Цитохром ц оксидаза

Ензим цитохром ц оксидаза или Комплекс IV (PDB: 2ОЦЦ, ЕЦ 1.9.3.1) је велики трансмембрански протеински комплекс нађен код бактерија и митохондрија.

Он је задњи ензим у респираторном ланцу пренос електрона митохондрија (или бактерија). Он је лоциран на мембрани митохондрија (или бактерија). Овај ензим прима електрон од сваког од четири цитохром ц молекула, и преноси из на молекул кисеоника, конвертујући молекуларни кисеоник у два молекула воде. У том процесу, он везује четири протона из унутрашње водене фазе, и преноси их кроз мембрану, чиме помаже успостављању трансмембранске разлике протонског електрохемијаког потенцијала, који АТП синтаза затим користи за АТП синтезу.

Структура

Подјединице I и II Комплекса IV, 2ЕИК

Комплекс великог интегралног мембранског протеина који се код сисара састоји од неколико металних простетичких места и 13 протеинских подјединица. Десет подјединца потичу из једра, а три су синтетисане у митохондрији. Комплекс садржи две хем групе, цитохром и цитохром а₃, и два бакарна центра, Cu_А и Cu_Б^[1]. Заправо, цитохром а₃ и Cu_B формирају бинуклеарни центар који је место редукције кисеоника. Цитохром ц, редукован претходном компонентом респираторног ланца (цитохром bc1 комплекс, комплекс III) се налази близо Cu_А бинуклеарног центера и преноси електрон на њега, што доводи до оксидације цитохрома ц који садржи Fe³⁺. Редуковани Cu_А центер затим преноси електрон на цитохром а, који га даље преноси на цитохром а₃- Cu_Б центар. Два метална јона овог центра су на размаку од 4.5 Å и они координирају хидроксилни јон у пуно оксидованом стању.

Криталографске студије цитохром ц оксидазе су показале необичну постранскрипциону модификацију, којом су везани C6 из Tyr(244) и ε-N из His(240) (нумерисано по говеђем ензиму). То има виталну улогу у оспособљавању цитохром а₃- Cu_Б бинуклеарног центра да прихвати четири електрона у процесу редукције молекула кисеоника до воде. За механизам редукције се раније сматрало до обухвата пероксидног посредника, за који се веровало да доводи до продукције супероксида. Међутим, тренутно прихваћени механизам се састоји од брзе редукције четири електрона директним отварањем кисеоник-кисеоник везе, без интермедијара који би могли да формирају супероксид^[2].

Конструкција ензима

Сматра се да је место формирања близо ТОМ/ТИМ протеина, где су интермедијари комплекса доступни да вежу подјединице унесене из цитосола. Хем групе и кофактори се умећу у подјединице. Неке од компоненти комплекса IV могу да формирају интермедијарне под-комплексе који се касније везују за додатне протеине и формирају COX комплекс. Током даљих модификација након склапања, ензим се димеризује, што је неопходно за формирање активног/ефикасног ензима. Димери су спојени молекулом кардиолипина.^[3]^[4]

Биохемија

Свеукупна реакција:

4 Fe²⁺-цитохром ц + 8 H⁺_ин + О₂ → 4 Fe³⁺-цитохром ц + 2 H₂О + 4 H⁺_оут

Два електрона се преносе са два цитохрома ц, кроз Cu_А и цитохром а места до цитохром а₃- Cu_Б бинуклеарног центра, редукујући метале до Fe⁺² и Cu⁺¹. Хидроксидни лиганд се протонује и губи воду, стварајући празнину између метала која се попуњава са О₂. Кисеоник се брзо редукује, са два електрона која долазе са Fe⁺² цитохрома а₃, који се конвертује у ферил оксо форму (Fe⁺⁴=O). Атом кисеоника близо Cu_B преузима један електрон од Cu⁺¹, а други електрон и протон са хидроксила са Tyr(244), који постаје тирозилни радикал: други кисеоник се конвертује у хидроксидни јон преузимањем два електрона и протона. Трећи електрон који настаје из још једног цитохрома ц пролази кроз прва два носача електрона до цитохром а₃- Cu_B бинуклеарног центра, и овај електрон и два протона конвертују тирозилни радикал назад у Tyr, и хидроксил везан за Cu_B⁺² до молекула воде. Четврти електрон из још једног цитохрома ц пролази кроз Cu_A и цитохром а до цитохром а₃- Cu_B бинуклеарног центра, редукујући Fe⁺⁴=O у Fe⁺³, притом атом кисеоника симултано преузима протон, регенеришући овај кисеоник као хидроксилни јон координиран у средини цитохром а₃- Cu_B центра, као што је био на почетку овог циклуса. Нет процес је да се четири редукована цитохрома ц користе, заједно са 4 протона, да редукују О₂ до два молекула воде.

Инхибитори

Цијанид, сулфид, азид, и угљен-моноксид^[5] се сви везују за цитохром ц оксидазу, и компетитивно инхибирају протеин, што доводи до хемијске асфиксије ћелија. Метанол у метилисаним алкохолима се конвертује у мрављу киселину која такође инхибира неке оксидазне системе.

Генетички дефекти и поремећаји

Генетичке мутације са импактом на функционалност или структуру цитохром ц оксидазе (COX) могу да доведу до озбиљних, често фаталних метаболичких поремећаја. Такви поремећаји се обично манифестују у раном детињству и предоминантно утичу на ткива са високим енергијким захтевима (мозак, срце, мишићи). Међу многим класификованим митохондријалним поремећајима, они који су последица не функционалног COX ензима су најозбиљнији.^[6]

Додатне слике

ETC
Комплекс IV

Види још

Референце

^ Тсукихара, Т.; Аоyама, Х.; Yамасхита, Е.; Томизаки, Т.; Yамагуцхи, Х.; Схинзаwа-Итох К.; Накасхима, Р.; Yаоно, Р.; Yосхикаwа, С. (1995). „Струцтурес оф Метал Ситес оф Оxидизед Бовине Хеарт Цyтоцхроме ц Оxидасе ат 2.8 Å”. Сциенце. 269: 1069—1074. ПМИД 7652554. дои:10.1126/сциенце.7652554.
^ Доналд Воет; Јудитх Г. Воет (2005). Биоцхемистрy (3 изд.). Wилеy. стр. 818—820. ИСБН 9780471193500.
^ Кхалимонцхук, О.; Рöдел, Г. (2005). „Биогенесис оф Цyтоцхроме ц Оxидасе”. Митоцхондрион. 5 (6): 363—383. ПМИД 16199211. дои:10.1016/ј.мито.2005.08.002.
^ Фонтанеси, Ф.; Сото, I.; Хорн, D.; Барриентос, А. (2006). „Ассемблy оф митоцхондриал цyтоцхроме ц-оxидасе, а цомплицатед анд хигхлy регулатед целлулар процесс”. Ам. Ј. Пхyсиол. Целл Пхyсиол. 294 (6): Ц1129—Ц1147. ПМИД 16760263. дои:10.1152/ајпцелл.00233.2006.
^ Алонсо Ј, Царделлацх Ф, Лóпез С, Цасадемонт Ј, Мирó О (2003). „Царбон Моноxиде Специфицаллy Инхибитс Цyтоцхроме C Оxидасе оф Хуман Митоцхондриал Респираторy Цхаин”. Пхармацол. Тоxицол. 93 (3): 142—6. ПМИД 12969439. дои:10.1034/ј.1600-0773.2003.930306.x. ^{[мртва веза]}
^ Пецина, П.; Хоусткова, Х.; Хансикова, Х.; Земан, Ј.; Хоустек, Ј. (2004). „Генетиц Дефецтс оф Цyтоцхроме ц Оxидасе Ассемблy” (ПДФ). Пхyсиол. Рес. 53 (Суппл. 1): С213—С223. ПМИД 15119951.

Литература

Ницхолас C. Прице; Леwис Стевенс (1999). Фундаменталс оф Ензyмологy: Тхе Целл анд Молецулар Биологy оф Цаталyтиц Протеинс (Тхирд изд.). УСА: Оxфорд Университy Пресс. ИСБН 019850229X.
Ериц Ј. Тооне (2006). Адванцес ин Ензyмологy анд Релатед Ареас оф Молецулар Биологy, Протеин Еволутион (Волуме 75 изд.). Wилеy-Интерсциенце. ИСБН 0471205036.
Бранден C; Тоозе Ј. Интродуцтион то Протеин Струцтуре. Неw Yорк, НY: Гарланд Публисхинг. ИСБН 0-8153-2305-0.
Ирwин Х. Сегел. Ензyме Кинетицс: Бехавиор анд Аналyсис оф Рапид Еqуилибриум анд Стеадy-Стате Ензyме Сyстемс (Боок 44 изд.). Wилеy Цлассицс Либрарy. ИСБН 0471303097.

Спољашње везе

Цитохром Оксидаза
Интерактивни молекуларно модел цитохром ц оксидазе
UMich оријентација протеина у мембранама фамилиес/суперфамилy-4
Цyтоцхроме-ц+Оxидасе на US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

[1] Тсукихара, Т.; Аоyама, Х.; Yамасхита, Е.; Томизаки, Т.; Yамагуцхи, Х.; Схинзаwа-Итох К.; Накасхима, Р.; Yаоно, Р.; Yосхикаwа, С. (1995). „Струцтурес оф Метал Ситес оф Оxидизед Бовине Хеарт Цyтоцхроме ц Оxидасе ат 2.8 Å”. Сциенце. 269: 1069—1074. ПМИД 7652554. дои:10.1126/сциенце.7652554.

[2] Доналд Воет; Јудитх Г. Воет (2005). Биоцхемистрy (3 изд.). Wилеy. стр. 818—820. ИСБН 9780471193500.

[3] Кхалимонцхук, О.; Рöдел, Г. (2005). „Биогенесис оф Цyтоцхроме ц Оxидасе”. Митоцхондрион. 5 (6): 363—383. ПМИД 16199211. дои:10.1016/ј.мито.2005.08.002.

[4] Фонтанеси, Ф.; Сото, I.; Хорн, D.; Барриентос, А. (2006). „Ассемблy оф митоцхондриал цyтоцхроме ц-оxидасе, а цомплицатед анд хигхлy регулатед целлулар процесс”. Ам. Ј. Пхyсиол. Целл Пхyсиол. 294 (6): Ц1129—Ц1147. ПМИД 16760263. дои:10.1152/ајпцелл.00233.2006.

[5] Алонсо Ј, Царделлацх Ф, Лóпез С, Цасадемонт Ј, Мирó О (2003). „Царбон Моноxиде Специфицаллy Инхибитс Цyтоцхроме C Оxидасе оф Хуман Митоцхондриал Респираторy Цхаин”. Пхармацол. Тоxицол. 93 (3): 142—6. ПМИД 12969439. дои:10.1034/ј.1600-0773.2003.930306.x. ^{[мртва веза]}

[6] Пецина, П.; Хоусткова, Х.; Хансикова, Х.; Земан, Ј.; Хоустек, Ј. (2004). „Генетиц Дефецтс оф Цyтоцхроме ц Оxидасе Ассемблy” (ПДФ). Пхyсиол. Рес. 53 (Суппл. 1): С213—С223. ПМИД 15119951.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]