CITOKRÓM C-OXIDÁZ: SZERKEZET, FUNKCIÓK, INHIBITOROK - BIOLÓGIA - 2026

A citokróm c-oxidáz enzimatikus fehérjék komplexe, amely átjuthat a sejtmembrán lipid kettős rétegén. Hemoldódik és elsősorban a mitokondriumok belső membránjával kapcsolódik, mind a prokarióta szervezetekben (baktériumok), mind az eukariótákban (egysejtű és többsejtű) találhatók.

Ezt az enzimet, amelyet IV komplexnek is neveznek, létfontosságú a szervezetek aerob metabolikus funkciói során, mivel elengedhetetlen az elektronszállító láncban, amelyben a sejt cukrokat éget és az energia egy részét elfogja az adenozin-trifoszfát vagy ATP tárolására.

Hém gömb alakú modellje egy olyan molekula számára, amely a citokróm c-oxidáz kristályszerkezetében található a szarvasmarha szívében. Felvétel és szerkesztés: Benjah-bmm27-ből.

A citokróm név jelentése "celluláris pigmentek". Ezek olyan vérfehérjék, amelyek elektronokat hordoznak. A citokrómokat 1884-ben Charles Alexander MacMunn ír orvos fedezte fel. A MacMunn úttörõként a vérben lévõ légúti pigmentet fedezte fel, amelyet ma citokróm 1-nek hívnak.

Az 1920-as években, David Keilin orosz entomológus és parazitológus újra felfedezte és jellemezte a légúti pigmenteket, és nevezte őket citokrómoknak. Bár MacMunn 1884-ben fedezte fel őket, a tudományos közösség elfelejtette őt, és néhányan még tévesen értelmezték a munkáját.

Általános tulajdonságok

Általában a légző pigmentek jellemző látható fény spektrummal rendelkeznek. Ismeretes, hogy legalább négy olyan integrált membránfehérje-komplex létezik, amelyekben 5 különféle típusú citokróm van: a, a3, b, c1 és c, a spektrális abszorpciós maximumok hullámhosszai szerint osztályozva.

Általában a mitokondriumok belső membránján található meg. Ezeket azonban megfigyelték az endoplazmatikus retikulumban és a kloroplasztokban, az eukarióta és a prokarióta szervezetekben is.

Bemutatják a vasat (Fe) tartalmazó heme protéziscsoportot. Az ismert citokrómok mindegyike multienzim komplexekben működik az elektronok szállításában a légzési folyamatban vagy a láncban.

A citokrómok részt vesznek az oxidáció-redukciós reakciókban. A redukciós reakciók, amelyekben elektronokat vesznek fel, az egyes citokróm típusokon eltérően fordulnak elő, és értéküket az elektronok áramlása határozza meg a légzőláncban.

-Citokróm c

A citokróm c négy osztálya ismert, amelyek a következők.

I. osztály

Ezen az osztályon belül vannak a baktériumokban és a mitokondriumokban jelen lévő c oldódású alacsony spin citokrómok (alacsony feszültségű). Oktaéderek. A hem kötőhely a hisztidin N-terminálisán helyezkedik el, a hatodik ligandumot a C-terminális metioninmaradék biztosítja.

Ebből az osztályból több alosztály is felismerhető, amelyek háromdimenziós szerkezetét meghatározták.

II. Osztály

Ebben az osztályban a magas spin citokróm c és néhány alacsony spin citokróm található. A magas fordulatúak kötőhelye a C-terminálishoz közel helyezkedik el, és azoknál, akiknek alacsony a fordulata, a hatodik ligandum az N vég közelében metionin maradéknak tűnik (angolul N-terminális). Pentakoordináltak ötödik ligandum hisztidinnel.

III. Osztály

Ezt az osztályt az jellemzi, hogy c többkrómú, többszörös hemekkel (c3 és c7), alacsony oxidáció-redukciós képességgel bír, és hemm csoportonként csak 30 aminosav maradékot tartalmaz. Az osztály képviselőiben a hem c csoportok szerkezete és funkciói nem egyenértékűek, és különféle redox lehetőségeket mutatnak. Oktaéderek.

IV. Osztály

Egyes szerzők szerint ezt az osztályt csak azért hozták létre, hogy olyan komplex fehérjéket foglaljanak magukban, amelyekben más protéziscsoportok is vannak, valamint többek között a heme c vagy a flavocytochrome c.

Citokróm c-oxidáz vagy komplex IV

A citokróm c-oxidáz egy mitokondriális enzim, amely a sejtek légzésében végzi az elektronszállítás végső szakaszát. Ez az enzim katalizálja az elektronok szállítását a redukált citokróm c-ből az oxigénbe.

Néhány kémiai vegyület, például cianid, szén-dioxid és azid, gátolhatja ennek az enzimnek a működését, az úgynevezett celluláris kémiai fulladást okozva. A komplex IV gátlásának egyéb formái a genetikai mutációk.

Evolúciós szempontból a citokróm c oxidáz csak az aerob organizmusokban található meg, és több tudóscsoport szerint a protein jelenléte evolúciós kapcsolatokat jelez, ahol a növények, gombák és állatok közös őseikben osztoztak.

Szerkezet

A citokróm c-oxidáz homodimer komplexet alkot, azaz két hasonló monomerből áll a mitokondriumok belső membránjában. Az enzimkomplex 3–4 alegységből áll a prokarióta szervezetekben és legfeljebb 13 (egyesek szerint 14) polipeptidből áll olyan szervezetekben, mint emlősök.

Ezekben a szervezetekben 3 polipeptid mitokondriális eredetű, a többi a sejtmagból származik. Mindegyik monomernek 28 transzmembrán helikója van, amelyek elválasztják a hidrofil doméneket a membrán mátrix és az intermembrán tér között.

Egyetlen katalitikus egységet tartalmaz, amely megtalálható az összes olyan enzimben, amelyek molekuláris oxigén (oxidázok, különösen hem-réz) felhasználásával katalizálják az oxidációs / redukciós reakciókat. A komplex tartalmaz az a és a3 citokrómokat, amelyeket az I. alegység és két rézközpont köti össze.

Egy vagy több hem c csoporttal rendelkezik, amelyek egy vagy több (általában két) tioéter-kötéssel kapcsolódnak a környező protein szerkezethez. Más szerzők azt sugallják, hogy a porfirin gyűrű és a két ciszteinmaradék között egyetlen fehérjecsoport van, amely kovalensen kapcsolódik a fehérjéhez.

Az egyetlen fent említett hem c csoportot hidrofób csoportok veszik körül, és hexakordináltak, hisztidinnel a polipeptidlánc 18. pozíciójában és metioninnal a 80. pozícióban.

A citokróm c oxidáz alegység. Feltöltötte: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben

Jellemzők

A citokróm c oxidázok három fő élettani mechanizmus főszereplői, amelyeket alább látunk.

Apoptózis vagy programozott sejthalál

Az apoptózis olyan programozott sejtpusztulás vagy halál, amelyet maga a szervezet okoz, és amelynek célja a növekedés, fejlődés, a sérült szövetek eltávolításának és az immunrendszer szabályozásának szabályozása. Ebben a fiziológiai folyamatban a citokróm c-oxidáz részt vesz köztitermékként.

Ez a mitokondriumok által felszabadult fehérje kölcsönhatásba lép az endoplazmatikus retikulummal, ami kalcium kiválasztódását vagy felszabadulását okozza. A kalcium fokozatos növekedése a citokróm c-oxidáz hatalmas felszabadulását idézi elő, amíg el nem érik a citotoxikus kalciumszintet.

A citotoxikus kalciumszint és a citokrómok felszabadulása számos kaszpáz enzim kaszkád aktiválását okozza, amelyek felelősek a sejtek elpusztításáért.

Sejtek vagy szövetek regenerálása

Számos tanulmány kimutatta, hogy amikor a citokróm c-oxidáz 670 nanométer hullámhossznak van kitéve, akkor funkcionális komplexben vesz részt, amely áthatol a sérült vagy sérült szövetekbe, és növeli a sejtek regenerálódásának sebességét.

Energia anyagcsere

Ez talán a citokróm c-oxidáz legismertebb és legfontosabb funkciója. Pontosan az oxidáz komplex (a légzőlánc) felelős az elektronok gyűjtéséből a citokróm c-ből, és az oxigén molekulába való átviteléből, két vízmolekulává redukciójáért.

Ehhez a folyamathoz proton-transzlokáció történik a membránon keresztül, amelynek eredményeként olyan elektrokémiai gradiens jön létre, amelyet az ATP-szintetáz komplex az ATP (adenozin-trifoszfát) előállítására vagy szintézisére használ.

inhibitorok

A citokróm c-oxidázt számos kémiai vegyület és eljárás gátolja. Az előfordulásának természetes módja lehet az enzim termelődésének vagy működésének szabályozására, vagy véletlenszerűen fordulhat elő mérgezés következtében.

Azid, cianid vagy szén-monoxid jelenlétében ezekhez kötődik a citokróm c-oxidáz, és gátolható a fehérjekomplex működése. Ez megzavarja a sejtek légzési folyamatát, és ezáltal okozza a sejtek kémiai fulladását.

Más vegyületek, például salétrom-oxid, hidrogén-szulfid, metanol és néhány metilezett alkohol szintén okozzák a citokróm c-oxidáz gátlását.

Hiány

A citokróm c-oxidáz enzim, amelyet mind a sejtmagban, mind a mitokondriumokban gének irányítanak. Vannak olyan genetikai változások vagy mutációk, amelyek a citokróm c oxidáz hiányához vezethetnek.

Ezek a mutációk megzavarják az enzim működését, mivel megváltoztatják enzimes szerkezetét, és az embrionális fejlődés során metabolikus rendellenességeket eredményeznek (humán tanulmányok szerint), amelyek később befolyásolják a szervezetet az első életévében.

A citokróm c-oxidáz hiánya nagy energiaigényű szöveteket érint, mint például a szív, a máj, az agy és az izmok. Ezen mutációk tünetei a két életév előtt visszatükröződnek, és erős vagy enyhe állapotban manifesztálódhatnak.

Az enyhe tünetek még az első életkor után is hamarosan megfigyelhetők, és velük rendelkező személyeknél általában csak csökkent izomfeszültség (hipotonia) és izom atrófia (myopathia) van.

Másrészt az erősebb tünetekkel rendelkező személyek izom atrófiája és encephalomyopathia lehetnek. A citokróm c-oxidáz hiánya által okozott egyéb állapotok a hipertrofikus kardiomiopátia, a máj kóros megnagyobbodása, Leigh-szindróma és a tejsavas acidózis.

Felhasználások filogenezisben

A filogenia az a tudomány, amely felelős az élőlények származásának, kialakulásának és evolúciós fejlődésének az ősei-leszármazási szempontból történő tanulmányozásáért. Az elmúlt évtizedekben a filogenetikai tanulmányok molekuláris elemzéssel egyre gyakoribbak, sok információt szolgáltattak és taxonómiai problémákat oldottak meg.

Ebben az értelemben egyes filogenetikai tanulmányok azt mutatják, hogy a citokróm c oxidázok használata hozzájárulhat az evolúciós kapcsolatok kialakításához. Ennek oka az, hogy ez a fehérjekomplex erősen konzervált és sokféle szervezetben megtalálható, kezdve az egysejtű protistákat és a nagy gerinceseket.

Erre példa az emberekkel, csimpánzokkal (Pan paniscus) és Rhesus makákókkal (Macaca mulatta) végzett tesztek. Az ilyen vizsgálatok azt mutatták, hogy az emberi és a csimpánz citokróm c oxidáz molekulái azonosak.

Megmutatta azt is, hogy a Rhesus makákó citokróm c-oxidáz molekulái egy aminosavval különböznek az első kettőtől, következésképpen megerősítve az őseik leszármazottainak kapcsolatait a csimpánzok és az emberek között.

Irodalom

1. RP Ambler (1991). Szekvencia variabilitás a baktérium citokrómokban c. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetika.
2. Cytochrome c. Helyreállítva az newworldencyclopedia.org oldalról.
3. Colman V., E. Costa, Chaves R., Tórtora V. (2015). A citokróm c biológiai szerepei: mitokondriális elektronszállítás, programozott sejthalál és peroxid aktivitás növekedése. Az Orvostudományi Kar évkönyve.
4. I. citokróm c oxidáz alegység. Helyreállítva az ebi.ac.uk.
5. Youfen L., Jeong-Soon P., Jian-Hong D. és Yidong B. (2007). A citokróm c oxidáz IV alegység elengedhetetlen az enzim komplex összeszerelésében és légzésében. Journal of Bioenergetics and Biomembranes.
6. Géncsoport: Mitokondriális komplex IV: citokróm c oxidáz alegységek (COX, MT-CO). Visszaállítva a genenames.org oldalról.
7. EF Hartree (1973). A citokróm felfedezése. Biokémiai oktatás.
8. Citokróm c-oxidáz, hiánya…. Helyreállítva az ivami.com webhelyről.
9. CK Mathews, KE van Holde és KG Ahern (2002). Biochemestry. 3. kiadás. Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc.