Estrutura tridimensional do citocromo c (verde) cunha molécula de hemo (gris) que coordina un átomo central de ferro (laranxa).
O citocromo c (cyt c) é unha pequena hemoproteína que se encontra feblemente asociada coa membrana mitocondrial interna. Pertence á familia do citocormo c de proteínas. O citocromo c é unha proteína moi soluble, o que a diferenza doutros citocromos, xa que ten unha solubilidade duns 100 g/L. É un compoñente esencial da cadea de transporte de electróns, na cal transporta un electrón. Pode sufrir oxidación ou redución ao transferir electróns, pero non se une ao oxíxeno. Transfire electróns entre os Complexos III (coencima Q-citocromo c redutase) e IV (citocromo c oxidase) da cadea respiratoria. Nos humanos, o citocromo c está codificado polo xeneCYCS do cromosoma 7.[1][2][3]
Función
O citocromo c é un compoñente da cadea de transporte de electróns mitocondrial. O grupo hemo do citocromo c acepta electróns do complexo do citocromo bc1 e transfíreos ao complexo da citocromo c oxidase. O citocromo c está tamén implicado no inicio da apoptose. Despois de que se libera o ctocromo c no citoplasma, a proteína únese a proteases apoptóticas activando o factor-1 (Apaf-1).[1]
O citocromo c pode catalizar varias reaccións como a hidroxilación e a oxidación aromática, e ten actividade de peroxidase por oxidación de varios doantes de electróns como 2,2-azino-bis(ácido 3-etilbenztiazolina-6-sulfónico) (ABTS), ácido 2-ceto-4-tiometil butírico e 4-aminoantipirina.
Distribución entre as especies
O citocromo c é unha proteína moi conservada entre un amplo conxunto de especies, que se encontra en plantas, animais, e moitos organismos unicelulares. Isto, xunto co seu pequeno tamaño (peso molecular de aproximadamente 12.000 daltons),[4] fai que sexa moi útil nos estudos filoxenéticoscladísticos.[5] A súa estruitura primaria consiste nunha cadea duns 100 aminoácidos. En moitos organismos superiores presenta unha cadea de 104 aminoácidos.[6] A súa secuencia de aminoácidos está moi conservada en mamíferos, nos que difire só nuns poucos residuos. Por exemplo, as secuencias dos citocromos c humanos e de chimpancés son idénticas, pero difiren máis comparadas coas do cabalo.[7]
Clases
En 1991 R. P. Ambler recoñecía catro clases de citocromos c:[8]
Clase I. Comprende o citocromo c soluble de baixo spin de mitocondrias e bacterias. Ten o sitio de unión ao hemo cara ao extremo N-terminal e o sexto ligando proporciónao un residuo de metionina cara ao C-terminal.
Clase II. Inclúe o citocromo c' de alto spin entre outros. Ten o sitio de unión ao hemo cerca do extremo N-terminal.
Class III. Comprende múltiples citocromos de baixo potencial redox. Os grupos hemo c son estrutural e funcionalmente non equivalentes e presentan diferentes potenciais redox que van de 0 a -400 mV.
Clase IV. Creada orixinalmente para albergar as proteínas complexas da familia do citocromo c que teñen outros grupos prostéticos distintos do hemo c.
Aplicacións
O citocromo c pénsase que é o complexo funcional na chamada terapia láser de baixo nivel (LLLT). Nesta terapia, a luz vermella e algunhas lonxitudes de onda próximas ao infravermello penetran nos tecidos incrementando a rexeneración celular. A luz destas lonxitudes de onda parece capaz de incrementar a actividade do citocromo c, que deste modo aumenta a actividade metabólica e libera máis enerxía para que as células reparen o tecido.[9]
O citocromo c é tamén un intermediario na apoptose, que é unha forma controlada de morte celular utilizada para matar células durante o proceso do desenvolvemento ou en resposta a unha infección ou danos no ADN.[10]
O citocromo c únese á cardiolipina na membrana mitocondrial interna, o que a ancora á membrana e evita que se libere fóra da mitocondria e inicie a apoptose. Aínda que a atracción inicial entre a cardiolipina e o citocromo c é electrostática debido á carga moi positiva que hai sobre o citocromo c, a interacción final é hidrofóbica, xa que unha cola hidrofóbica da cardiolipina se insire na porción hidrofóbica do citocromo c.
Durante a fase inicial da apoptose, está estimulada a produción mitocondrial de especies reactivas do oxíxeno, e a cardiolipina oxídase por unha función peroxidase que ten o complexo cardiolipina–citocromo c. A hemoproteína sepárase despois da membrana mitocondrial interna e pode pasar ao citoplasma soluble a través de poros da membrana externa.[11]
A elevación sostida nos niveis de calcio precede a liberación do citocromo c da mitocondria. A liberación de pequenas cantidades de citocromo c causa unha interacción co receptor IP3 (IP3R) no retículo endoplasmático, causando a liberación de calcio polo retículo endoplasmático. O incremento global de calcio activa unha masiva liberación de citocromo c, o cal despois actúa nun bucle de retroalimentación positivo que mantén a liberación de calcio do retículo endoplasmático a través dos IP3Rs.[12] Isto explica como a liberación de calcio polo retículo endoplasmático pode atinxir niveis citotóxicos. Esta liberación de citocromo c á súa vez activa a caspase 9, que é unha cisteína protease. A caspase 9 pode despois continuar as activacións, activando a caspase 3 e a caspase 7, as cales son responsables de destruír a célula desde dentro.
Localización extramitocondrial
En condicións fisiolóxicas acéptase xeneralizadamente que o citocromo c está localizado só no espazo intermembrana mitocondrial.[13] A liberación do citocromo c da mitocondria ao citosol, onde activa a familia das caspases (unhas proteases) crese que é o principal activador que dá lugar ao comezo da apoptose.[14] Porén, estudos microscópicos inmunoelectrónicos detallados con preparacións de tecidos de ratas empregando anticorpos específicos para o citocromo c proporcionaron fortes evidencias de que o citocromo c en condicións normais celulares está tamén presente en localizacións extramitocondriais.[15] Nas células pancreáticas acinares e da pituitaria anterior, detectouse unha presenza forte e específica de citocromo c nos gránulos de cimóxeno e nos gránulos da hormona do crecemento, respectivamente. No páncreas o citocromo c tamén se atopou en vacúolos condensados e no lume dos acinos. A localización extramitocondrial do citocromo c é específica, xa que desaparece completamente despois da adsorción do anticorpo primario co citocromo c purificado.[15] A presenza de citocromo c fóra da mitocondria en localizacións específicas baixo condicións fisiolóxicas normais formula importantes cuestións sobre a súa función celular e os mecanismos de translocación.[15] Ademais de para o citocromo c, esta localización extramitocondrial tamén se observou en moitas outras proteínas mitocondriais incluíndo as codificadas polo propio ADN mitocondrial.[16][17][18] Isto abre a posibilidade de que existan mecanismos específicos para a translocación de proteínas mitocondriais aínda non identidicados que as pasan desde as mitocondrias ao citosol para ir a outros destinos celulares.[18][19]
↑Tafani M, Karpinich NO, Hurster KA, Pastorino JG, Schneider T, Russo MA, Farber JL (March 2002). "Cytochrome c release upon Fas receptor activation depends on translocation of full-length bid and the induction of the mitochondrial permeability transition". J. Biol. Chem.277 (12): 10073–82. PMID11790791. doi:10.1074/jbc.M111350200.
↑Silveira PC, Streck EL, Pinho RA. (2005). "Cellular effects of low power laser therapy can be mediated by nitric oxide.". Lasers Surg Med.36 (4): 307–14. PMID15739174. doi:10.1002/lsm.20148.
↑Liu X, Kim CN, Yang J, Jemmerson R, Wang X (July 1996). "Induction of apoptotic program in cell-free extracts: requirement for dATP and cytochrome c". Cell86 (1): 147–57. PMID8689682. doi:10.1016/S0092-8674(00)80085-9.
↑ 15,015,115,2Soltys BJ, Andrews DW, Jemmerson R, Gupta RS (2001). "Cytochrome-C localizes in secretory granules in pancreas and anterior pituitary". Cell Biol. Int.25 (4): 331–8. PMID11319839. doi:10.1006/cbir.2000.0651.
↑Gupta RS, Ramachandra NB, Bowes T, Singh B (2008). "Unusual cellular disposition of the mitochondrial molecular chaperones Hsp60, Hsp70 and Hsp10". Novartis Found. Symp.291: 59–68; discussion 69–73, 137–40. PMID18575266.
↑Sadacharan SK, Singh B, Bowes T, Gupta RS (November 2005). "Localization of mitochondrial DNA encoded cytochrome c oxidase subunits I and II in rat pancreatic zymogen granules and pituitary growth hormone granules". Histochem. Cell Biol.124 (5): 409–21. PMID16133117. doi:10.1007/s00418-005-0056-2.
↑ 18,018,1Soltys BJ, Gupta RS (2000). "Mitochondrial proteins at unexpected cellular locations: export of proteins from mitochondria from an evolutionary perspective". Int. Rev. Cytol.194: 133–96. PMID10494626.
↑Soltys BJ, Gupta RS (May 1999). "Mitochondrial-matrix proteins at unexpected locations: are they exported?". Trends Biochem. Sci.24 (5): 174–7. PMID10322429.
Kumarswamy R and Chandna S (2009). "Putative partners in Bax mediated cytochrome-c release: ANT, CypD, VDAC or none of them?". Mitochondrion.9 (1): 1–8. PMID18992370. doi:10.1016/j.mito.2008.10.003.
Mannella CA (1998). "Conformational changes in the mitochondrial channel protein, VDAC, and their functional implications.". J. Struct. Biol.121 (2): 207–18. PMID9615439. doi:10.1006/jsbi.1997.3954.
Ferri KF, Jacotot E, Blanco J, Esté JA, Kroemer G (2000). "Mitochondrial control of cell death induced by HIV-1-encoded proteins". Ann. N. Y. Acad. Sci.926: 149–64. PMID11193032. doi:10.1111/j.1749-6632.2000.tb05609.x.
Britton RS, Leicester KL, Bacon BR (2002). "Iron toxicity and chelation therapy". Int. J. Hematol.76 (3): 219–28. PMID12416732. doi:10.1007/BF02982791.
Haider N, Narula N, Narula J (2003). "Apoptosis in heart failure represents programmed cell survival, not death, of cardiomyocytes and likelihood of reverse remodeling". J. Card. Fail.8 (6 Suppl): S512–7. PMID12555167. doi:10.1054/jcaf.2002.130034.
Castedo M, Perfettini JL, Andreau K, Roumier T, Piacentini M, Kroemer G (decembro de 2003). "Mitochondrial apoptosis induced by the HIV-1 envelope". Ann. N. Y. Acad. Sci.1010: 19–28. PMID15033690. doi:10.1196/annals.1299.004.
Ng S, Smith MB, Smith HT, Millett F (1977). "Effect of modification of individual cytochrome c lysines on the reaction with cytochrome b5". Biochemistry16 (23): 4975–8. PMID199233. doi:10.1021/bi00642a006.
Lynch SR, Sherman D, Copeland RA (1992). "Cytochrome c binding affects the conformation of cytochrome a in cytochrome c oxidase". J. Biol. Chem.267 (1): 298–302. PMID1309738.
Garber EA, Margoliash E (1990). "Interaction of cytochrome c with cytochrome c oxidase: an understanding of the high- to low-affinity transition". Biochim. Biophys. Acta1015 (2): 279–87. PMID2153405. doi:10.1016/0005-2728(90)90032-Y.
Bedetti CD (1985). "Immunocytochemical demonstration of cytochrome c oxidase with an immunoperoxidase method: a specific stain for mitochondria in formalin-fixed and paraffin-embedded human tissues". J. Histochem. Cytochem.33 (5): 446–52. PMID2580882. doi:10.1177/33.5.2580882.
Tanaka Y, Ashikari T, Shibano Y, Amachi T, Yoshizumi H, Matsubara H (xuño de 1988). "Construction of a human cytochrome c gene and its functional expression in Saccharomyces cerevisiae". J. Biochem.103 (6): 954–61. PMID2844747.
Passon PG, Hultquist DE (1972). "Soluble cytochrome b 5 reductase from human erythrocytes". Biochim. Biophys. Acta275 (1): 62–73. PMID4403130. doi:10.1016/0005-2728(72)90024-2.
Dowe RJ, Vitello LB, Erman JE (1984). "Sedimentation equilibrium studies on the interaction between cytochrome c and cytochrome c peroxidase". Arch. Biochem. Biophys.232 (2): 566–73. PMID6087732. doi:10.1016/0003-9861(84)90574-5.
Michel B, Bosshard HR (1984). "Spectroscopic analysis of the interaction between cytochrome c and cytochrome c oxidase". J. Biol. Chem.259 (16): 10085–91. PMID6088481.
Broger C, Nałecz MJ, Azzi A (1980). "Interaction of cytochrome c with cytochrome bc1 complex of the mitochondrial respiratory chain". Biochim. Biophys. Acta592 (3): 519–27. PMID6251869. doi:10.1016/0005-2728(80)90096-1.
Smith HT, Ahmed AJ, Millett F (1981). "Electrostatic interaction of cytochrome c with cytochrome c1 and cytochrome oxidase". J. Biol. Chem.256 (10): 4984–90. PMID6262312.
Gao B, Eisenberg E, Greene L (1996). "Effect of constitutive 70-kDa heat shock protein polymerization on its interaction with protein substrate". J. Biol. Chem.271 (28): 16792–7. PMID8663341. doi:10.1074/jbc.271.28.16792.
