыру орны және убихинон байланыстыру орны FAD және темір-күкірт кластерлерін қоса алғанда, тотығу-тотықсыздану орталықтарының тізбегімен байланысты. Бұл тізбек ферменттік мономер арқылы 40 Å-ға дейін созылады. Орталықтар арасындағы барлық шеттен шетке дейінгі қашықтықтар физиологиялық электрондық трансфер үшін ұсынылған 14 Å шегінен кем. (ашытқыда Sdh5 және бактерияларда SdhE) сондай-ақ, Кребс циклінің кейбір аралықтары арқылы да ынталандырылады. Фумарат SDHA ковалентті флавинилдеуін ең күшті ынталандырады. Бактериялық жүйені зерттеулер FAD-тің бекітілу механизмі хинон:метид аралық қосылысын қамтитынын көрсетті. Митохондриялық, бірақ бактериялық емес құрастыру кезінде SDHA соңғы кешенге енгізілгенге дейін сукцинат дегидрогеназа құрастыру факторы 4 (SDHAF4; ашытқыда Sdh8 деп аталады) деп аталатын екінші құрастыру факторымен өзара әрекеттеседі.

Протондық трансферт

Квинонды SQR-де толық түрде тотығуын тоқтату үшін екі электрон және екі протон қажет. Су молекуласы (HOH39) белсенді орынға жетіп, B суббірлігінің His207, C суббірлігінің Arg31 және D суббірлігінің Asp82 арқылы байланысады. Семихинон түрі HOH39-дан жеткізілген протондармен протондалады, бұл убихинонның убихинолға дейін тотығуын тоқтатуды аяқтайды. His207 және Asp82 осы процеске көмектеседі. Басқа зерттеулерде D суббірлігінің Tyr83 жақын орналасқан гистидинмен және убихинонның O1 карбонилдік оттегімен байланысатыны айтылады. Гистидин қалдығы тирозиннің pKa-сын төмендетеді, осылайша оның протонын тотыққан убихинон аралық қосылысына беруге қолайлы жағдай тудырады.

Ингибиторлар

II кешенінің ингибиторларының (СДИ) екі ерекше класы бар: сукцинат қалтасына байланысатындары және убиквинон қалтасына байланысатындары. Убихинон типті ингибиторларға карбоксин және теноилтрифторацетон жатады. Сукцинат аналогтары ингибиторларына синтетикалық қосылыс – малонат, сондай-ақ ТСА циклының аралық заттары – малат және оксалоацетат кіреді. Әсіресе, оксалоацетат II кешенінің ең қуатты ингибиторларының бірі болып табылады. ТСА циклының кең таралған аралық заты II кешенді неге тежейтіні толыққанды түсініксіз, бірақ ол I кешеннің кері электрондық тасымалдау арқылы туындаған супероксид өндірісін азайту арқылы қорғаушы рөл атқаруы мүмкін. Убихинонға байланысатын ингибиторлар 1960 жылдардан бері ауыл шаруашылығында фунгицидтер ретінде қолданылып келеді. Карбоксин негізінен сабақтың тотығы және ризоктония аурулары сияқты базидиомицеттер қоздырған ауруларды бақылау үшін қолданылды. 1980 жылдары қарапайым бензанилидтер карбоксинмен салыстыруға болатын белсенділікке ие екені анықталды, және олардың бірнешеуі, соның ішінде беноданил, флутоланил және мепронил сатылымға шығарылды. Соңғы кезде өсімдік патогендеріне қарсы кең спектрлі әсер ететін басқа да қосылыстар әзірленді, оларға боскалид, флуопирам, флюксапироксад, пидифлуметофен және седаксан кіреді. FRAC-тің СДИ жөніндегі жұмыс тобы бар және резистенттілікті басқару шараларын ұсынады.

Аурудың пайда болуындағы рөлі

Митохондрияның электрондық тасымалдау тізбегіндегі сукцинат коферменті Q редуктазасының маңызды рөлі көпжасушалы организмдердің көпшілігінде өте қажетті. Бұл ферментті геномнан жою тышқандарда эмбрионалық сатыда өлімге алып келеді. SdhA мутациялары Лей синдромына, митохондриялық энцефалопатияға және көз бұбқасының атрофиясына әкелуі мүмкін. SdhB мутациялары хромаффинді жасушаларда ісік пайда болуына (опухолегенез) соқтыруы мүмкін, бұл тұқым қуалайтын параганглиома, тұқым қуалайтын феохромоцитома, сукцинат дегидрогеназа жетіспейтін бүйрек карциномасы және сукцинат дегидрогеназа жетіспейтін асқазан-ішек стромальды ісігі (GIST) сияқты ісіктер класын тудырады. Ісіктер көбінесе қатерлі болады. Бұдан басқа, бұл өмір сүру ұзақтығының қысқаруына және супероксид иондарының өндірісінің артуына әкелуі мүмкін. SdhC мутациялары өмір сүру ұзақтығының қысқаруына, супероксид иондарының көбеюіне, тұқым қуалайтын параганглиомаға және тұқым қуалайтын феохромоцитомаға әкелуі мүмкін. Ісіктер көбінесе қатерсіз болады. Бұл мутациялар сирек кездеседі. SdhD мутациялары тұқым қуалайтын параганглиомаға және тұқым қуалайтын феохромоцитомаға әкелуі мүмкін. Ісіктер көбінесе қатерсіз болып келеді және жиі бас пен мойын аймақтарында пайда болады. Бұл мутациялар өмір сүру мерзімін қысқартып, супероксид иондарының өндірісін арттыруы мүмкін. Сүтқоректілердің сукцинат дегидрогеназасы тек митохондриялық энергияны өндіруде ғана емес, сонымен қатар оттегіні сезуде және ісікті басуда да маңызды рөл атқарады, сондықтан ол үздіксіз зерттеулердің нысаны болып табылады. Ханттингтон ауруымен ауырған науқастардың миында II кешеннің негізгі құралы – митохондриялық сукцинат дегидрогеназаның (SDH) деңгейінің төмендеуі байқалады, сондай-ақ Ханттингтон ауруының симптомдары жоқ және бар науқастардың екеуінде де энергия метаболизмінде бұзылыстар анықталды.