Цитохром с - Cytochrome c
Цитохрома комплекс , или цит с , представляет собой небольшие гемопротеины найдено слабо связан с внутренней мембраной из митохондрии . Он принадлежит к семейству белков цитохрома с и играет важную роль в апоптозе клеток. Цитохром с хорошо растворим в воде , в отличие от других цитохромов , и является важным компонентом цепи переноса электронов , где он переносит один электрон. Он способен подвергаться окислению и восстановлению, поскольку его атом железа преобразуется между формами двухвалентного и трехвалентного железа , но не связывает кислород . Он переносит электроны между комплексами III (кофермент Q - Cyt c редуктаза) и IV (Cyt c оксидаза). В организме человека, цитохром с кодируется CYCS гена .
Распространение видов
Цитохром с - это высококонсервативный белок для всех видов, обнаруженный у растений, животных и многих одноклеточных организмов. Это, наряду с его небольшим размером (молекулярная масса около 12000 дальтон ), делает его полезным для исследований кладистики . Молекула цитохрома с была изучена с точки зрения эволюционной биологии.
Цитохром c имеет первичную структуру, состоящую из цепочки примерно из 100 аминокислот . Многие организмы высшего порядка обладают цепочкой из 104 аминокислот. Последовательности цитохрома с у людей идентичны последовательностям шимпанзе (наших ближайших родственников), но отличаются от последовательностей лошадей.
Цитохром c имеет аминокислотную последовательность, которая является высококонсервативной у эукариот и отличается всего несколькими остатками. У более чем тридцати видов, протестированных в одном исследовании, 34 из 104 аминокислот были консервативными; идентичны в их характерном положении. Так , например, человек цитохромоксидаза вступает в реакции с пшеницей цитохром с , в пробирке ; что справедливо для всех пар исследованных видов. Кроме того, окислительно-восстановительный потенциал +0,25 В одинаков для всех исследованных молекул цитохрома с .
Состав
Цитохром c принадлежит к классу I семейства цитохромов c-типа и содержит характерный аминокислотный мотив CXXCH (цистеин-любой-любой-цистеин-гистидин), который связывает гем. Этот мотив расположен по направлению к N-конца в пептидной цепи , и он содержит гистидин в качестве пятого лиганда железа гема. Шестой лиганд представлен остатком метионина, находящимся ближе к С-концу . Каркас белка свернут в пять α-спиралей , пронумерованных α1-α5 от N-конца до C-конца. Спирали α3, α4 и α5 называются спиралями 50, 60 и 70 соответственно, когда речь идет о митохондриальном цитохроме с.
Гем с
В то время как большинство гемовых белков присоединяются к простетической группе посредством лигирования ионов железа и третичных взаимодействий, гемовая группа цитохрома с образует тиоэфирные связи с двумя боковыми цепями цистеина в белке. Одним из основных свойств гема с, который позволяет цитохрому с выполнять множество функций, является его способность иметь в природе различные восстановительные потенциалы. Это свойство определяет кинетику и термодинамику реакции переноса электрона.
Дипольный момент
Дипольный момент играет важную роль в ориентации белков в правильном направлении и повышении их способности связываться с другими молекулами. Дипольный момент цитохрома с является результатом кластера отрицательно заряженных боковых цепей аминокислот в «задней части» фермента. Несмотря на вариации в количестве связанных гемовых групп и вариации в последовательности, дипольный момент цитохромов c позвоночных заметно сохраняется. Например, цитохромы c позвоночных имеют дипольный момент приблизительно 320 дебай, тогда как цитохромы c растений и насекомых имеют дипольный момент приблизительно 340 дебай.
Функция
Цитохром c является компонентом цепи переноса электронов в митохондриях. Гема группа цитохром с принимает электроны от Ьса 1 сложных и переносят электроны к комплексным IV . Цитохром c также участвует в инициации апоптоза . При высвобождении цитохрома с в цитоплазму белок связывает апоптотический фактор активации протеазы-1 (Apaf-1) .
Цитохром с может также катализировать несколько окислительно - восстановительных реакций , таких как гидроксилирование и ароматического окисления , и показывает , пероксидазы активность при окислении различных доноров электронов , таких как 2,2-azino- бис (3-этилбензтиазолин-6-сульфоновой кислоты) ( ABTS ), 2- кето-4-тиометилмасляная кислота и 4-аминоантипирин.
Бактериальный цитохром с действует как нитритредуктаза .
Роль в апоптозе
В 1996 году Сяодун Ван также обнаружил, что цитохром c играет промежуточную роль в апоптозе , контролируемой форме гибели клеток, используемой для уничтожения клеток в процессе развития или в ответ на инфекцию или повреждение ДНК.
Цитохром c связывается с кардиолипином на внутренней митохондриальной мембране, тем самым закрепляя его присутствие и не позволяя ему высвобождаться из митохондрий и инициировать апоптоз. В то время как начальное притяжение между кардиолипином и цитохромом с является электростатическим из-за чрезвычайно положительного заряда цитохрома с, конечное взаимодействие является гидрофобным, когда гидрофобный хвост кардиолипина вставляется в гидрофобную часть цитохрома с.
Во время ранней фазы апоптоза продукция митохондриальных АФК стимулируется, а кардиолипин окисляется за счет пероксидазной функции комплекса кардиолипин-цитохром c. Затем гемопротеин отделяется от внутренней митохондриальной мембраны и может экструдироваться в растворимую цитоплазму через поры на внешней мембране.
Устойчивое повышение уровня кальция предшествует высвобождению цит С из митохондрий. Высвобождение небольших количеств cyt c приводит к взаимодействию с рецептором IP3 (IP3R) на эндоплазматическом ретикулуме (ER), вызывая высвобождение кальция ER. Общее увеличение кальция вызывает массовое высвобождение cyt c , который затем действует в петле положительной обратной связи, поддерживая высвобождение кальция ER через IP3R. Это объясняет, как высвобождение кальция из ER может достигать цитотоксических уровней. Это высвобождение цитохрома с, в свою очередь, активирует каспазу 9 , цистеиновую протеазу . Затем каспаза 9 может активировать каспазу 3 и каспазу 7 , которые отвечают за разрушение клетки изнутри.
Подавление апоптоза
Один из способов активации апоптоза клеток - высвобождение цитохрома с из митохондрий в цитозоль. Исследование показало , что клетки способны защитить себя от апоптоза, блокируя высвобождение цитохрома с использованием Bcl-X L . Другой способ, которым клетки могут контролировать апоптоз, - это фосфорилирование Tyr48, которое превратит цитохром с в антиапоптотический переключатель.
Как антиоксидантный фермент
Известно, что цитохром c играет роль в цепи переноса электронов и апоптозе клеток . Однако недавнее исследование показало, что он также может действовать как антиоксидантный фермент в митохондриях; и это достигается путем удаления супероксида (O 2 - ) и перекиси водорода (H 2 O 2 ) из митохондрий . Следовательно, цитохром c необходим не только в митохондриях для клеточного дыхания, но он также необходим в митохондриях для ограничения производства O 2 - и H 2 O 2 .
Внемитохондриальная локализация
Широко распространено мнение, что цитохром с локализуется исключительно в митохондриальном межмембранном пространстве при нормальных физиологических условиях. Высвобождение цитохрома-с из митохондрий в цитозоль, где он активирует семейство протеаз каспаз, считается основным триггером, приводящим к началу апоптоза. Измерение количества цитохрома с, просачивающегося из митохондрий в цитозоль и из клетки в культуральную среду, является чувствительным методом контроля степени апоптоза. Однако подробные иммуноэлектронные микроскопические исследования срезов тканей крысы с использованием специфичных к цитохрому с антител предоставляют убедительные доказательства того, что цитохром-с в нормальных клеточных условиях также присутствует во внемитохондриальных участках. В ацинарных клетках поджелудочной железы и передней доле гипофиза сильное и специфическое присутствие цитохрома-с было обнаружено в гранулах зимогена и в гранулах гормона роста соответственно. В поджелудочной железе цитохром-с также был обнаружен в конденсирующихся вакуолях и в просвете ацинара . Было показано, что экстрамитохондриальная локализация цитохрома c является специфической, поскольку она полностью исчезает при адсорбции первичного антитела очищенным цитохромом c. Присутствие цитохрома-с вне митохондрий в определенном месте при нормальных физиологических условиях поднимает важные вопросы, касающиеся его клеточной функции и механизма транслокации. Помимо цитохрома с, внемитохондриальная локализация также наблюдалась для большого количества других белков, включая те, которые кодируются митохондриальной ДНК. Это поднимает возможность существования пока неустановленных специфических механизмов транслокации белков из митохондрий в другие клеточные места назначения.
Приложения
Обнаружение супероксида
Цитохром c был использован для обнаружения производства перекиси в биологических системах. По мере образования супероксида количество окисленного цитохрома с 3+ увеличивается, а восстановленного цитохрома с 2+ уменьшается. Однако супероксид часто получают из оксида азота. В присутствии оксида азота восстановление цитохрома с 3+ ингибируется. Это приводит к окислению цитохрома с 2+ до цитохрома С 3+ по пероксиазотистой кислоты , промежуточное соединение осуществляется через реакции окиси азота и высшего окисла. Присутствие пероксинитрита или H 2 O 2 и диоксида азота NO 2 в митохондриях может быть летальным, поскольку они нитрируют тирозиновые остатки цитохрома с, что приводит к нарушению функции цитохрома с как переносчика электронов в цепи переноса электронов.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Кумарсвами Р., Чандна С. (февраль 2009 г.). «Предполагаемые партнеры в Bax-опосредованном высвобождении цитохрома-c: ANT, CypD, VDAC или ни один из них?». Митохондрия . 9 (1): 1–8. DOI : 10.1016 / j.mito.2008.10.003 . PMID 18992370 .
- Скулачев В.П. (февраль 1998 г.). «Цитохром с в апоптотическом и антиоксидантном каскадах». Письма FEBS . 423 (3): 275–80. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (98) 00061-1 . PMID 9515723 . S2CID 10267410 .
- Маннелла CA (1998). «Конформационные изменения в белке митохондриального канала, VDAC, и их функциональные последствия». Журнал структурной биологии . 121 (2): 207–18. DOI : 10,1006 / jsbi.1997.3954 . PMID 9615439 .
- Ферри KF, Jacotot E, Blanco J, Esté JA, Kroemer G (2000). «Митохондриальный контроль гибели клеток, вызванной белками, кодируемыми ВИЧ-1». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 926 : 149–64. DOI : 10.1111 / j.1749-6632.2000.tb05609.x . PMID 11193032 . S2CID 21997163 .
- Бриттон Р.С., Лестер К.Л., Бэкон Б.Р. (октябрь 2002 г.). «Железная токсичность и хелатотерапия». Международный журнал гематологии . 76 (3): 219–28. DOI : 10.1007 / BF02982791 . PMID 12416732 . S2CID 22572183 .
- Хайдер Н., Нарула Н., Нарула Дж. (Декабрь 2002 г.). «Апоптоз при сердечной недостаточности представляет собой запрограммированное выживание, а не смерть кардиомиоцитов и вероятность обратного ремоделирования». Журнал сердечной недостаточности . 8 (6 доп.): S512–7. DOI : 10,1054 / jcaf.2002.130034 . PMID 12555167 .
- Кастедо М., Перфеттини Дж. Л., Андрео К., Румье Т., Пьячентини М., Кремер Дж. (Декабрь 2003 г.). «Митохондриальный апоптоз, индуцированный оболочкой ВИЧ-1». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1010 : 19–28. DOI : 10.1196 / annals.1299.004 . PMID 15033690 . S2CID 37073602 .
- Нг С., Смит М.Б., Смит Х.Т., Миллетт Ф. (ноябрь 1977 г.). «Влияние модификации отдельных лизинов цитохрома c на реакцию с цитохромом b5». Биохимия . 16 (23): 4975–8. DOI : 10.1021 / bi00642a006 . PMID 199233 .
- Линч С.Р., Шерман Д., Коупленд Р.А. (январь 1992 г.). «Связывание цитохрома с влияет на конформацию цитохрома а в цитохром с оксидазе» . Журнал биологической химии . 267 (1): 298–302. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 48493-1 . PMID 1309738 .
- Гарбер Э.А., Марголиаш Э. (февраль 1990 г.). «Взаимодействие цитохрома с с цитохром с оксидазой: понимание перехода от высокого к низкому сродству». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1015 (2): 279–87. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (90) 90032-Y . PMID 2153405 .
- Bedetti CD (май 1985 г.). «Иммуноцитохимическая демонстрация цитохром с оксидазы с помощью метода иммунопероксидазы: специфическое окрашивание митохондрий в фиксированных формалином и залитых парафином тканях человека» . Журнал гистохимии и цитохимии . 33 (5): 446–52. DOI : 10.1177 / 33.5.2580882 . PMID 2580882 .
- Танака Ю., Асикари Т., Шибано И., Амачи Т., Йошизуми Н., Мацубара Н. (июнь 1988 г.). «Конструирование человеческого гена цитохрома c и его функциональная экспрессия в Saccharomyces cerevisiae». Журнал биохимии . 103 (6): 954–61. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a122393 . PMID 2844747 .
- Эванс М.Дж., Скарпулла Р.К. (декабрь 1988 г.). «Ген соматического цитохрома c человека: два класса обработанных псевдогенов разграничивают период быстрой молекулярной эволюции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (24): 9625–9. DOI : 10.1073 / pnas.85.24.9625 . PMC 282819 . PMID 2849112 .
- Пассон П.Г., Халтквист Д.Е. (июль 1972 г.). «Растворимая цитохром b 5 редуктаза из эритроцитов человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 275 (1): 62–73. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (72) 90024-2 . ЛВП : 2027,42 / 34070 . PMID 4403130 .
- Доу Р. Дж., Вителло Л. Б., Эрман Дж. Э. (август 1984 г.). «Изучение седиментационного равновесия по взаимодействию между цитохромом с и цитохромом с пероксидазой». Архивы биохимии и биофизики . 232 (2): 566–73. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (84) 90574-5 . PMID 6087732 .
- Мишель Б., Босхард HR (август 1984 г.). «Спектроскопический анализ взаимодействия между цитохромом с и цитохром с оксидазой» . Журнал биологической химии . 259 (16): 10085–91. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 90932-4 . PMID 6088481 .
- Брогер C, Налец MJ, Аззи A (октябрь 1980 г.). «Взаимодействие цитохрома с с комплексом цитохрома bc1 дыхательной цепи митохондрий». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 592 (3): 519–27. DOI : 10.1016 / 0005-2728 (80) 90096-1 . PMID 6251869 .
- Смит Х.Т., Ахмед А.Дж., Миллет Ф. (май 1981 г.). «Электростатическое взаимодействие цитохрома с с цитохромом с1 и цитохромоксидазой» . Журнал биологической химии . 256 (10): 4984–90. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 69355-5 . PMID 6262312 .
- Герен Л. М., Миллет Ф. (октябрь 1981 г.). «Исследования передачи энергии флуоресценции при взаимодействии адренодоксина и цитохрома с» . Журнал биологической химии . 256 (20): 10485–9. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 68647-3 . PMID 6270113 .
- Фавр Б., Зольнерович С., Туровски П., Хеммингс Б.А. (июнь 1994 г.). «Каталитическая субъединица протеинфосфатазы 2A карбоксиметилирована in vivo» . Журнал биологической химии . 269 (23): 16311–7. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 34009-7 . PMID 8206937 .
- Гао Б., Айзенберг Е., Грин Л. (июль 1996 г.). «Влияние конститутивной полимеризации белка теплового шока 70 кДа на его взаимодействие с белковым субстратом» . Журнал биологической химии . 271 (28): 16792–7. DOI : 10.1074 / jbc.271.28.16792 . PMID 8663341 .
внешние ссылки
- Белок цитохрома с
- Апоптоз и каспаза 3 - PMAP Карта протеолиза - анимация
- Cytochrome + c в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P99999 (Cytochrome c) в PDBe-KB .