- الخصائص العامة
- - السيتوكروم ج
- الدرجة الأولى
- الفئة الثانية
- الفئة الثالثة
- الفئة الرابعة
- أوكسيديز السيتوكروم سي أو المركب الرابع
- بناء
- المميزات
- موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج
- تجديد الخلايا أو الأنسجة
- استقلاب الطاقة
- مثبطات
- نقص
- يستخدم في نسالة
- المراجع
إن أوكسيديز السيتوكروم ج عبارة عن مركب من البروتينات الأنزيمية التي يمكنها عبور الطبقة الدهنية الثنائية لغشاء الخلية. إنه قابل للذوبان في الدم ويرتبط بشكل أساسي بالغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، ويوجد في كل من الكائنات بدائية النواة (البكتيريا) وفي حقيقيات النوى (أحادية الخلية ومتعددة الخلايا).
يُطلق عليه أيضًا اسم المركب IV ، وهذا الإنزيم حيوي في وظائف التمثيل الغذائي الهوائية للكائنات الحية ، حيث إنه ضروري في سلسلة نقل الإلكترون حيث تحرق الخلية السكريات وتلتقط جزءًا من الطاقة المنبعثة لتخزين الأدينوزين ثلاثي الفوسفات أو ATP.
نموذج الكرة والعصا من الهيم ، لجزيء موجود في التركيب البلوري للسيتوكروم سي أوكسيديز في قلب البقر. مأخوذة وتحرير من: Benjah-bmm27.
اسم السيتوكروم يعني "الصبغات الخلوية". هذه هي بروتينات الدم التي تحمل الإلكترونات. تم اكتشاف السيتوكروم من قبل الطبيب الأيرلندي تشارلز ألكسندر ماكمون في عام 1884. كان MacMunn رائدًا في اكتشاف صبغة الجهاز التنفسي في الدم ، والتي تسمى حاليًا السيتوكروم 1.
في عشرينيات القرن الماضي ، أعاد عالم الحشرات وعالم الطفيليات الروسي ديفيد كيلين اكتشاف وتمييز أصباغ الجهاز التنفسي وكان هو من أطلق عليها اسم السيتوكروم. على الرغم من أن MacMunn اكتشفها في عام 1884 ، إلا أن المجتمع العلمي نسيه ، بل إن البعض أساء تفسير عمله.
الخصائص العامة
بشكل عام ، تحتوي أصباغ الجهاز التنفسي على أطياف الضوء المرئي المميزة. من المعروف أن هناك ما لا يقل عن أربعة مجمعات بروتين غشائية متكاملة يوجد فيها 5 أنواع مختلفة من السيتوكرومات: a و a3 و b و c1 و c ، مصنفة وفقًا لأطوال موجات الحد الأقصى للامتصاص الطيفي.
توجد بشكل عام على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. ومع ذلك ، فقد لوحظت أيضًا في الشبكة الإندوبلازمية والبلاستيدات الخضراء ، في الكائنات حقيقية النواة وبدائية النواة.
يقدمون مجموعة الهيم الاصطناعية التي تحتوي على الحديد (Fe). يعمل كل من السيتوكرومات المعروفة في مجمعات متعددة الإنزيمات في نقل الإلكترونات في العملية التنفسية أو السلسلة.
تقوم السيتوكرومات بوظيفة المشاركة في تفاعلات تقليل الأكسدة. تحدث تفاعلات الاختزال ، حيث تقبل الإلكترونات ، بشكل مختلف لكل نوع من أنواع السيتوكروم ، ويتم تحديد قيمتها من خلال تدفق الإلكترونات في السلسلة التنفسية.
- السيتوكروم ج
تعرف أربع فئات من السيتوكروم ج ، وهي على النحو التالي.
الدرجة الأولى
ضمن هذه الفئة توجد cytochromes c (lowspin) القابلة للذوبان منخفضة الدوران ، الموجودة في البكتيريا والميتوكوندريا. هم ثماني السطوح. يقع موقع ارتباط الهيم عند الطرف N من الهيستيدين ويتم توفير الترابط السادس بواسطة بقايا ميثيونين في الطرف C.
من هذه الفئة ، يمكن التعرف على العديد من الفئات الفرعية ، والتي تم تحديد هيكلها ثلاثي الأبعاد.
الفئة الثانية
تم العثور على السيتوكروم ج عالي الدوران وبعض السيتوكرومات منخفضة الدوران في هذه الفئة. أولئك الذين لديهم انعطاف مرتفع لديهم موقع ربط قريب من الطرف C ، وفي أولئك الذين لديهم انعطاف منخفض ، يبدو أن الترابط السادس عبارة عن بقايا ميثيونين بالقرب من الطرف N. هم خماسي التنسيق مع خامس يجند هيستيدين.
الفئة الثالثة
تتميز هذه الفئة بتقديم cytochromes c مع هيم متعدد (c3 و c7) وإمكانية تقليل الأكسدة المنخفضة ، مع 30 بقايا حمض أميني فقط لكل مجموعة هيم. في ممثلي هذه الفئة ، تمتلك مجموعات الهيم ج بنية ووظائف غير مكافئة ، بالإضافة إلى تقديم إمكانات الأكسدة والاختزال المختلفة. هم ثماني السطوح.
الفئة الرابعة
وفقًا لبعض المؤلفين ، تم إنشاء هذه الفئة فقط لتشمل البروتينات المعقدة الموجودة في مجموعات الأطراف الاصطناعية الأخرى ، بالإضافة إلى الهيم c ، أو flavocytochrome c ، من بين آخرين.
أوكسيديز السيتوكروم سي أو المركب الرابع
أوكسيديز السيتوكروم سي هو إنزيم ميتوكوندريا ينفذ المرحلة النهائية من نقل الإلكترون في التنفس الخلوي. يحفز هذا الإنزيم نقل الإلكترونات من السيتوكروم ج المختزل إلى الأكسجين.
يمكن لبعض المركبات الكيميائية مثل السيانيد وثاني أكسيد الكربون والأزيد أن تمنع عمل هذا الإنزيم ، مما يتسبب في ما يسمى بالاختناق الكيميائي الخلوي. الأشكال الأخرى لتثبيط المعقد الرابع هي الطفرات الجينية.
من وجهة نظر تطورية ، يوجد السيتوكروم سي أوكسيديز فقط في الكائنات الهوائية ، وتقترح عدة مجموعات من العلماء أن وجود هذا البروتين يشير إلى العلاقات التطورية حيث تشترك النباتات والفطريات وكذلك الحيوانات في سلف مشترك.
بناء
يشكل السيتوكروم ج أوكسيديز مركبًا متماثلًا ، أي يتكون من مونومرين متشابهين في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. يتكون مركب الإنزيم من 3 إلى 4 وحدات فرعية في الكائنات بدائية النواة وما يصل إلى 13 (يقترح البعض 14) عديد ببتيد في الكائنات الحية مثل الثدييات.
في هذه الكائنات ، تكون عديدات الببتيدات من أصل ميتوكوندريا والباقي ينشأ في النواة. يحتوي كل مونومر على 28 حلزونة عبر الغشاء تفصل المجالات المحبة للماء مقابل مصفوفة الغشاء والفضاء بين الغشاء.
يحتوي على وحدة تحفيزية واحدة ، توجد في جميع الإنزيمات التي تحفز تفاعلات الأكسدة / الاختزال ، باستخدام الأكسجين الجزيئي (الأوكسيداز ، وخاصة النحاس الهيم). يحتوي المجمع على cytochromes a و a3 مرتبطين بوحدة فرعية I ومركزين نحاسيين.
يحتوي على مجموعة واحدة أو أكثر من مجموعات الهيم ج المرتبطة بهيكل البروتين المحيط بواحد أو أكثر (اثنتان بشكل عام) من روابط الأثير. يقترح مؤلفون آخرون أن هناك مجموعة هيم C واحدة مرتبطة تساهميًا بالبروتين بين حلقة البورفيرين واثنين من بقايا السيستين.
مجموعة الهيم ج الوحيدة المذكورة أعلاه محاطة ببقايا كارهة للماء ومنسقة سداسية ، مع الهيستيدين في الموضع 18 من سلسلة بولي ببتيد والميثيونين في الموضع 80.
الوحدة الفرعية سيتوكروم سي أوكسيديز F. مأخوذة وتحرير من: جواهر سواميناثان وموظفي MSD في المعهد الأوروبي للمعلوماتية الحيوية
المميزات
إن أوكسيديز السيتوكروم سي هم أبطال في ثلاث آليات فسيولوجية رئيسية ، والتي سنراها أدناه.
موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج
موت الخلايا المبرمج هو تدمير الخلايا المبرمج أو الموت الناجم عن الكائن الحي نفسه والغرض منه هو التحكم في النمو والتطور والقضاء على الأنسجة التالفة وتنظيم جهاز المناعة. في هذه العملية الفسيولوجية ، يشارك السيتوكروم سي أوكسيديز كمتوسط.
يؤدي هذا البروتين ، الذي تطلقه الميتوكوندريا ، إلى تفاعل مع الشبكة الإندوبلازمية ، مما يؤدي إلى إفراز الكالسيوم أو إطلاقه. تؤدي الزيادة التدريجية في الكالسيوم إلى إطلاق كميات هائلة من السيتوكروم سي أوكسيديز ، حتى يتم الوصول إلى مستويات الكالسيوم السامة للخلايا.
تسبب مستويات الكالسيوم السامة للخلايا وإطلاق السيتوكرومات ج التنشيط المتسلسل للعديد من إنزيمات الكاسبيز ، المسؤولة عن تدمير الخلايا.
تجديد الخلايا أو الأنسجة
تشير العديد من الدراسات إلى أنه عندما يتعرض السيتوكروم سي أوكسيديز لأطوال موجية تبلغ 670 نانومتر ، فإنه يشارك في مركب وظيفي يخترق الأنسجة التالفة أو المصابة ويزيد من معدل تجديد الخلايا.
استقلاب الطاقة
ربما تكون هذه هي الوظيفة الأكثر شهرة والأكثر صلة بالسيتوكروم سي أوكسيديز. إن مركب أوكسيديز بالتحديد (لسلسلة الجهاز التنفسي) هو المسؤول عن جمع الإلكترونات من السيتوكروم ج ونقلها إلى جزيء الأكسجين ، وتقليله إلى جزيئين من الماء.
مرتبطًا بهذه العملية ، يحدث انتقال البروتون من خلال الغشاء ، مما يؤدي إلى توليد التدرج الكهروكيميائي الذي يستخدمه مركب تخليق ATP لإنتاج أو تصنيع ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين).
مثبطات
يتم تثبيط السيتوكروم ج أوكسيديز بواسطة مركبات وعمليات كيميائية مختلفة. يمكن أن تنشأ طريقة حدوثه كطريقة طبيعية لتنظيم إنتاج أو عمل الإنزيم أو يمكن أن يحدث عرضيًا بسبب التسمم.
في وجود أزيد أو السيانيد أو أول أكسيد الكربون ، يرتبط السيتوكروم ج أوكسيديز بهذه المكونات ويثبط عمل مركب البروتين. يتسبب هذا في حدوث اضطراب في عملية التنفس الخلوي وبالتالي يتسبب في الاختناق الكيميائي للخلايا.
المركبات الأخرى مثل أكسيد النيتريك وكبريتيد الهيدروجين والميثانول وبعض الكحولات الميثيلية ، تسبب أيضًا تثبيط السيتوكروم ج أوكسيديز.
نقص
أوكسيديز السيتوكروم سي هو إنزيم تتحكم فيه الجينات في كل من النواة والميتوكوندريا. هناك تغييرات أو طفرات جينية يمكن أن تؤدي إلى نقص السيتوكروم سي أوكسيديز.
تزعج هذه الطفرات وظيفة الإنزيم ، لأنها تغير تركيبته الإنزيمية ، مما يؤدي إلى اضطرابات التمثيل الغذائي أثناء التطور الجنيني (وفقًا للدراسات البشرية) ، والتي ستؤثر لاحقًا على الكائن الحي في سنواته الأولى من حياته.
يؤثر نقص أوكسيديز السيتوكروم سي على الأنسجة التي تتطلب طاقة عالية ، مثل القلب والكبد والدماغ والعضلات. تنعكس أعراض هذه الطفرات قبل عامين من العمر ويمكن أن تظهر كظروف قوية أو معتدلة.
يمكن رؤية الأعراض الخفيفة حتى بعد فترة وجيزة من السنة الأولى من العمر ، وعادة ما يعاني الأفراد المصابون بها من انخفاض في توتر العضلات (نقص التوتر) وضمور العضلات (اعتلال عضلي).
من ناحية أخرى ، قد يعاني الأفراد الذين يعانون من أعراض أقوى من ضمور العضلات واعتلال عضلة الدماغ. الحالات الأخرى الناجمة عن عدم وجود أوكسيديز السيتوكروم سي هي تضخم عضلة القلب ، والتضخم المرضي للكبد ، ومتلازمة لي ، والحماض اللبني.
يستخدم في نسالة
علم الوراثة هو العلم المسؤول عن دراسات أصل الكائنات الحية وتكوينها وتطورها التطوري من وجهة نظر سلف ونسل. في العقود الماضية ، كانت دراسات علم الوراثة مع التحليل الجزيئي أكثر تواترًا ، مما أسفر عن الكثير من المعلومات وحل المشكلات التصنيفية.
بهذا المعنى ، تشير بعض دراسات علم الوراثة إلى أن استخدام أوكسيديز السيتوكروم سي يمكن أن يساعد في إقامة علاقات تطورية. وذلك لأن هذا المركب البروتيني محفوظ بدرجة عالية وهو موجود في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، بدءًا من الطلائعيات أحادية الخلية إلى الفقاريات الكبيرة.
ومن الأمثلة على ذلك الاختبارات التي أجريت على البشر والشمبانزي (Pan paniscus) وقرود المكاك (Macaca mulatta). كشفت هذه الاختبارات أن جزيئات سيتوكروم سي أوكسيديز الإنسان والشمبانزي متطابقة.
وأظهرت أيضًا أن جزيئات أوكسيديز السيتوكروم سي في قرد المكاك Rhesus تختلف بحمض أميني واحد عن تلك الموجودة في الأولين ، وبالتالي إعادة تأكيد العلاقات بين السلف والأسلاف بين الشمبانزي والبشر.
المراجع
- آر بي أمبلر (1991). تباين التسلسل في السيتوكرومات البكتيرية ج. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - الطاقة الحيوية.
- السيتوكروم ج. تعافى من newworldencyclopedia.org.
- كولمان ، إي كوستا ، ر. تشافيس ، في تورتورا (2015). الأدوار البيولوجية للسيتوكروم ج: نقل الإلكترون في الميتوكوندريا ، وموت الخلايا المبرمج ، وزيادة نشاط البيروكسيد. حوليات كلية الطب.
- الوحدة الفرعية سيتوكروم سي أوكسيديز I. تم الاسترجاع من ebi.ac.uk.
- يوفين ، ب.جيونج سون ، د. جيان هونج وب. ييدونج (2007). تعتبر الوحدة الفرعية IV من السيتوكروم ج أوكسيديز ضرورية للتجميع والوظيفة التنفسية لمركب الإنزيم. مجلة الطاقة الحيوية والأغشية الحيوية.
- المجموعة الجينية: مجمع الميتوكوندريا الرابع: الوحدات الفرعية السيتوكروم ج أوكسيديز (COX ، MT-CO). تعافى من genenames.org.
- إي أف هارتري (1973). اكتشاف السيتوكروم. التعليم البيوكيميائي.
- أوكسيديز السيتوكروم ج ، نقص…. تعافى من ivami.com.
- سي كي ماثيوز ، كيه إي فان هولد & كغ أهيرن (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. شركة بنيامين / كامينغز للنشر.