Cytokrom c ( eng. cyt c ) er et lille hæm-holdigt protein, tilhører klassen af cytochromer , indeholder type c hæm i strukturen . Udfører to funktioner i cellen. På den ene side er det en en-elektron-bærer, der er løst bundet til den mitokondrielle indre membran , og en nødvendig komponent i åndedrætskæden . Det kan oxideres og reduceres, men det binder ikke ilt. På den anden side kan det under visse forhold løsne sig fra membranen, gå i opløsning i intermembranrummet og aktivere apoptose . Denne dualitet er forbundet med cytochrom c -molekylets specifikke egenskaber .
Cytokrom c er et lille protein med en molekylvægt på 12 kDa . I modsætning til andre cytochromer er det et meget opløseligt protein (opløselighed er ca. 100 g/l ).
Cytokrom c indeholder en type cheme i sin struktur , som danner en kovalent binding gennem cysteinrester (Cys-14 og Cys-17).
Hos mennesker er cytochrom c kodet af det nukleare gen CYCS [2] .
Cytokrom c syntetiseres som en inaktiv precursor, apocytokrom . Dets translation og co -translationelle modifikation forekommer i cytoplasmaet.
For yderligere modning skal apocytokrom og hæm b (Fe-protoporphyrin IX) transporteres ind i mitokondrielle intermembranrum .
Hæm-chaperoner er ofte involveret i leveringen af hæm b til intermembranrummet. [3]
Import af apocytokrom over den ydre membran adskiller sig fra normal proteintransport ind i mitokondrier. Denne proces involverer proteinet holocytochrom-c-syntase (HCCS, et andet navn for hem-lyase), som samtidig binder hæm til apocytokrom. Samtidig får cytokrom en mere kompakt struktur og bliver aktiv. Det er vigtigt, at hæmjernet før kovalent binding skal reduceres, og apocytokromcysteinerne skal oxideres. Oxidation af cysteiner med dannelse af en disulfidbinding udføres af enzymet thiol-disulfidoxidoreduktase. [3]
Biosyntesen af cytokrom er forskellig i forskellige organismer, og der er stadig ingen almindeligt accepteret nomenklatur af proteinerne involveret i denne proces. [3]
Cytokrom cs hovedfunktion er overførsel af elektroner mellem komplekser III ( coenzym Q - Cyt C-reduktase eller Cytochrom-bc1-kompleks ) og IV ( Cytochrom c-oxidase ) i mitokondrie-respirationskæden . Derudover inducerer cytochrom c apoptose (programmeret celledød) ved udgang fra mitokondrier ind i cytoplasmaet, tjener til at forbedre signalvejen for apoptose og har også en række ikke-apoptotiske funktioner. [fire]
Oxidativ phosphorylering er en af de vigtigste komponenter i cellulær respiration, som forekommer på den indre membran af mitokondrier med deltagelse af fem komplekser af respirationskæden. Det består i den successive overførsel af elektroner mellem komplekser fra substratet til oxygenmolekylet, konjugeret pumpning af protoner ind i intermembranrummet og ATP -syntese på grund af det resulterende protonpotentiale. Denne proces kræver elektronbærere, der fungerer som pendulfarter mellem de respiratoriske komplekser. Elektronbærere kan være lipidopløselige, membranbundne eller vandopløselige, men membranbundne. Cytokrom c er en vandopløselig, membranbundet elektronbærer.
Cytokrom c accepterer en elektron fra kompleks III. Ved at gøre det genopretter den sin hæmgruppe .
Yderligere diffunderer det reducerede cytochrom over membranoverfladen til kompleks IV. Dette kompleks er cytochrom c-oxidase , det accepterer en elektron fra cytochrom og overfører derefter de akkumulerede elektroner til O 2 molekylet for at danne H 2 O molekylet.
Sammenfattende er processen som følger: kompleks III katalyserer overførslen af 2 elektroner fra ubiquinon til 2 cytokrommolekyler og pumper 2 protoner ud fra matrixen; Kompleks IV katalyserer overførslen af 4 elektroner fra 4 cytochrommolekyler til O 2 , og pumper 4 protoner ud fra matrixen.
Cytokrom c's rolle i apoptose blev først opdaget i eksperimenter, hvor tilsætning af deoxyadenosintriphosphat til cytosolekstrakter forårsagede forekomsten af caspaseaktivitet , og aktiviteten udviklede sig ikke uden cytochrom. [5] Senere blev forbindelsen mellem caspaseaktivitet og mitokondrier og cytokroms rolle som hovedmediator vist. Det viste sig, at selv mikroinjektioner af cytokrom i pattedyrsceller forårsager apoptose. [6]
Cytokrom c er involveret i udviklingen af både intern og ekstern apoptose. Iboende apoptose udløses af DNA-skade, metabolisk stress eller tilstedeværelsen af fejlfoldede proteiner. Nøgletrinet i udviklingen af intern apoptose er permeabiliseringen af den ydre mitokondrielle membran. Ekstern (ekstrinsisk) apoptose udløses af vedhæftning af en ekstracellulær ligand til en cellemembranreceptor.
Ved aktivering af apoptose forlader cytochrom mitokondriernes intermembranrum ind i cytoplasmaet og binder sig til den apoptotiske proteaseaktiverende faktor (Apaf-1). Som følge heraf initierer frigivelsen af cytokrom c i cytoplasmaet dannelsen af apoptosomet .
Cytochrom c er i stand til at katalysere hydroxylering og oxidation af aromatiske carbonhydrider.
Cytokroms rolle som en antioxidant er vist . Det er i stand til at katalysere oxidationen af superoxidradikaler til molekylært oxygen. [7]
Cytokrom c katalyserer amideringen af fedtsyrer. Dette fører til dannelsen af vigtige fysiologiske regulatorer. [otte]
Med en ændret, delvist udfoldet konformation udviser cytochrom c peroxidaseaktivitet og øger oxidationen af cardiolipin . [9]
Cytokrom c er et konserveret protein, der findes i planter, dyr og mange protister. Denne egenskab, sammen med dens lille størrelse, gør cytochrom c nyttig til kladistisk forskning. [ti]
Den primære struktur af cytochrom c er repræsenteret af en enkelt kæde på ca. 100 aminosyrerester. Mange højt organiserede organismer har præcis 104 rester i kæden. [11] Hos pattedyr adskiller den primære sekvens af cytokrom c sig kun i nogle få rester. For eksempel er den humane cytochrom c-sekvens identisk med chimpansens, men forskellig fra hesten. [12]
Til gengæld skelnes fire klasser blandt cytokromer c (klasse 1, klasse 2, klasse 3, klasse 4), hvis repræsentanter adskiller sig fra hinanden i proteindelen, antallet af hæmer, ligander i den femte og sjette koordinationsposition af jern i hæmen og har derfor meget forskellige egenskaber [13] .