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 .
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).
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]
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]
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.
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 .
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]
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]
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] .