цитохром c
Цитохром c (англ. Cyt c) - невеликий гем-містить білок, відноситься до класу цитохромів. містить в структурі гем типу c. Виконує в клітці дві функції. З одного боку, він є одноелектронні переносником, вільно пов'язаним з внутрішньою мембраною мітохондрій. і необхідним компонентом дихального ланцюга. Він здатний окислюватися і відновлюватися, але не пов'язує при цьому кисень. З іншого боку, при певних умовах він може від'єднуватися від мембрани, переходити в розчин в межмембранном просторі і активувати апоптоз. Така подвійність пов'язана зі специфічними властивостями молекули цитохрома c.
Будова і властивості
Цитохром c - невеликий білок з молекулярною масою 12 кДа. На відміну від інших цитохромів. є добре розчинною білком (розчинність близько 100 г / л).
Цитохром c містить у своїй структурі гем типу c. який утворює ковалентний зв'язок через залишки цистеїну (Cys-14 і Cys-17).
У людини цитохром c кодується ядерним геном CYCS [1] [2].
Цитохром c синтезується у вигляді неактивного попередника - апоцітохрома. Його трансляція і котрансляціонная модифікація відбуваються в цитоплазмі.
Для подальшого дозрівання апоцітохром і гем b (Fe-протопорфирин IX) повинні транспортуватися в межмембранное простір мітохондрій.
Шаперони гема часто залучені в процес доставки гема b в межмембранное простір. [3]
Імпорт апоцітохрома через зовнішню мембрану відрізняється від звичайного білкового транспорту в мітохондрії. В цей процес залучений білок холоцітохром-c-синтаза (HCCS, інша назва гем-ЛіАЗ), який одночасно приєднує гем до апоцітохрому. При цьому цитохром приймає більш компактну струкутуре і стає активним. Важливо, що перед нековалентним приєднанням залізо гема має бути відновлено, а цистеїну апоцітохрома - окислені. Окислення цистеїну з формуванням дисульфідній зв'язку здійснює фермент тиол-дисульфід-оксидоредуктаза. [3]
Біосинтез цитохрому відрізняється у різних організмів, і до сих пір немає загальноприйнятої номенклатури білків, які беруть участь в цьому процесі. [3]
Основна функція цитохрому c - перенесення електронів між комплексами III (кофермент Q - Cyt C редуктаза або Цитохром-bc1-комплекс) і IV (Цитохром c-оксидаза) дихального ланцюга мітохондрій. Крім того, цитохром c викликає апоптоз (запрограмовану клітинну загибель) при виході з мітохондрій в цитоплазму, служить для посилення сигнального шляху апоптозу, а також має ряд неапоптотіческіх функцій. [4]
Дихальна ланцюг мітохондрій
Окислювальне фосфорилювання - один з найважливіших компонентів клітинного дихання, який відбувається на внутрішній мембрані мітохонд за участю п'яти комплексів дихального ланцюга. Він полягає в послідовному переносі електронів між комплексами з субстрату на молекулу кисню, зв'язаному закачуванні протонів в межмембранное простір і синтезі АТФ за рахунок отриманого потенціалу протонів. Для цього процесу необхідні переносники електронів, який працюють як човники між дихальними комплексами. Переносники електронів можуть бути жиророзчинними, мембранними, або водорозчинними, але пов'язаними з мембраною. Цитохром c є водорозчинним, пов'язаним з мембраною переносічіком електронів.
Цитохром c приймає один електрон від III комплексу. При цьому він відновлює свою групу гема.
Далі відновлений цитохром дифундує по поверхні мембрани до IV комплексу. Цей комплекс є цитохром c-оксидазой. він приймає електрон у цитохрому і потім переносить накопичені електрони на молекулу O2 з утворенням молекули H2 O.
Сумарно процес виглядає наступним чином: III комплекс каталізує перенесення 2 електронів з убихинона на 2 молекули цитохрома, при цьому викачуючи 2 протона з матриксу; IV комплекс каталізує перенесення 4 електронів з 4 молекул цитохрому на O2. при цьому викачуючи 4 протона з матриксу.
Роль цитохрому c у апоптозу вперше була виявлена в експериментах, де додавання дезоксіаденозінтріфосфата до екстрактів цитозоля викликало появу активності каспаз. причому без цитохрому активність не розвивалася. [5] Пізніше була показана зв'язок каспазной активності з мітохондріями і роль цитохрому як головного посередника. Виявилося, що навіть мікроін'єкції цитохрому в клітини ссавців викликають апоптоз. [6]
Цитохром c бере участь у розвитку як внутрішнього, так і зовнішнього апоптозу. Внутрішній (intrinsic) апоптоз запускається ушкодженнями ДНК, метаболічним стресом або присутністю неправильно згорнутих білків. Ключовий етап у розвитку внутрішнього апоптозу - пермеабілізація зовнішньої мембрани мітохондрій. Зовнішній (extrinsic) апоптоз запускається при приєднанні позаклітинного ліганду до мембранного рецептора клітини.
При активації апоптозу цитохром виходить з межмембранного простору мітохондрій в цитоплазму і зв'язується з фактором активації апоптотической протеази (Apaf-1). [1] В результаті вихід цитохрому c в цитоплазму ініціює формування апоптосомой.
інші функції
Цитохром c здатний каталізувати гидроксилирование і окислення ароматичних вуглеводнів.
Показана роль цитохрому як антиоксиданту. Він здатний каталізувати окислення супероксид-радикалів в молекулярний кисень. [7]
Цитохром c каталізує амідування жирних кислот. Це призводить до утворення важливих фізіологічних регуляторів. [8]
При зміненої, частково розгорнутої конформації цитохром c проявляє Пероксидазну активність і збільшує окислення кардіоліпіну. [9]
Представленість у різних видів
Цитохром c є консервативним білком, знайденим у рослин, тварин і багатьох найпростіших. Це властивість, разом з невеликим розміром, робить цитохром c корисним для досліджень в області кладистики. [10]
Первинна структура цитохрому c представлена одним ланцюгом з приблизно 100 амінокислотних залишків. У багатьох високоорганізованих організмів в ланцюзі рівно 104 залишку. [11] У ссавців первинна послідовність цитохрому c відрізняється лише за кількома залишкам. Наприклад, послідовність цитохрому c людини ідентична такій шимпанзе, але відрізняється від коня. [12]
У свою чергу, серед цитохромов c виділяють чотири класи (клас 1, клас 2, клас 3, клас 4), представники яких відрізняються один від одного білкової частиною, числом гемов, лигандами в п'ятому і шостому координаційних положеннях заліза в геме і, отже, мають сильно відрізняються властивостями [13].