# Cycle Q

Le cycle Q est un ensemble de réactions qui aboutissent au pompage de protons par la coenzyme Q-cytochrome c réductase, ou complexe III de la chaîne respiratoire, à travers une membrane biologique alors que des électrons traversent cette enzyme de la forme réduite de la coenzyme Q$_{10}$, l'ubiquinol Q$_{10}$H$_2$, vers le cytochrome c. Il s'agit de deux réactions successives formant un cycle au cours duquel les deux électrons du Q$_{10}$H$_2$ sont transférés l'un après l'autre à une molécule de cytochrome c chacun.
La première réaction transfère le premier électron de l'ubiquinol Q$_{10}$H$_2$ à un ion ferrique Fe$^{3+}$ du cytochrome c$_1$ du complexe III réduit en ion ferreux Fe$^{2+}$. Le second électron que Q$_{10}$H$_2$ est quant à lui transféré à une coenzyme Q$_{10}$ pour former le radical semiquinone Q$_{10}$$^{•–}$. Une coenzyme Q$_{10}$ est ainsi utilisée comme récepteur intermédiaire d'électron tandis qu'une autre est libérée par l'oxydation de Q$_{10}$H$_2$, ce qui fait disparaître Q$_{10}$ des deux termes de l'équation chimique ci-dessous :
    Q$_{10}$H$_2$ + Fe$^{3+}$ du cytochrome c$_1$ → Q$_{10}$$^{•–}$ + Fe$^{2+}$ du cytochrome c$_1$ + 2 H$^+$$_{intermembranaire}$.
Une seconde molécule de Q$_{10}$H$_2$ cède un électron à haut potentiel de transfert à un ion ferrique Fe$^{3+}$ du cytochrome c$_1$ à son tour converti en ion ferreux Fe$^{2+}$, et cède son second électron à l'intermédiaire réactionnel semiquinone Q$_{10}$$^{•–}$ issu de la première étape, qui redonne Q$_{10}$H$_2$ en absorbant deux protons H$^+$ de la matrice mitochondriale.
    Q$_{10}$H$_2$ + Q$_{10}$$^{•–}$ + 2 H$^+$$_{matriciel}$ + Fe$^{3+}$ du cytochrome c$_1$ → coenzyme Q$_{10}$ + Q$_{10}$H$_2$ + Fe$^{2+}$ du cytochrome c$_1$ + 2 H$^+$$_{intermembranaire}$.
Les électrons transmis aux cytochromes c$_1$ sont ensuite cédés chacun à un cytochrome c du côté intermembranaire. Ce mécanisme en deux étapes permet d'injecter quatre protons dans l'espace intermembranaire, au lieu de deux s'il s'était agi d'un mécanisme de transfert direct des deux électrons de Q$_{10}$H$_2$ chacun à un cytochrome c$_1$.

## Mécanisme

L'ubiquinol Q$_{10}$H$_2$ se lie au site Q$_o$ du complexe III par une liaison hydrogène avec les résidus d'His-182 de la protéine de Rieske et de Glu-272 du cytochrome b. La coenzyme Q$_{10}$ se lie quant à elle au site Q$_i$ du complexe III.
Q$_{10}$H$_2$ cède un premier électron au cluster fer-soufre de la protéine de Rieske et un second électron à l'hème b$_L$, avec formation d'un intermédiaire réactionnel semiquinone Q$_{10}$$^{•–}$ :
* La protéine de Rieske réduite migre vers le cytochrome c$_1$, à l'ion ferrique héminique duquel elle cède son électron. Cet électron est ensuite transféré à une molécule de cytochrome c oxydée liée au complexe III, qui est alors réduite et libérée. Ce faisant, la protéine de Rieske libère le proton lié au résidu d'His-181 dans l'espace intermembranaire mitochondrial.
* L'hème b$_L$ réduit cède, par l'intermédiaire de l'hème b$_H$ du cytochrome b, son électron à la coenzyme Q$_{10}$ liée au site Q$_i$ du complexe III. La coenzyme Q$_{10}$ est alors réduite en semiquinone Q$_{10}$$^{•–}$. Le résidu de Glu-272 tourne ensuite de 170°, ce qui lui permet de transférer le proton qu'il a absorbé à une chaîne de molécules d'eau en se liant à cette dernière par une liaison hydrogène ; cette chaîne de molécules d'eau est par ailleurs liée au groupe propanoate de l'hème b$_L$ par une autre liaison hydrogène.
Une seconde itération permet d'expulser deux autres protons vers l'espace intermembranaire mitochondrial et de clore le cycle en réduisant la semiquinone Q$_{10}$$^{•–}$ formée à l'étape précédente par un électron issu de l'hème b$_H$ en provenance d'une seconde molécule d'ubiquinol Q$_{10}$H$_2$ liée au site Q$_o$ ; il se forme alors une troisième molécule d'ubiquinol Q$_{10}$H$_2$ liée cette fois au site Q$_i$ en absorbant deux protons de la matrice mitochondriale. Le cycle consomme donc deux molécules d'ubiquinol et en forme une troisième, ce qui revient à la conversion nette d'une molécule d'ubiquinol en coenzyme Q$_{10}$.