Цитохром С-оксидаза

(цитохромоксидаза, Ц.), фермент класса оксидоредуктаз. Катализирует конечный этап переноса электронов на кислород в процессе окислительного фосфорилирования. Окисление цитохрома с сопровождается появлением мембранного протонного потенциала , к-рый используется клеткой для обеспечения всех видов работ, выполняемых биомембранами, и в первую очередь для синтеза АТФ. Фермент широко распространен как среди эукариот, так и среди прокариот. У эукариот фермент расположен во внутр. Мембране митохондрий, у прокариот - в цитоплазматич. Мембране. Ц.- сложный белок, состоящий из неск. Полипептидных цепей, связанных с 4 окислит.-восстановит. Центрами, 2 ионами Си 2+ и 2 гемами а (см. Ф-лу). Мол. Масса фермента (напр., Ц.

Из сердца быка) составляет от 180 до 200 тыс. Ц. Обычно существует в димерной форме и прочно ассоциирована с молекулами фосфолипидов мембран и ПАВ, использованных при ее выделении. Ц. Имеет характерный спектр поглощения. Нм (-10-3). Восстановленная форма 443 (107), 603 (23,2). Окисленная форма -421 (82), 598 (11). Железо гемов может находиться в окисленном или восстановленном состоянии и образует координац. Связи с одним либо двумя аминокислотными остатками белковой цепи. В зависимости от белкового окружения гемы различаются по св-вам. Один (гем а 3 ), высокоспиновый, после восстановления реагирует с О 2 или СО, CN. Другой (гем а), низкоспиновый, в такие р-ции не вступает. Ионы меди в Ц. Также неравноценны. Один из них, Сu А, дает сигнал в спектре ЭПР и взаимод.

С гемом a, другой, Сu в, не дает сигналов, взаимод. С гемом а 3. Число полипептидных цепей в ферменте зависит от эволюционной ступени, занимаемой организмом - источником Ц. Фермент прокариот включает 2-3 белковые цепи, эукариоты содержат Ц. Из 5 (соя, батат) или 7-8 субъединиц (дрожжи). У млекопитающих число субъединиц фермента возрастает до 12-13. Все полипептиды в Ц. Различны по структуре и имеют мол. М. От 5 до 57 тыс. Три наиб. Крупные субъединицы (I-III. Рис.). Ц. Эукариот кодируются в митохондриальном геноме и синтезируются на митохондриальных рибосомах. Эти субъединицы играют главную роль в выполнении биол. Ф-ций Ц. Они связаны со всеми окислит.-восстановит. Центрами и имеют участки узнавания цитохрома с. Остальные субъединицы Ц.

Кодируются в ядерном геноме и синтезируются в цитоплазме. Ф-ции этих полипептидов, вероятно, связаны с регуляцией активности Ц. И могут отражать также тканевую специфичность фермента. Первичная структура полипептидов наиб. Изученных ферментов (бык, крыса, Saccharomyces cerevisiae )полностью известна. Модель структурной н функциональной организации полипептидов в цитохромоксидазе из печени крысы. Римскими цифрами и буквами обозначены отдельные субъединицы фермента. Ц.- мембранный фермент. С-Домен фермента выступает из плоскости мембраны с цитоплазматич. Стороны на 0,50-0,55 нм. С матричной стороны выступают на 0,15-0,25 нм два домена, к-рые состоят из спирализованных участков полипептидных цепей и включают 8-12 и 5-8 спиралей, соотв.

Цитохром свзаимод. С Ц., связываясь с субъединицей П. Цепочка, по к-рой электроны передаются к кислороду, м. Б. Представлена схемой. Цитохром с Сu А Гем а Гем а 3-> Сu В + О 2.Перенос электрона сопровождается трансмембранным переносом двух протонов из матрикса в цитозольное пространство и появлением . Такой механизм позволяет отнести Ц. К мембранным протонным насосам. Для выделения Ц. Из митохондрий или субмитохондриальных частиц используют ПАВ, чаще всего холат или дезоксихолат натрия. Обычно чистоту Ц. Выражают через отношение содержания гема а к кол-ву белка. Для препаратов фермента, выделенных разл. Способами, этот показатель составляет 8-14 нмоль/мг. Определить точное значение этой величины пока невозможно из-за отсутствия надежных данных о числе субъединиц, действительно необходимых для функционирования фермента.

Важная характеристика Ц.- ферментативная активность, к-рая определяется спектрофотометрически (по уменьшению поглощения ферроцитохрома с) либо полярографически (по изменению концентрации О 2 в среде). Она может достигать 400 моль цитохрома сна моль Ц. В секунду. Активность фермента сильно зависит от кол-ва липидов в препарате. При тщательном удалении липидов ферментативная активность резко снижается, но после добавления липидов частично восстанавливается. Ц. Необходима для обеспечения жизнедеятельности всех эукариотич. И нек-рых прокариотич. Клеток. Нарушение биосинтеза Ц. В клетках человека приводит к их гибели. Структурные и функциональные изменения фермента являются причиной серьезных заболеваний. Лит. Филатов И.

А. [и др.], "Биоорг. Химия", 1988, т. 14, № 6, с. 725-45. Wikstrom М., Кrаb К., Saraste M., Cytochrome oxidase. A synthesis, L., 1981. М. А. Кулиш.