Electrostatic Investigations on the Mechanism of Quinone Reduction in the Qi Site of Cytochrome bc1

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Cytochrom bc1 ist ein essentieller Bestandteil zahlreicher bioenergetischer Reaktionsketten, wie z.B. der Atmungskette. Es benutzt die chemische Energie des Coenzymes Q (CoQ), um einen Protonengradienten über einer Membran aufzubauen. CoQ wird auf der einen Seite der Membran in der Qo-Tasche oxidiert und auf der anderen Seite der Membran in der Qi-Tasche reduziert. Da Oxidation und Reduktion mit einer Deprotonierung bzw. einer Protonierung verbunden sind, werden durch diesen Mechanismus (Q-Zyklus) effektiv Protonen transportiert. CoQ-Oxidation und -Reduktion können jeweils durch Inhibitoren blockiert werden, die spezifisch in der Qo- oder Qi-Tasche binden. Trotz Kenntnis der Struktur von Cytochrom bc1 ist der genaue Mechanismus dieses Enzyms noch nicht verstanden. Das vorgeschlagene Projekt hat die Untersuchung der Struktur-Funktions-Beziehung der CoQReduktion in der Qi-Tasche mit elektrostatischen Rechnungen zum Ziel. Mittels Dichte-Funktional Methoden werden wir die EPRParameter der Semichinon-Zustandes von Qi berechnen. Die folgenden Fragestellungen sollen bearbeitet werden: Wie koppeln Elektronen- und Protonentransfer während der CoQ-Reduktion? Wie hängt die Bindungsaffinität von CoQ von dessen Redoxzustand ab? Warum binden einige Inhibitoren spezifisch nur die Qi-Tasche? Wir werden unsere Ergebnisse mit spektroskopischen und Mutagenese-Daten vergleichen, um unsere Berechnungen zu validieren.