Citocromul c ( ing. cyt c ) este o proteină mică care conține hem, aparține clasei de citocromi , conține hem de tip c în structură . Îndeplinește două funcții în celulă. Pe de o parte, este un purtător cu un electron legat lejer de membrana interioară mitocondrială și o componentă necesară a lanțului respirator . Poate fi oxidat și redus, dar nu leagă oxigenul. Pe de altă parte, în anumite condiții, se poate desprinde de membrană, poate intra în soluție în spațiul intermembranar și poate activa apoptoza . Această dualitate este asociată cu proprietățile specifice ale moleculei de citocrom c .
Citocromul c este o proteină mică cu o greutate moleculară de 12 kDa . Spre deosebire de alți citocromi , este o proteină foarte solubilă (solubilitatea este de aproximativ 100 g/l ).
Citocromul c conține un hem de tip c în structura sa , care formează o legătură covalentă prin reziduurile de cisteină (Cys-14 și Cys-17).
La om, citocromul c este codificat de gena nucleară CYCS [2] .
Citocromul c este sintetizat ca un precursor inactiv, apocitocromul . Translația și modificarea co - translațională au loc în citoplasmă.
Pentru o maturare ulterioară, apocitocromul și hemul b (Fe-protoporfirina IX) trebuie transportate în spațiul intermembranar mitocondrial .
Însoțitorii hem sunt adesea implicați în livrarea hemului b în spațiul intermembranar. [3]
Importul de apocitocrom prin membrana exterioară diferă de transportul normal de proteine în mitocondrii. Acest proces implică proteina holocitocrom-c-sintaza (HCCS, un alt nume pentru hem-liaza), care atașează simultan hemul de apocitocrom. În același timp, citocromul capătă o structură mai compactă și devine activ. Este important ca înainte de atașarea covalentă, fierul hem să fie redus și cisteinele apocitocrom să fie oxidate. Oxidarea cisteinelor cu formarea unei legături disulfură este efectuată de enzima tiol-disulfură oxidoreductază. [3]
Biosinteza citocromului diferă în diferite organisme și încă nu există o nomenclatură general acceptată a proteinelor implicate în acest proces. [3]
Funcția principală a citocromului c este transferul de electroni între complexele III ( coenzima Q -Cyt C reductază sau citocrom-bc1-complex ) și IV ( citocrom c-oxidază ) ale lanțului respirator mitocondrial . În plus, citocromul c induce apoptoza (moartea celulară programată) la ieșirea din mitocondrii în citoplasmă, servește la îmbunătățirea căii de semnalizare a apoptozei și are, de asemenea, o serie de funcții non-apoptotice. [patru]
Fosforilarea oxidativă este una dintre cele mai importante componente ale respirației celulare, care are loc pe membrana interioară a mitocondriilor cu participarea a cinci complexe ale lanțului respirator. Constă în transferul succesiv de electroni între complexe de la substrat la molecula de oxigen, pomparea conjugată a protonilor în spațiul intermembranar și sinteza ATP datorită potențialului de protoni rezultat. Acest proces necesită purtători de electroni care funcționează ca navete între complexele respiratorii. Purtătorii de electroni pot fi solubili în lipide, legați de membrană sau solubili în apă, dar legați de membrană. Citocromul c este un purtător de electroni solubil în apă, legat de membrană.
Citocromul c acceptă un electron din complexul III. Procedând astfel, își restabilește grupul hem .
În plus, citocromul redus difuzează pe suprafața membranei la complexul IV. Acest complex este citocrom c-oxidaza , acceptă un electron din citocrom și apoi transferă electronii acumulați în molecula de O 2 pentru a forma molecula de H 2 O.
În rezumat, procesul este următorul: complexul III catalizează transferul a 2 electroni de la ubichinonă la 2 molecule de citocrom, pompând 2 protoni din matrice; Complexul IV catalizează transferul a 4 electroni de la 4 molecule de citocrom la O 2 , pompând 4 protoni din matrice.
Rolul citocromului c în apoptoză a fost descoperit pentru prima dată în experimente în care adăugarea de deoxiadenozin trifosfat la extractele de citosol a provocat apariția activității caspazei , iar activitatea nu s-a dezvoltat fără citocrom. [5] Ulterior, s-a demonstrat legătura activității caspazei cu mitocondriile și rolul citocromului ca mediator principal. S-a dovedit că chiar și microinjecțiile de citocrom în celulele de mamifere provoacă apoptoză. [6]
Citocromul c este implicat în dezvoltarea apoptozei interne și externe. Apoptoza intrinsecă este declanșată de deteriorarea ADN-ului, stresul metabolic sau prezența proteinelor pliate greșit. Pasul cheie în dezvoltarea apoptozei interne este permeabilizarea membranei mitocondriale exterioare. Apoptoza externă (extrinsecă) este declanșată de atașarea unui ligand extracelular la un receptor al membranei celulare.
La activarea apoptozei, citocromul părăsește spațiul intermembranar al mitocondriilor în citoplasmă și se leagă de factorul de activare a proteazei apoptotice (Apaf-1). Ca rezultat, eliberarea citocromului c în citoplasmă inițiază formarea apoptozomului .
Citocromul c este capabil să catalizeze hidroxilarea și oxidarea hidrocarburilor aromatice.
Este demonstrat rolul citocromului ca antioxidant . Este capabil să catalizeze oxidarea radicalilor superoxid în oxigen molecular. [7]
Citocromul c catalizează amidarea acizilor grași. Acest lucru duce la formarea unor regulatori fiziologici importanți. [opt]
Cu o conformație alterată, parțial desfășurată, citocromul c prezintă activitate peroxidază și crește oxidarea cardiolipinei . [9]
Citocromul c este o proteină conservată găsită în plante, animale și mulți protiști. Această proprietate, împreună cu dimensiunea sa mică, face citocromul c util pentru cercetarea cladistică. [zece]
Structura primară a citocromului c este reprezentată de un singur lanț de aproximativ 100 de resturi de aminoacizi. Multe organisme foarte organizate au exact 104 reziduuri în lanț. [11] La mamifere, secvența primară a citocromului c diferă doar în câteva reziduuri. De exemplu, secvența citocromului c uman este identică cu cea a cimpanzeului, dar diferită de cal. [12]
La rândul lor, între citocromii c se disting patru clase (clasa 1, clasa 2, clasa 3, clasa 4), ai căror reprezentanți diferă unul de celălalt în partea proteică, numărul de hemi, liganzi în pozițiile a cincea și a șasea de coordonare. de fier în hem și, prin urmare, au proprietăți foarte diferite [13] .