Cytochrom c ( angl. cyt c ) je malý protein obsahující hem, patří do třídy cytochromů , ve struktuře obsahuje hem typu c . V buňce plní dvě funkce. Na jedné straně je to jednoelektronový nosič volně vázaný na mitochondriální vnitřní membránu a nezbytná součást dýchacího řetězce . Může být oxidován a redukován, ale neváže kyslík. Na druhé straně se za určitých podmínek může oddělit od membrány, přejít do roztoku v mezimembránovém prostoru a aktivovat apoptózu . Tato dualita je spojena se specifickými vlastnostmi molekuly cytochromu c .
Cytochrom c je malý protein s molekulovou hmotností 12 kDa . Na rozdíl od jiných cytochromů jde o vysoce rozpustný protein (rozpustnost je asi 100 g/l ).
Cytochrom c obsahuje ve své struktuře hem typu c , který tvoří kovalentní vazbu prostřednictvím cysteinových zbytků (Cys-14 a Cys-17).
U lidí je cytochrom c kódován jaderným genem CYCS [2] .
Cytochrom c je syntetizován jako neaktivní prekurzor, apocytochrom . Jeho translace a ko -translační modifikace se vyskytují v cytoplazmě.
Pro další zrání musí být apocytochrom a hem b (Fe-protoporfyrin IX) transportovány do mitochondriálního mezimembránového prostoru .
Hemové chaperony se často podílejí na dodávání hemu b do mezimembránového prostoru. [3]
Import apocytochromu přes vnější membránu se liší od normálního transportu proteinu do mitochondrií. Tento proces zahrnuje protein holocytochrom-c-syntázy (HCCS, jiný název pro hem-lyázu), který současně váže hem na apocytochrom. Současně cytochrom získává kompaktnější strukturu a stává se aktivní. Je důležité, že před kovalentním připojením musí být redukováno hemové železo a musí být oxidovány apocytochromové cysteiny. Oxidaci cysteinů za vzniku disulfidové vazby provádí enzym thiol-disulfid oxidoreduktáza. [3]
Biosyntéza cytochromu se v různých organismech liší a dosud neexistuje obecně uznávaná nomenklatura proteinů účastnících se tohoto procesu. [3]
Hlavní funkcí cytochromu c je přenos elektronů mezi komplexy III ( koenzym Q -Cyt C reduktáza nebo Cytochrom-bc1-komplex ) a IV ( cytochrom c-oxidáza ) mitochondriálního dýchacího řetězce . Kromě toho cytochrom c indukuje apoptózu (programovanou buněčnou smrt) při výstupu z mitochondrií do cytoplazmy, slouží k posílení signální dráhy apoptózy a má také řadu neapoptotických funkcí. [čtyři]
Oxidativní fosforylace je jednou z nejdůležitějších složek buněčného dýchání, ke které dochází na vnitřní membráně mitochondrií za účasti pěti komplexů dýchacího řetězce. Spočívá v postupném přenosu elektronů mezi komplexy ze substrátu na molekulu kyslíku, konjugovaném čerpání protonů do mezimembránového prostoru a syntéze ATP díky výslednému protonovému potenciálu. Tento proces vyžaduje nosiče elektronů, které fungují jako člunky mezi dýchacími komplexy. Nosiče elektronů mohou být rozpustné v lipidech, vázané na membránu nebo ve vodě rozpustné, ale vázané na membránu. Cytochrom c je ve vodě rozpustný nosič elektronů vázaný na membránu.
Cytochrom c přijímá jeden elektron z komplexu III. Tím obnoví svou hemovou skupinu .
Dále redukovaný cytochrom difunduje přes povrch membrány do komplexu IV. Tento komplex je cytochrom c-oxidáza , přijímá elektron z cytochromu a poté přenáší nahromaděné elektrony do molekuly O 2 za vzniku molekuly H 2 O.
Stručně řečeno, proces je následující: komplex III katalyzuje přenos 2 elektronů z ubichinonu na 2 molekuly cytochromu, přičemž odčerpává 2 protony z matrice; Komplex IV katalyzuje přenos 4 elektronů ze 4 molekul cytochromu na O 2 a odčerpává 4 protony z matrice.
Role cytochromu c v apoptóze byla poprvé objevena v experimentech, kde přidání deoxyadenosintrifosfátu do cytosolových extraktů způsobilo objevení aktivity kaspázy a aktivita se bez cytochromu nerozvinula. [5] Později se ukázalo spojení aktivity kaspázy s mitochondriemi a role cytochromu jako hlavního mediátoru. Ukázalo se, že i mikroinjekce cytochromu do savčích buněk způsobují apoptózu. [6]
Cytochrom c se podílí na rozvoji vnitřní i vnější apoptózy. Vnitřní apoptóza je spouštěna poškozením DNA, metabolickým stresem nebo přítomností špatně složených proteinů. Klíčovým krokem ve vývoji vnitřní apoptózy je permeabilizace vnější mitochondriální membrány. Externí (extrinsická) apoptóza je spouštěna připojením extracelulárního ligandu k receptoru buněčné membrány.
Po aktivaci apoptózy cytochrom opouští mezimembránový prostor mitochondrií do cytoplazmy a váže se na apoptotický proteázový aktivační faktor (Apaf-1). V důsledku toho uvolnění cytochromu c do cytoplazmy iniciuje tvorbu apoptozomu .
Cytochrom c je schopen katalyzovat hydroxylaci a oxidaci aromatických uhlovodíků.
Je ukázána role cytochromu jako antioxidantu . Je schopen katalyzovat oxidaci superoxidových radikálů na molekulární kyslík. [7]
Cytochrom c katalyzuje amidaci mastných kyselin. To vede k tvorbě důležitých fyziologických regulátorů. [osm]
Se změněnou, částečně rozvinutou konformací, cytochrom c vykazuje peroxidázovou aktivitu a zvyšuje oxidaci kardiolipinu . [9]
Cytochrom c je konzervovaný protein nacházející se v rostlinách, zvířatech a mnoha protistách. Tato vlastnost spolu s malou velikostí činí cytochrom c užitečným pro kladistický výzkum. [deset]
Primární struktura cytochromu c je reprezentována jedním řetězcem přibližně 100 aminokyselinových zbytků. Mnoho vysoce organizovaných organismů má přesně 104 zbytků v řetězci. [11] U savců se primární sekvence cytochromu c liší pouze v několika zbytcích. Například sekvence lidského cytochromu c je totožná se šimpanzí, ale liší se od koně. [12]
Mezi cytochromy c se zase rozlišují čtyři třídy (třída 1, třída 2, třída 3, třída 4), jejichž zástupci se od sebe liší proteinovou částí, počtem hemů, ligandy v páté a šesté koordinační poloze. železa v hemu, a proto mají velmi odlišné vlastnosti [13] .