Cytochrom c oxidáza

Struktura cytochrom c oxidázy v membráně; intermembránový prostor je nahoře, mitochondriální matrix dole
(c) Neveu,Curtis / C31004, CC BY-SA 3.0
Podjednotka I a II cytochrom c oxidázy

Cytochrom c oxidáza (též komplex IV nebo cytochrom aa3 komplex, EC 7.1.1.9, před zavedením 7. třídy enzymů - translokas v roce 2018 EC 1.9.3.1), zkratka COX[pozn. 1] či CcO, je enzymatický membránový komplex, který oxiduje cytochrom c a energii využívá k tvorbě protonového gradientu napříč membránou. Představuje poslední, ale velmi významný článek tzv. dýchacího řetězce. V průběhu reakce dochází k redukci molekulárního kyslíku (O2) na vodu[1][2] a to je hlavní důvod, proč musí většina organizmů neustále přijímat (dýchat) kyslík.[3][4]

Cytochrom c oxidázy se řadí do rodiny „terminálních oxidáz“ obsahujících hem a měďnaté ionty jako prostetické skupiny.[1] Vyskytují se už u bakterií, ty však mají často hned několik cytochrom c oxidáz a mimo to mnohdy i jiné terminální oxidázy (jež např. oxidují různé chinoly nebo FeS proteiny). Cytochrom c oxidázy jsou prastaré a pravděpodobně se vyskytovaly již u jednoduchých prokaryotických organizmů před dvěma miliardami let.[1] U prokaryot se nachází na cytoplazmatické membráně, eukaryotické cytochrom c oxidázy (včetně lidských) se lokalizují do vnitřní membrány mitochondrií.

Struktura

Jedná se o multipodjednotkový komplex, který má u eukaryot velikost cca 400 kDa (rel. mol. hmotnost 400 000).[5] Skládá se z 8–13 podjednotek, přičemž tři největší a nejhydrofobnější (I, II a III) jsou kódovány přímo v mitochondriální DNA, zbytek proteinů je transportován z cytosolu. Celkem komplex překračuje membránu 28×. Navíc se však v membráně cyt c oxidázy spojují do dvojic (dimerů).[5] Důležitou složkou komplexu IV jsou prostetické skupiny, které slouží jako redoxní centra: dva hemy a (a, a3) a dvě měďnatá centra (CuA a CuB).[5]

Funkce

Reakce

Cesty protonů a elektronů skrz komplex IV

Reakce katalyzovaná cytochrom c oxidázou se dá souhrnně zapsat následujícím způsobem:[5]

4cytochrom c2+ + 4H+ + O2 → 4cytochrom c3+ + 2H2O

 

 

 

 

Enzym však navíc transportuje čtyři protony přes membránu, rovnice by proto mohla vypadat i takto:[5]

4cytochrom c2+ + 8H+uvnitř + O2 → 4cytochrom c3+ + 2H2O + 4H+venku

 

 

 

 

Na každý oxidovaný cytochrom c tedy dochází k zabudování jednoho protonu do molekuly vody a k přečerpání jednoho protonu z matrix do mezimembránového prostoru.[5] Ve skutečnosti je však mechanismus samozřejmě mnohem složitější, než se dá vystihnout pomocí chemické rovnice. V enzymu spolupracují různé proteinové podjednotky a prostetické skupiny, v rámci kterých dochází k transportu elektronů až na terminální akceptor, kyslík.

Transportní cesty

Cytochrom c se váže na vnější straně membrány (v mezimembránovém prostoru mitochondrie). Následně dochází k předání elektronu z cytochromu c na CuA centrum. Z CuA centra se elektron dostává asi 20 Å na hem a. Z tohoto hemu se elektron posouvá na hem a3. Těsně u hemu a3 se nachází CuB centrum, takže přenos z hemu a3 na CuB je velmi rychlý. Transportovány nejsou jen elektrony, ale také protony (H+), jejichž přenos do intermembránového prostoru vede ke vzniku protonového gradientu. Nalezeny byly hned dvě cesty, jimiž protony prochází: K-cesta a D-cesta, pojmenované podle důležitých aminokyselinových zbytků, které se transportu účastní (K - lysin, D - aspartát).[1]

Mechanismus

To nejdůležitější z celého enzymatického mechanismu se odehrává v oblasti kolem hemu a3 a CuB centrem. Zde se musí v jednu chvíli shromáždit čtyři elektrony, které doputovaly skrz prostetické skupiny až sem. Z toho tři elektrony jsou v držení hem a – CuB centra, poslední elektron je pravděpodobně poskytován OH skupinou jednoho z tyrosinů. Složitou COX reakci objasnili Mårten Wikström a Gerald Babcock. Vstupuje do ní v různých fázích především kyslík, elektrony a protony a vzniká voda. Každou sekundu může celá COX reakce proběhnout i 100–200×.[5]

Inhibice

Komplex IV je kompetitivně inhibován zejména různými malými molekulami, jako je kyanid (CN−), sirovodík (H2S) či oxid uhelnatý (CO).[6]

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ Neplést s cyklooxygenázou, která se také zkracuje „COX“.

Reference

  1. ↑ a b c d MICHEL, Hartmut. Respiratory Chain Complex IV. In: Lennarz,W.J., Lane, M.D. Encyclopedia of Biological Chemistry , Four-Volume Set, 1-4. [s.l.]: [s.n.]
  2. ↑ Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology; revised edition. Příprava vydání R. Cammack et al. New York: Oxford university press, 2006. ISBN 0-19-852917-1. 
  3. ↑ FERGUSON-MILLER, S.; HISER, C.; LIU, J. Gating and regulation of the cytochrome c oxidase proton pump. Biochim Biophys Acta. 2011. Dostupné online. ISSN 0006-3002. 
  4. ↑ Breathing [online]. Center for Quantitative Fisheries Ecology [cit. 2012-01-13]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2010-06-04. 
  5. ↑ a b c d e f g VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemistry. 4. vyd. [s.l.]: John Wiley & Sons, 1990. Dostupné online. ISBN 978-0470-57095-1. 
  6. ↑ MURRAY, Robert K., Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell. Harper's Illustrated Biochemistry. 26. vyd. [s.l.]: Lange Medical Books/McGraw-Hill; Medical Publishing Division, 2003. ISBN 0-07-138901-6. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Cmplx4.PNG
(c) Neveu,Curtis / C31004, CC BY-SA 3.0
PDB 2eik, fully reduced
Complex IV.svg
Schematic diagram of electron transport in complex IV (cytochrome c oxidase) of the mitochondrial electron transport chain.