SITOKROM C OKSIDAZ: YAPI, FONKSIYONLAR, INHIBITÖRLER - BIYOLOJI - 2025

Sitokrom c oksidazı , hücre membranın lipid çift katmanından çapraz enzimatik proteinlerin bir komplekstir. Hemo-çözünürdür ve esas olarak hem prokaryotik organizmalarda (bakteriler) hem de ökaryotlarda (tek hücreli ve çok hücreli) bulunan mitokondrinin iç zarı ile ilişkilidir.

Kompleks IV olarak da adlandırılan bu enzim, hücrenin şekerleri yaktığı ve adenozin trifosfat veya ATP'yi depolamak için salınan enerjinin bir kısmını yakaladığı elektron taşıma zincirinde gerekli olduğundan, organizmaların aerobik metabolik işlevlerinde hayati öneme sahiptir.

Sığır kalbindeki sitokrom c oksidazın kristal yapısında bulunan bir molekülün top ve çubuk modeli. Benjah-bmm27'den alınmış ve düzenlenmiştir.

Sitokrom adı "hücresel pigmentler" anlamına gelir. Bunlar elektron taşıyan kan proteinleridir. Sitokromlar, 1884 yılında İrlandalı hekim Charles Alexander MacMunn tarafından keşfedildi. MacMunn, bugün sitokrom 1 olarak adlandırılan solunum pigmentinin kandaki keşfine öncülük etti.

1920'lerde Rus entomolog ve parazitolog David Keilin, solunum pigmentlerini yeniden keşfetti ve karakterize etti ve bunlara sitokrom adını veren kişi oldu. MacMunn bunları 1884'te keşfetmiş olmasına rağmen, bilim camiası onu unutmuş ve hatta bazıları çalışmasını yanlış yorumlamıştı.

Genel özellikleri

Genel olarak, solunum pigmentleri karakteristik görünür ışık spektrumlarına sahiptir. Spektral absorpsiyon maksimumlarının dalga boylarına göre sınıflandırılan a, a3, b, c1 ve c olmak üzere 5 farklı sitokrom tipinin olduğu en az dört integral membran protein kompleksi olduğu bilinmektedir.

Genellikle mitokondrinin iç zarında bulunurlar. Bununla birlikte, ökaryotik ve prokaryotik organizmalarda endoplazmik retikulum ve kloroplastlarda da gözlenmiştir.

Demir (Fe) içeren hem protez grubunu sunarlar. Bilinen sitokromların her biri, solunum işleminde veya zincirinde elektronların taşınmasında çoklu enzim komplekslerinde görev yapar.

Sitokromlar, oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarına katılma işlevine sahiptir. Elektronları kabul ettikleri indirgeme reaksiyonları, her sitokrom türü için farklı şekilde meydana gelir ve değerleri, solunum zincirindeki elektronların akışıyla belirlenir.

-Sitokrom c

Dört sitokrom c sınıfı bilinmektedir ve bunlar aşağıdaki gibidir.

Sınıf I

Bu sınıf içinde, bakteri ve mitokondride bulunan çözünür düşük spin sitokromları c (lowspin) vardır. Oktahedraller. Hem bağlanma bölgesi, histidinin N terminalindedir ve altıncı ligand, C terminalinde bir metiyonin tortusu tarafından sağlanır.

Bu sınıftan, üç boyutlu yapısı belirlenmiş birkaç alt sınıf bile tanınabilir.

Sınıf II

Bu sınıfta yüksek spinli sitokrom c ve bazı düşük spinli sitokromlar bulunur. Yüksek dönüşe sahip olanlar, C terminaline yakın bağlanma bölgesine sahiptir ve düşük dönüşlülerde altıncı ligand, N ucuna yakın bir metiyonin kalıntısı (İngilizce'de N terminali) gibi görünür. Beşinci ligand histidin ile beş koordine edilirler.

Sınıf III

Bu sınıf, sitokromların c birden fazla heme (c3 ve c7) ve düşük bir oksidasyon azaltma potansiyeli ile hem grubu başına yalnızca 30 amino asit kalıntısı ile sunulmasıyla karakterize edilir. Bu sınıfın temsilcilerinde, hem k grupları, farklı redoks potansiyelleri sunmanın yanı sıra, eşdeğer olmayan yapı ve işlevlere sahiptir. Oktahedraller.

Sınıf IV

Bazı yazarlara göre, bu sınıf yalnızca diğer protez gruplarının sunduğu kompleks proteinleri ve diğerlerinin yanı sıra heme c veya flavositokrom c'yi içerecek şekilde oluşturulmuştur.

Sitokrom c oksidaz veya Kompleks IV

Sitokrom c oksidaz, hücresel solunumda elektron taşınmasının son aşamasını gerçekleştiren mitokondriyal bir enzimdir. Bu enzim, elektronların indirgenmiş sitokrom c'den oksijene taşınmasını katalize eder.

Siyanür, karbondioksit ve azid gibi bazı kimyasal bileşikler, bu enzimin işlevini engelleyerek hücresel kimyasal asfiksiye neden olabilir. IV kompleksinin diğer inhibisyon biçimleri genetik mutasyonlardır.

Evrimsel bir bakış açısından, sitokrom c oksidaz yalnızca aerobik organizmalarda bulunur ve birkaç bilim adamı grubu, bu proteinin varlığının bitkilerin, mantarların ve ayrıca hayvanların ortak bir atayı paylaştığı evrimsel ilişkilere işaret ettiğini öne sürüyor.

yapı

Sitokrom c oksidaz, mitokondrinin iç zarında iki benzer monomerden oluşan homodimerik bir kompleks oluşturur. Enzim kompleksi, prokaryotik organizmalarda 3 ila 4 alt birimden ve memeliler gibi organizmalarda maksimum 13 (bazıları 14'ü önerir) polipeptidden oluşur.

Bu organizmalarda 3 polipeptid mitokondriyal kökenlidir ve geri kalanı çekirdekten kaynaklanır. Her bir monomer, hidrofilik alanları membran matrisine ve zarlar arası boşluğa ayıran 28 transmembran sarmalına sahiptir.

Oksidasyon / indirgeme reaksiyonlarını katalize eden tüm enzimlerde moleküler oksijen (oksidazlar, özellikle hem-bakır) kullanarak bulunan tek bir katalitik birime sahiptir. Kompleks, alt birim I ve iki bakır merkez tarafından bağlanan sitokrom a ve a3'ü içerir.

Çevreleyen protein yapısına bir veya daha fazla (genellikle iki) tiyoeter bağı ile bağlanan bir veya daha fazla hem k grubuna sahiptir. Diğer yazarlar, porfirin halkası ve iki sistein kalıntısı arasında proteine ​​kovalent olarak bağlı tek bir hem C grubu olduğunu öne sürmektedir.

Yukarıda bahsedilen tek heme c grubu, hidrofobik kalıntılarla çevrilidir ve histidin polipeptit zincirinin 18. pozisyonunda ve metiyonin pozisyon 80'de olacak şekilde hekzakoordinedir.

Sitokrom c oksidaz alt birimi F. Alınmış ve düzenlenmiştir: Jawahar Swaminathan ve Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü MSD personeli

Özellikleri

Sitokrom c oksidazlar, aşağıda göreceğimiz üç ana fizyolojik mekanizmanın baş kahramanlarıdır.

Apoptoz veya programlanmış hücre ölümü

Apoptoz, organizmanın kendisinin neden olduğu ve amacı büyümeyi, gelişmeyi, hasarlı dokuların ortadan kaldırılmasını ve bağışıklık sisteminin düzenlenmesini kontrol etmek olan programlanmış hücre yıkımı veya ölümüdür. Bu fizyolojik süreçte, sitokrom c oksidaz bir ara ürün olarak katılır.

Mitokondri tarafından salınan bu protein, kalsiyumun salgılanmasına veya salınmasına neden olan endoplazmik retikulum ile etkileşime yol açar. Kalsiyumdaki aşamalı artış, sitotoksik kalsiyum seviyelerine ulaşılana kadar büyük bir sitokrom c oksidaz salınımını tetikler.

Sitotoksik kalsiyum seviyeleri ve sitokromların c salınımı, hücrelerin yok edilmesinden sorumlu olan birkaç kaspaz enziminin kademeli aktivasyonuna neden olur.

Hücre veya doku yenilenmesi

Çeşitli çalışmalar, sitokrom c oksidazın 670 nanometrelik dalga boylarına maruz kaldığında, hasarlı veya yaralı dokuya nüfuz eden ve hücre yenilenme hızını artıran fonksiyonel bir komplekse katıldığını göstermektedir.

Enerji metabolizması

Bu, sitokrom c oksidazın belki de en iyi bilinen ve en alakalı işlevidir. Elektronların sitokrom c'den toplanıp oksijen molekülüne aktarılmasından ve onu iki su molekülüne indirgemekten sorumlu olan tam olarak oksidaz kompleksidir (solunum zincirinin).

Bu işleme bağlı olarak, zardan bir proton translokasyonu meydana gelir ve bu da ATP sentetaz kompleksinin ATP'yi (adenozin trifosfat) üretmek veya sentezlemek için kullandığı bir elektrokimyasal gradyanın üretilmesine neden olur.

İnhibitörleri

Sitokrom c oksidaz, çeşitli kimyasal bileşikler ve işlemlerle inhibe edilir. Oluşma şekli, enzimin üretimini veya etkisini düzenlemenin doğal bir yolu olarak ortaya çıkabilir veya zehirlenme nedeniyle kazara meydana gelebilir.

Azit, siyanür veya karbon monoksit varlığında sitokrom c oksidaz bunlara bağlanır ve protein kompleksinin işleyişi inhibe edilir. Bu, hücresel solunum sürecinde bir bozulmaya neden olur ve böylece hücrelerin kimyasal boğulmasına neden olur.

Nitrik oksit, hidrojen sülfür, metanol ve bazı metillenmiş alkoller gibi diğer bileşikler de sitokrom c oksidazın inhibisyonuna neden olur.

Eksiklik

Sitokrom c oksidaz, hem çekirdekte hem de mitokondride genler tarafından kontrol edilen bir enzimdir. Sitokrom c oksidaz eksikliğine yol açabilecek genetik değişiklikler veya mutasyonlar vardır.

Bu mutasyonlar, enzimatik yapısını değiştirerek, embriyonik gelişim sırasında (insan çalışmalarına göre) metabolik bozuklukları da beraberinde getirerek enzimin işlevselliğini bozar ve daha sonra organizmayı yaşamının ilk yıllarında etkileyecektir.

Sitokrom c oksidaz eksikliği, kalp, karaciğer, beyin ve kaslar gibi yüksek enerji ihtiyacı olan dokuları etkiler. Bu mutasyonların semptomları, iki yıllık yaşamdan önce yansıtılır ve güçlü veya hafif koşullar olarak ortaya çıkabilir.

İlk yaşından sonra bile hafif semptomlar görülebilir ve bunlara sahip kişilerde genellikle sadece kas gerginliği (hipotoni) ve kas atrofisi (miyopati) azalır.

Öte yandan, daha güçlü semptomları olan kişilerde kas atrofisi ve ensefalomiyopati olabilir. Sitokrom c oksidaz yokluğunun neden olduğu diğer durumlar, hipertrofik kardiyomiyopati, karaciğerin patolojik genişlemesi, Leigh sendromu ve laktik asidozdur.

Filogenide kullanır

Filogeni, organizmaların kökeni, oluşumu ve evrimsel gelişiminin ata-soyundan gelen bakış açısıyla yapılan çalışmalardan sorumlu olan bilimdir. Son yıllarda, moleküler analiz ile filogeni çalışmaları gittikçe daha sık hale geldi, çok fazla bilgi sağladı ve taksonomik problemleri çözdü.

Bu anlamda, bazı filogenetik çalışmalar, sitokrom c oksidazların kullanımının evrimsel ilişkiler kurmaya yardımcı olabileceğini göstermektedir. Bunun nedeni, bu protein kompleksinin yüksek oranda korunmuş olması ve tek hücreli protistlerden büyük omurgalılara kadar çok çeşitli organizmalarda mevcut olmasıdır.

Bunun örnekleri, insanlar, şempanzeler (Pan paniscus) ve Rhesus makakları (Macaca mulatta) ile yapılan testlerdir. Bu tür testler, insan ve şempanze sitokrom c oksidaz moleküllerinin aynı olduğunu ortaya çıkardı.

Aynı zamanda, Rhesus makakının sitokrom c oksidaz moleküllerinin ilk ikisinden bir amino asit kadar farklı olduğunu gösterdi ve sonuç olarak şempanzeler ve insanlar arasındaki atadan-soyundan gelen ilişkileri yeniden teyit etti.

Referanslar

1. RP Ambler (1991). Bakteriyel sitokromlarda dizi değişkenliği c. Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Bioenergetics.
2. Sitokrom c. Newworldencyclopedia.org'dan kurtarıldı.
3. V. Colman, E. Costa, R. Chaves, V. Tórtora (2015). Sitokrom c'nin biyolojik rolleri: mitokondriyal elektron taşınması, programlanmış hücre ölümü ve peroksit aktivitesinde kazanç. Tıp Fakültesi Annals.
4. Sitokrom c oksidaz alt birimi I. ebi.ac.uk'tan kurtarıldı.
5. L. Youfen, P. Jeong-Soon, D. Jian-Hong & B. Yidong (2007). Sitokrom c Oksidaz Alt Birimi IV, Enzim Kompleksinin Montajı ve Solunum Fonksiyonu için Gereklidir. Biyoenerjetik ve Biyomembranlar Dergisi.
6. Gen grubu: Mitokondriyal kompleks IV: sitokrom c oksidaz alt birimleri (COX, MT-CO). Genenames.org'dan kurtarıldı.
7. EF Hartree (1973). Sitokromun keşfi. Biyokimyasal Eğitim.
8. Sitokrom c oksidaz, eksikliği…. İvami.com'dan kurtarıldı.
9. CK Mathews, KE van Holde & KG Ahern (2002). Biochemestry. 3. baskı. Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc.