Роль цитохромов в биологическом окислении. Цитохромоксадаза, особенности строения

Основной причиной в развитии необратимых изменений при гипоксии следует признать существенное нарушение биоэнергетической функции митохондрий. Известно, что значительную роль в процессах клеточного энергообразования играет гемопротеид цитохром С – важнейший компонент дыхательной цепи. Он локализован в терминальном звене дыхательной цепи митохондрий. В отличие от других компонентов редокс-цепи, прочно связанных с белково-липидным каркасом митохондриальных мембран, цитохром С легко экстрагируется из митохондрий солевыми растворами. Благодаря этому фермент был получен в кристаллической форме из разных источников, но главным образом, из сердечной мышцы и дрожжей. В настоящее время детально изучены его строение и свойства. Установлено, что железосодержащая протопорфириновая группа цитохрома С ковалентно связана с белком через тиоэфирные мостики между порфириновым кольцом и двумя остатками цистеина в пептидной цепи. Выяснен аминокислотный состав и последовательность аминокислот в белковой части молекулы цитохрома С. Поскольку в белковой части цитохрома С преобладают положительно заряженные R-группы, фермент обладает щелочными свойствами.

Количество цитохрома С в организме значительно варьирует у отдельных видов животных и в различных органах одного вида. Оно изменяется с возрастом. Меньше всего цитохрома С содержат мышцы новорожденных. Начиная с грудного возраста, содержание цитохрома С в организме человека постоянно повышается и в период 20–30 лет достигает максимума, затем до 50 лет происходит снижение, в более позднем возрасте снова наблюдается повышение количества цитохрома С в организме. Установлено, что содержание цитохрома С изменяется и при различных заболеваниях – оно понижено при хронической гипохромной анемии, злокачественных новообразованиях и при острой кровопотере.

Цитохром С, в отличие от других цитохромов дыхательной цепи, синтез которых зависит от белоксинтезирующей системы митохондрий, синтезируется в цитоплазме. Апопротеид и гем С объединяются в молекулу цитохрома также в цитоплазме и только после этого переносятся в митохондрии. Встраиваясь в митохондриальные дыхательные ансамбли, цитохром С соединяется с фосфолипидами мембран, причем такие комплексы более активно взаимодействуют с цитохромоксидазой. Цитохром С играет исключительную роль в процессах тканевого дыхания, и удаление его из митохондрий сопровождается резким нарушением процессов поглощения кислорода. Инкубация экзогенного цитохрома С с такими митохондриями приводит к восстановлению процессов окислительного фосфорилирования. При изучении локализации пунктов фосфорилирования в редокс-цепи было установлено, что 3-й пункт фосфорилирования находится на участке между цитохромом С и кислородом. Повреждение процессов фосфорилирования на этом участке вызывает торможение синтеза АТФ и на предыдущих двух участках, так как функционирование терминального звена редокс-цепи является обязательным условием для осуществления фосфорилирования в первых двух пунктах и, следовательно, для нормального энергообеспечения клетки. Цитохром С является также необходимым компонентом дыхательной цепи, локализованной в наружной мембране митохондрий, осуществляющей процессы свободного нефосфорилирующего окисления.

Цитохромоксидаза (комплекс IV) состоит из 2 цитохромов типа аа3 каждый из которых имеет центр связывания с кислородом. Цитохромы а и а3 имеют характерную железопорфириновую простетическую группу, называемую гемом А и отличающуюся от гема цитохромов с и c1 (рис. 6-10). Он содержит формильную группу вместо одной из метальных групп и углеводородную цепь вместо одной из винильных групп.

Ингибитор QН2 дегидрогеназы - антимицин А, токсичный антибиотик, продуцируемый одним из штаммов Streptomyces. Ингибиторы цитохромоксидазы - цианид, СО, H2S. Цианид наиболее токсичен для человека; он присоединяется к Fe3+ цитохромоксидазы и блокирует перенос электронов к кислороду.