Cytokrom c

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 1 januari 2020; kontroller kräver 2 redigeringar .
Cytokrom c, somatisk

Tredimensionell struktur av cytokrom c (grön) med en hemmolekyl (grå) som koordinerar den centrala järnatomen (orange).
Tillgängliga strukturer
PDB Ortologisk sökning: PDBe , RCSB
Identifierare
SymbolCYCS  ; CYC; HCS; THC4
Externa ID:nOMIM:  123970 MGI :  88578 HomoloGene :  133055 GeneCards : CYCS Gene
RNA-uttrycksprofil
Mer information
ortologer
SeMänskligMus
Entrez5420513063
EnsembleENSG00000172115ENSMUSG00000058927
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
Sök i PubMed[ett][2]

Cytokrom c ( eng.  cyt c ) är ett litet hem-innehållande protein, tillhör klassen av cytokromer , innehåller typ c heme i strukturen . Utför två funktioner i cellen. Å ena sidan är det en enelektronbärare som är löst bunden till mitokondriernas inre membran och en nödvändig komponent i andningskedjan . Det kan oxideras och reduceras, men det binder inte syre. Å andra sidan, under vissa förhållanden, kan det lossna från membranet, gå i lösning i intermembranutrymmet och aktivera apoptos . Denna dualitet är förknippad med de specifika egenskaperna hos cytokrom c -molekylen .

Struktur och egenskaper

Cytokrom c är ett litet protein med en molekylvikt på 12 kDa . Till skillnad från andra cytokromer är det ett mycket lösligt protein (lösligheten är cirka 100 g/l ).

Cytokrom c innehåller en typ c hem i sin struktur , som bildar en kovalent bindning genom cysteinrester (Cys-14 och Cys-17).

Biosyntes

Hos människor kodas cytokrom c av kärngenen CYCS [2] .

Cytokrom c syntetiseras som en inaktiv prekursor, apocytokrom . Dess translation och co -translationell modifiering sker i cytoplasman.

För ytterligare mognad måste apocytokrom och hem b (Fe-protoporfyrin IX) transporteras in i mitokondriella intermembranutrymme .

Heme-chaperoner är ofta involverade i leveransen av hem b till intermembranutrymmet. [3]

Import av apocytokrom över det yttre membranet skiljer sig från normal proteintransport till mitokondrier. Denna process involverar proteinet holocytokrom-c-syntas (HCCS, ett annat namn för hem-lyas), som samtidigt fäster hem till apocytokrom. Samtidigt får cytokrom en mer kompakt struktur och blir aktiv. Det är viktigt att före kovalent bindning måste hemjärnet reduceras och apocytokromcysteinerna måste oxideras. Oxidation av cysteiner med bildning av en disulfidbindning utförs av enzymet tioldisulfidoxidoreduktas. [3]

Biosyntesen av cytokrom skiljer sig åt i olika organismer, och det finns fortfarande ingen allmänt accepterad nomenklatur för de proteiner som är involverade i denna process. [3]

Funktioner

Cytokrom cs huvudsakliga funktion är överföringen av elektroner mellan komplex III ( koenzym Q  -Cyt C-reduktas eller Cytokrom-bc1-komplex ) och IV ( Cytokrom c-oxidas ) i den mitokondriella andningskedjan . Dessutom inducerar cytokrom c apoptos (programmerad celldöd) vid utträde från mitokondrier till cytoplasman, tjänar till att förbättra signalvägen för apoptos och har också ett antal icke-apoptotiska funktioner. [fyra]

Andning

Oxidativ fosforylering  är en av de viktigaste komponenterna i cellandning, som sker på mitokondriernas inre membran med deltagande av fem komplex i andningskedjan. Den består i successiv överföring av elektroner mellan komplex från substratet till syremolekylen, konjugerad pumpning av protoner in i intermembranutrymmet och ATP- syntes på grund av den resulterande protonpotentialen. Denna process kräver elektronbärare som fungerar som skyttlar mellan andningskomplexen. Elektronbärare kan vara lipidlösliga, membranbundna eller vattenlösliga men membranbundna. Cytokrom c är en vattenlöslig, membranbunden elektronbärare.

Cytokrom c accepterar en elektron från komplex III. Genom att göra det återställer den sin hemgrupp .

Vidare diffunderar det reducerade cytokromet över membranytan till komplex IV. Detta komplex är cytokrom c-oxidas , det tar emot en elektron från cytokrom och överför sedan de ackumulerade elektronerna till O 2 molekylen för att bilda H 2 O molekylen.

Sammanfattningsvis är processen som följer: komplex III katalyserar överföringen av 2 elektroner från ubikinon till 2 cytokrommolekyler, och pumpar ut 2 protoner från matrisen; Komplex IV katalyserar överföringen av 4 elektroner från 4 cytokrommolekyler till O 2 och pumpar ut 4 protoner från matrisen.

Apoptos

Cytokrom c:s roll i apoptos upptäcktes först i experiment där tillsatsen av deoxyadenosintrifosfat till cytosolextrakt orsakade uppkomsten av kaspasaktivitet , och aktiviteten utvecklades inte utan cytokrom. [5] Senare visades sambandet mellan kaspasaktivitet och mitokondrier och cytokroms roll som huvudmediator. Det visade sig att även mikroinjektioner av cytokrom i däggdjursceller orsakar apoptos. [6]

Cytokrom c är involverad i utvecklingen av både intern och extern apoptos. Inneboende apoptos utlöses av DNA-skador, metabolisk stress eller närvaron av felveckade proteiner. Nyckelsteget i utvecklingen av intern apoptos är permeabiliseringen av det yttre mitokondriella membranet. Extern (extrinsisk) apoptos utlöses av fästningen av en extracellulär ligand till en cellmembranreceptor.

Vid aktivering av apoptos lämnar cytokrom mitokondriernas intermembranutrymme in i cytoplasman och binder till den apoptotiska proteasaktiverande faktorn (Apaf-1). Som ett resultat initierar frisättningen av cytokrom c i cytoplasman bildandet av apoptosomen .

Andra funktioner

Cytokrom c kan katalysera hydroxyleringen och oxidationen av aromatiska kolväten.

Cytokroms roll som antioxidant visas . Det kan katalysera oxidationen av superoxidradikaler till molekylärt syre. [7]

Cytokrom c katalyserar amideringen av fettsyror. Detta leder till bildandet av viktiga fysiologiska regulatorer. [åtta]

Med en förändrad, delvis ovikt konformation, uppvisar cytokrom c peroxidasaktivitet och ökar oxidationen av kardiolipin . [9]

Representation i olika arter

Cytokrom c är ett konserverat protein som finns i växter, djur och många protister. Denna egenskap, tillsammans med dess ringa storlek, gör cytokrom c användbar för kladistisk forskning. [tio]

Den primära strukturen av cytokrom c representeras av en enda kedja med cirka 100 aminosyrarester. Många högorganiserade organismer har exakt 104 rester i kedjan. [11] Hos däggdjur skiljer sig den primära sekvensen av cytokrom c i endast ett fåtal rester. Till exempel är den mänskliga cytokrom c-sekvensen identisk med den hos schimpansen, men skiljer sig från hästen. [12]

Klassificering

I sin tur särskiljs fyra klasser bland cytokromer c (klass 1, klass 2, klass 3, klass 4), vars representanter skiljer sig från varandra i proteindelen, antalet hemer, ligander i den femte och sjätte koordinationspositionen av järn i hemen och har därför mycket olika egenskaper [13] .

Anteckningar

  1. Tafani M., Karpinich NO, Hurster KA, Pastorino JG, Schneider T., Russo MA, Farber JL (mars 2002). "Cytokrom c-frisättning vid Fas-receptoraktivering beror på translokation av fullängdsbud och induktionen av den mitokondriella permeabilitetsövergången". 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. - March ( vol. 65 , nr 3 ). - S. 209-216 . doi : 10.1002 / iub.1123 . — PMID 23341334 .
  3. Ow YP, Green DR, Hao Z., Mak TW Cytokrom c: fungerar bortom andning  // Nature Reviews Molecular Cell Biology  : journal  . - 2008. - Juli ( vol. 9 , nr 7 ). - s. 532-542 . - doi : 10.1038/nrm2434 . — PMID 18568041 .
  4. Liu X., Kim CN, Yang J., Jemmerson R., Wang X. Induktion av apoptotiskt program i cellfria extrakt: krav på dATP och cytokrom c  // Cell  :  journal. - Cell Press , 1996. - Juli ( vol. 86 , nr 1 ). - S. 147-157 . - doi : 10.1016/S0092-8674(00)80085-9 . — PMID 8689682 .
  5. Zhivotovsky B., Orrenius S., Brustugun OT, Døskeland SO Injicerad cytokrom c inducerar apoptos  (engelska)  // Nature. - 1998. - Januari ( vol. 391 , nr 6666 ). - S. 449-450 . - doi : 10.1038/35058 . — PMID 9461210 .
  6. Skulachev VP Cytochrome c in the apoptotic and antioxidant cascades  (engelska)  : journal. - 1993. - Februari ( vol. 423 , nr 3 ). - S. 275-280 . — PMID 9515723 .
  7. Mueller GP, Driscoll WJ In vitro -syntes av oleoylglycin med cytokrom c pekar på en ny väg för produktion av lipidsignalmolekyler  //  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2007. - Augusti ( vol. 282 , nr 31 ). - P. 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/ cardiolipin relations in mitochondria: a kiss of death  (engelska)  // Free Radic Biol Med. : journal. - 2009. - Juni ( vol. 46 , nr 11 ). - P. 1439-1453 . - doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2009.03.004 . — PMID 19285551 .
  9. Margoliash E. Primär struktur och utveckling av cytokrom c  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1963. - Oktober ( vol. 50 ). - s. 672-679 . - doi : 10.1073/pnas.50.4.672 . — PMID 14077496 .
  10. Aminosyrasekvenser i cytokrom c-proteiner från olika arter , anpassade från Strahler, Arthur; Science and Earth History, 1997. sid 348.
  11. Lurquin PF, Stone L., Cavalli-Sforza LL Gener, kultur och mänsklig evolution: en  syntes . - Oxford: Blackwell, 2007. - P. 79. - ISBN 1-4051-5089-0 .
  12. Ambler RP Sekvensvariabilitet i bakteriella cytokromer c  //  Biochimica et Biophysica Acta : journal. - 1991. - Maj ( vol. 1058 , nr 1 ). - S. 42-47 . - doi : 10.1016/S0005-2728(05)80266-X . — PMID 1646017 .