Цитохром c ( англ. cyt c ) — небольшой гем-содержащий белок, относится к классу цитохромов , содержит в структуре гем типа c . Выполняет в клетке две функции. С одной стороны, он является одноэлектронным переносчиком, свободно связанным с внутренней мембраной митохондрий , и необходимым компонентом дыхательной цепи . Он способен окисляться и восстанавливаться, но не связывает при этом кислород. С другой стороны, при определённых условиях он может отсоединяться от мембраны, переходить в раствор в межмембранном пространстве и активировать апоптоз . Такая двойственность связана со специфичными свойствами молекулы цитохрома c .

Строение и свойства

Цитохром c — небольшой белок с молекулярной массой 12 кДа . В отличие от других цитохромов , является хорошо растворимым белком (растворимость около 100 г/л ).

Цитохром c содержит в своей структуре гем типа c , который образует ковалентную связь через остатки цистеина (Cys-14 и Cys-17).

Биосинтез

У человека цитохром c кодируется ядерным геном CYCS .

Цитохром c синтезируется в виде неактивного предшественника — апоцитохрома . Его трансляция и котрансляционная модификация происходят в цитоплазме.

Для дальнейшего созревания апоцитохром и гем b (Fe-протопорфирин IX) должны транспортироваться в межмембранное пространство митохондрий .

Шапероны гема часто вовлечены в процесс доставки гема b в межмембранное пространство.

Импорт апоцитохрома через внешнюю мембрану отличается от обычного белкового транспорта в митохондрии. В этот процесс вовлечен белок холоцитохром-c-синтаза (HCCS, другое название гем-лиаза), который одновременно присоединяет гем к апоцитохрому. При этом цитохром принимает более компактную струкутуру и становится активным. Важно, что перед ковалентным присоединением железо гема должно быть восстановлено, а цистеины апоцитохрома - окислены. Окисление цистеинов с формированием дисульфидной связи осуществляет фермент тиол-дисульфид-оксидоредуктаза.

Биосинтез цитохрома отличается у разных организмов, и до сих пор нет общепринятой номенклатуры белков, принимающих участие в этом процессе.

Функции

Основная функция цитохрома c — перенос электронов между комплексами III ( кофермент Q — Cyt C редуктаза или Цитохром-bc1-комплекс ) и IV ( Цитохром c-оксидаза ) дыхательной цепи митохондрий . Кроме того, цитохром c вызывает апоптоз (запрограммированную клеточную гибель) при выходе из митохондрий в цитоплазму, служит для усиления сигнального пути апоптоза, а также имеет ряд неапоптотических функций.

Дыхание

Окислительное фосфорилирование — один из важнейших компонентов клеточного дыхания, который происходит на внутренней мембране митохондрий при участии пяти комплексов дыхательной цепи. Он заключается в последовательном переносе электронов между комплексами с субстрата на молекулу кислорода, сопряженном закачивании протонов в межмембранное пространство и синтезе АТФ за счет полученного потенциала протонов. Для этого процесса необходимы переносчики электронов, которые работают как челноки между дыхательными комплексами. Переносчики электронов могут быть жирорастворимыми, мембранными, или водорастворимыми, но связанными с мембраной. Цитохром c является водорастворимым, связанным с мембраной переносчиком электронов.

Цитохром c принимает один электрон от III комплекса. При этом он восстанавливает свою группу .

Далее восстановленный цитохром диффундирует по поверхности мембраны к IV комплексу. Этот комплекс является цитохром c-оксидазой , он принимает электрон у цитохрома и затем переносит накопленные электроны на молекулу O ₂ с образованием молекулы H ₂ O.

Суммарно процесс выглядит следующим образом: III комплекс катализирует перенос 2 электронов с убихинона на 2 молекулы цитохрома, при этом выкачивая 2 протона из матрикса; IV комплекс катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O ₂ , при этом выкачивая 4 протона из матрикса.

Апоптоз

Роль цитохрома c в апоптозе впервые была обнаружена в экспериментах, где добавление дезоксиаденозинтрифосфата к экстрактам цитозоля вызывало появление активности каспаз , причем без цитохрома активность не развивалась. Позже была показана связь каспазной активности с митохондриями и роль цитохрома как главного посредника. Оказалось, что даже микроинъекции цитохрома в клетки млекопитающих вызывают апоптоз.

Цитохром c принимает участие в развитии как внутреннего, так и внешнего апоптоза. Внутренний (intrinsic) апоптоз запускается повреждениями ДНК, метаболическим стрессом или присутствием неправильно свёрнутых белков. Ключевой этап в развитии внутреннего апоптоза — пермеабилизация внешней мембраны митохондрий. Внешний (extrinsic) апоптоз запускается при присоединении внеклеточного лиганда к мембранному рецептору клетки.

При активации апоптоза цитохром выходит из межмембранного пространства митохондрий в цитоплазму и связывается с фактором активации апоптотической протеазы (Apaf-1). В итоге выход цитохрома c в цитоплазму инициирует формирование апоптосомы .

Другие функции

Цитохром c способен катализировать гидроксилирование и окисление ароматических углеводородов.

Показана роль цитохрома как антиоксиданта . Он способен катализировать окисление супероксид-радикалов в молекулярный кислород.

Цитохром c катализирует амидирование жирных кислот. Это приводит к образованию важных физиологических регуляторов.

При измененной, частично развернутой конформации цитохром c проявляет пероксидазную активность и увеличивает окисление кардиолипина .

Представленность у разных видов

Цитохром c является консервативным белком, найденным у растений, животных и многих простейших. Это свойство, вместе с небольшим размером, делает цитохром c полезным для исследований в области кладистики.

Первичная структура цитохрома c представлена одной цепью из примерно 100 аминокислотных остатков. У многих высокоорганизованных организмов в цепи ровно 104 остатка. У млекопитающих первичная последовательность цитохрома c отличается лишь по нескольким остаткам. Например, последовательность цитохрома c человека идентична таковой шимпанзе, но отличается от лошади.

Классификация

В свою очередь, среди цитохромов c выделяют четыре класса (класс 1, класс 2, класс 3, класс 4), представители которых отличаются друг от друга белковой частью, числом гемов, лигандами в пятом и шестом координационных положениях железа в геме и, следовательно, обладают сильно отличающимися свойствами .

Примечания