bélyegkép|A citokróm c hem prosztetikus csoportja, mely vassal koordinált rideg porfingyűrűből áll. A citokrómkomplex, más néven cyt c kis hemoprotein, mely a mitokondrium belső membránjához lazán kapcsolódik, ahol a sejtlégzésben fontos szerepe van. A citokróm c-reduktáz (koenzim Q, III. komplex) és a citokróm c-oxidáz (IV. komplex) közt szállít elektronokat. A citokróm c jól oldódik vízben, szemben más citokrómokkal. Képes oxidálódni és redukálódni a vas +2 és +3 oxidációs számú állapotai közti váltakozással, de nem kötődik oxigénhez. Fontos szerepe van az apoptózisban. A humán citokróm c-t a CYCS gén kódolja.
Jelenléte fajok közt A citokróm c nagyrészt állandó fehérje az eukarióták közt: megtalálható növényekben, állatokban, gombákban és sok egysejtűben. Ez a kis méretével (tömege kb. 12 kDa) együtt a kladisztika terén hasznossá teszi. A citokróm c-t az evolúciós biológia megismerése végett is tanulmányozták.
A citokróm c elsődleges szerkezete mintegy 100 aminosavból áll. Sok magasabb rendű élőlényben 104 aminosavat tartalmaz e lánc.Amino acid sequences in cytochrome c proteins from different species , adapted from Strahler, Arthur; Science and Earth History, 1997. page 348. A humán citokróm c szekvenciája a csimpánzokéhoz hasonlít, de eltér a lovakétól.
A citokróm c aminosav-szekvenciája is nagyrészt hasonló az eukariótákban, csak néhány részlettel tér el. Egy tanulmányban a több mint 30 tanulmányozott fajban a 104 aminosavból 34 volt konzerválva (jellemző helyükön azonos). Például a humán citokróm c-oxidáz reagált a gabonák citokróm c-jével in vitro, ez a többi fajpárra is teljesült. Ezenkívül a +0,25 V-os redoxipotenciál azonos minden tanulmányozott citokróm c-ben.
Szerkezet
jobbra|bélyegkép|Tonhal citokróm c-jének 5 mm-es kristályai folyadék-folyadék diffúzióval előállítva mikrogravitációban.
A citokróm c a c-típusú citokrómcsalád I. osztályába tartozik, és CXXCH (cisztein-tetszőleges-tetszőleges-cisztein-hisztidin) hemkötő aminosav-sorozata van. Ez a peptidlánc N-terminusán van, és a hem vasának 5. ligandumaként van jelen a hisztidin. A 6. ligandum a C-terminushoz közeli metionin. A fehérjeváz 5 α-hélixből áll, melyeket az N-től a C-terminusig α1-α5-ként számoznak. Az α3, α4 and α5 rendre az 50-es, 60-as és 70-es hélixek a mitokondriális citokróm c esetén.
Hem c bélyegkép|A hem c szerkezete Míg a legtöbb hemprotein a prosztetikus csoporthoz vasion-ligációval és tercier kölcsönhatásokkal kapcsolódik, a citokróm c hemcsoportja két cisztein oldallánccal tioéterkötést alkot. A hem c fontos tulajdonsága, mely lehetővé teszi a citokróm c számos funkcióját, a természetben különböző redukciós potenciálok felvételére való képesség. Ez határozza meg egy elektrontranszfer kinetikáját és termodinamikáját.
Dipólusmomentum A dipólusmomentum fontos a fehérjék megfelelő irányba való elrendezésében és más molekulák kötési képességének befolyásolásában. A citokróm c dipólusmomentumának oka az enzim „hátulján” lévő negatív töltésű aminosav-oldalláncok csoportja. A hemcsoportok és a sorozat eltérései ellenére a gerinces citokróm c-k dipólusmomentuma nagyjából azonos, mintegy 320 D, a növények és rovarok citokróm c-ié mintegy 340 D.
Funkció
Elektrontranszportlánc A citokróm c a légzési elektrontranszportlánc legfontosabb része a mitokondriumokban. Hemcsoportja a citokróm c-reduktáztól vesz fel elektront, és a citokróm c-oxidázhoz továbbítja, miközben az ellenkező irányban szállít energiát.
A citokróm c néhány redoxireakciót, például a hidroxilációt és az aromás oxidációt is katalizálja, továbbá egyes elektrondonorok, például a 2,2-azino-bisz(3-etilbenztiazolin-6-szulfonsav) (ABTS), 2-keto-4-tiometilvajsav és a 4-aminoantipirin oxidációjával peroxidázként is működik.
Egy bakteriális citokróm c nitritreduktázként működik.
Apoptózis A citokróm c-ről 1996-ban Xiaodong Wang és társai felismerték, hogy az apoptózisban – mely a sejthalál irányított folyamata, és a fejlődés során vagy fertőzés vagy DNS-károsodás során történik – intermedier.
A citokróm c a kardiolipinhez kötődik a belső mitokondriális membránban, jelenlétét biztosítva, és a mitokondriumból való kilépést és az apoptózis elindítását akadályozva. Bár eleinte ez elektrosztatikus a citokróm c jelentős pozitív töltése miatt, a végső hatás hidrofób: a kardiolipin egy hidrofób része kerül a citokróm c hidrofób részére.
Az apoptózis elején a mitokondriális ROS-termelés stimulálva van, a kardiolipint a kardiolióin–citokróm c komplex peroxidázműködése oxidálja. A citokróm c ezután a mitokondrium belső membránjáról leválik, és a citoplazmába kerül a külső membrán pórusai révén.
A kalciumszint-növekedés megelőzi a citokróm c felszabadulását. A kevés cyt c felszabadulása az endoplazmatikus retikulumon (ER) kölcsönhatást okoz az IP3 receptorral (IP3R), kalciumfelszabadulást okozva. A kalciumszint-növekedés jelentős cyt c-felszabadulást okoz, ami pozitív visszacsatolásként hat az ER kalciumfelszabadításának IP3R-eken keresztül való kezelésével. Így az ER kalciumfelszabadulása citotoxikus szintet ér el. E cyt c-felszabadulás aktiválja a kaszpáz 9-et, ami a sejtet lebontó kaszpáz 3-at és kaszpáz 7-et aktiválja.
Apoptózisgátlás Az apoptózis egyik aktivációs módja a citokróm c mitokondriumokból citoszolba kerülése. Egy tanulmány szerint a sejtek a citokróm c felszabadulását a Bcl-xL-lel gátolják, megakadályozva az apoptózist. Az apoptózis irányításának másik módja a Tyr48 foszforilációja, ami a citokróm c-t apoptózisgátló váltóvá alakítja.
Antioxidatív enzimként bélyegkép| és eltávolítása citokróm c-vel. Az elektrontranszportban és az apoptózisban való szerepe mellett a citokróm c antioxidatív enzimként is működhet a mitokondriumokban a szuperoxid () és hidrogén-peroxid () eltávolításával. Így a citokróm c nemcsak a sejtlégzésben fontos, hanem a és keletkezésének korlátozása végett is.
A mitokondriumon kívül A citokróm c-ről sokszor feltételezték, hogy csak a mitokondriális intermembrán térben van fiziológiás körülmények közt. A citokróm c mitokondriumokból citoszolba kerülését, ahol a kaszpázokat aktiválja, az apoptózis legfőbb okának gondolták. A mitokondriumokból a citoszolba és a sejtből a tenyésztőközegbe kerülő citokróm c mennyiségének mérése szenzitív módszer az apoptózis mértékének mérésére. Azonban citokróm c-specifikus antitestekkel patkányszöveteken végzett részletes immun-elektronmikroszkópiai tanulmányok alapján fiziológiás körülmények között is jelen van a citokróm c a mitokondriumon kívül. A hasnyálmirigy acináris sejtjeiben és az adenohipofízisben a citokróm c jelenlétét észlelték zimogén-, illetve növekedésihormon-szemcsékben. A hasnyálmirigyben a citokróm c-t megtalálták a kondenzáló vakuólumokban és az acinaris lumenben. Extramitokondriális helyzete specifikus volt, ugyanis teljesen megszűntek a primer antitest tisztított citokróm c-vel való bevitele után. A citokróm c-n kívül sok más fehérjét is találtak a mitokondriumon kívül, beleértve a mitokondriális DNS által kódoltakat. Ez alapján a mitokondriumokból más célokba való fehérjetranszlokációnak lehetnek még azonosítatlan specifikus mechanizmusai.
Alkalmazásai
Szuperoxid-vizsgálat bélyegkép|Peroxisalétromossav A citokróm c használatos peroxidképződés észlelésére biológiai rendszerekben. A szuperoxid keletkezésekor az oxidált citokróm c3+ mennyisége nő, a redukált citokróm c2+-é csökken. Azonban a szuperoxid gyakran nitrogén-monoxiddal együtt keletkezik, mely a citokróm c3+ redukcióját gátolja. Ez a citokróm c2+ citokróm c3+-vé való oxidációjához vezet peroxisalétromossav által, mely a nitrogén-monoxid és a szuperoxid reakciójával keletkező intermedier. A peroxinitrit vagy a és nitrogén-dioxid () mitokondriumokban való jelenléte halálos lehet, mivel a citokróm c-ben lévő tirozint képes nitrálni, ami elektronhordozó funkcióját akadályozza.
Enzimként A citokróm c-t peroxidázaktivitású enzimként is tanulmányozták. A citokróm c-t töltött polimerhez kötötték peroxidázaktivitása ellenőrzéséhez.Y. F. Zhang, Q. Wang, H. Hess, ACS Catal., 2017, 7, 2047–2051.K. R. Benson, J. Gorecki, A. Nikiforov, W. Tsui, R. M. Kasi, C. V. Kumar, Org. Biomol. Chem., 2019, 17, 4043–4048. Az enzimek fehérjealapú szerkezetekbe zárása (mint amilyen például a karboxiszóma, a ferritin és az enkapszulin) mintájára a citokróm c-t 9 nm-es önszerveződő DNS-kötő fehérjébe zárták kevés tápanyagot kapó sejtek (Dps) fehérjekeretéből kimérikus önszerveződéssel. A szerzők az enzim egyedi, az oldatban mutatottól eltérő katalitikus viselkedését figyelték meg a fehérjébe zárt enzimnél. Ennek okát a Dps nanokeret belső réseinek tulajdonították.
Jegyzetek
Fordítás
Források
További információk
The Cytochrome c Protein Apoptosis & Caspase 3 – PMAP The Proteolysis Map-animation
Kategória:Fehérjék