Cytochrom c

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. ledna 2020; kontroly vyžadují 2 úpravy .
Cytochrom c, somatický

Trojrozměrná struktura cytochromu c (zelená) s molekulou hemu (šedá) koordinující centrální atom železa (oranžová).
Dostupné struktury
PNR Ortologické vyhledávání: PDBe , RCSB
Identifikátory
SymbolCYCS  ; CYC; HCS; THC4
Externí IDOMIM:  123970 MGI :  88578 HomoloGene :  133055 GeneCards : CYCS Gene
Profil exprese RNA
Více informací
ortology
PohledČlověkMyš
Entrez5420513063
SouborENSG00000172115ENSMUSG00000058927
UniProtP99999P62897
RefSeq (mRNA)NM_018947NM_007808
RefSeq (protein)NP_061820NP_031834
Locus (UCSC)Chr 7:
25,16 – 25,16 Mb
Chr 19:
24,88 – 24,88 Mb
Hledejte v PubMed[jeden][2]

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 .

Struktura a vlastnosti

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).

Biosyntéza

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]

Funkce

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]

Dýchání

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.

Apoptóza

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 .

Další vlastnosti

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]

Zastoupení v různých druzích

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]

Klasifikace

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] .

Poznámky

  1. Tafani M., Karpinich NO, Hurster KA, Pastorino JG, Schneider T., Russo MA, Farber JL (březen 2002). „Uvolnění cytochromu c po aktivaci Fas receptoru závisí na translokaci nabídky plné délky a indukci přechodu mitochondriální permeability“. J Biol. Chem. 277(12): 10073-10082. doi: 10.1074/jbc.M111350200 . PMID 11790791
  2. 1 2 3 Mavridou DA, Ferguson SJ, Stevens JM Cytochrome c Assembly  (neopr.)  // IUBMB Life.. - 2013. - březen ( vol. 65 , č. 3 ). - S. 209-216 . doi : 10.1002 / iub.1123 . — PMID 23341334 .
  3. Ow YP, Green DR, Hao Z., Mak TW Cytochrom c: funkce mimo dýchání  // Nature Reviews Molecular Cell Biology  : journal  . - 2008. - Červenec ( ročník 9 , č. 7 ). - S. 532-542 . - doi : 10.1038/nrm2434 . — PMID 18568041 .
  4. Liu X., Kim CN, Yang J., Jemmerson R., Wang X. Indukce apoptotického programu v bezbuněčných extraktech: požadavek na dATP a cytochrom c  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1996. - Červenec ( roč. 86 , č. 1 ). - S. 147-157 . - doi : 10.1016/S0092-8674(00)80085-9 . — PMID 8689682 .
  5. Zhivotovsky B., Orrenius S., Brustugun OT, Døskeland SO Injektovaný cytochrom c indukuje apoptózu  (anglicky)  // Nature. - 1998. - Leden ( roč. 391 , č. 6666 ). - S. 449-450 . - doi : 10.1038/35058 . — PMID 9461210 .
  6. Skulachev VP Cytochrom c v apoptotických a antioxidačních kaskádách  (anglicky)  : journal. - 1993. - únor ( roč. 423 , č. 3 ). - str. 275-280 . — PMID 9515723 .
  7. Mueller GP, Driscoll WJ Syntéza oleoylglycinu in vitro cytochromem c ukazuje na novou cestu pro produkci lipidových signálních molekul  //  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2007. - srpen ( roč. 282 , č. 31 ). - S. 22364-22369 . - doi : 10.1074/jbc.M701801200 . — PMID 17537719 .
  8. Kagan VE, Bayir HA, Belikova NA, Kapralov O., Tyurina YY, Tyurin VA, Jiang J., Stoyanovsky DA, Wipf P., Kochanek PM, Greenberger JS, Pitt B., Shvedova AA, Borisenko G. Cytochrome c/ kardiolipinové vztahy v mitochondriích: polibek smrti  (anglicky)  // Free Radic Biol Med. : deník. - 2009. - Červen ( roč. 46 , č. 11 ). - S. 1439-1453 . - doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2009.03.004 . — PMID 19285551 .
  9. Margoliash E. Primární struktura a evoluce cytochromu c  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1963. - říjen ( sv. 50 ). - str. 672-679 . - doi : 10.1073/pnas.50.4.672 . — PMID 14077496 .
  10. Aminokyselinové sekvence v proteinech cytochromu c z různých druhů , upravené podle Strahler, Arthur; Věda a dějiny Země, 1997. strana 348.
  11. Lurquin PF, Stone L., Cavalli-Sforza LL Geny, kultura a lidská evoluce:  syntéza . - Oxford: Blackwell, 2007. - S. 79. - ISBN 1-4051-5089-0 .
  12. Ambler RP Sekvenční variabilita v bakteriálních cytochromech c  //  Biochimica et Biophysica Acta : deník. - 1991. - Květen ( roč. 1058 , č. 1 ). - str. 42-47 . - doi : 10.1016/S0005-2728(05)80266-X . — PMID 1646017 .