Семейство цитохромов c
Семейство белков
Мотив связывания гема CXXCH в белках цитохрома C. Боковые цепи аминокислот показаны белым цветом, а гем окрашен в черный цвет.

Цитохромы c (cyt c , цитохромы c-типа) цитохромы или гем -содержащие белки , в которых гем C ковалентно присоединен к пептидному остову через одну или две тиоэфирные связи. [1] Эти связи в большинстве случаев являются частью специфического связывающего мотива Cys -XX-Cys- His (CXXCH) , где X обозначает смешанную аминокислоту . Две тиоэфирные связи остатков цистеина связываются с виниловыми боковыми цепями гема, а остаток гистидина координирует один аксиальный сайт связывания железа гема . Менее распространенные связывающие мотивы могут включать одну тиоэфирную связь, [2] лизин [3] или метионин [4] вместо аксиального гистидина или связывающего мотива CX n CH с n>2. [5] Второй аксиальный участок железа может координироваться аминокислотами белка, [6] молекулами субстрата или водой . Цитохромы c обладают широким спектром свойств и функционируют как белки переноса электронов или катализируют химические реакции, включающие окислительно-восстановительные процессы. [7] Видным членом этого семейства является митохондриальный цитохром c .

Классификация

Цитохром c (класс I)
Структура цитохрома c 2 из Rhodopseudomonas viridis ( PDB : 1CRY ​; P00083 ). [8]
Идентификаторы
СимволЦитохром_С
ПфамПФ00034
ИнтерПроIPR009056
ПРОСИТPDOC00169
СКОП21cry / SCOPe / SUPFAM
суперсемейство OPM71
белок ОПМ1чс
Мембранома210
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Цитохром c (класс II)
Атомная структура цитохрома c с необычной лиганд-контролируемой димерной диссоциацией при разрешении 1,8 Ангстрема ( PDB : 1BBH ​; P00154 ).
Идентификаторы
СимволЦитохром_C_2
ПфамПФ01322
ИнтерПроIPR002321
ПРОСИТPDOC00169
СКОП21cgo / SCOPe / SUPFAM
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Высокомолекулярный цитохром c (класс III)
Структура 16-гемового цитохрома c Hmc из Desulfovibrio vulgaris hildenborough ( PDB : 1H29 ​; P24092 ).
Идентификаторы
СимволЦитохром_CIII
ПфамПФ02085
Клан ПФАМCL0317
ИнтерПроИПР020942
СКОП22cdv / SCOPe / SUPFAM
CDDcd08168
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Белки цитохрома c можно разделить на четыре класса в зависимости от их размера, количества групп гема и восстановительного потенциала: [9]

Класс I

Небольшие растворимые белки цитохрома c с молекулярной массой 8-12 кДа и одной гемовой группой относятся к классу I. [10] [11] Он включает низкоспиновый растворимый cytC митохондрий и бактерий с местом присоединения гема, расположенным ближе к N-концу , и шестым лигандом, представленным остатком метионина примерно на 40 остатков дальше по направлению к C-концу. Типичная складка класса I содержит пять α-спиралей . На основе сходства последовательностей cytC класса I были далее подразделены на пять классов, от IA до IE. Класс IB включает эукариотический митохондриальный cyt c и прокариотический «короткий» cyt c 2 , примером которого является Rhodopila globiformis cyt c 2 ; Класс IA включает «длинные» цитохромы c 2 , такие как Rhodospirillum rubrum cyt c 2 и Aquaspirillum itersonii cyt c 550 , которые имеют несколько дополнительных петель по сравнению с цитохромами c класса IB .

Связанная запись InterPro представляет моногемовые цитохромные белки c (исключая цитохромы класса II и f-типа), такие как цитохромы c, c1, c2, c5, c555, c550-c553, c556, c6 и cbb3 . Дигемовый цитохром c ( InterPro :  IPR018588 ) — это белки с кластером класса I и уникальным кластером.

Подклассы

  • Цитохром c, класс IA/IB InterPro :  IPR002327
  • Цитохром c, класс IC InterPro :  IPR008168
  • Цитохром c, идентификатор класса InterPro :  IPR002324
  • Цитохром c, класс IE InterPro :  IPR002323

Класс II

Группа гема в белках цитохрома c класса II прикреплена к мотиву связывания C-конца . Структурная складка цитохромов класса II c -типа содержит пучок из четырех α-спиралей с ковалентно прикрепленной группой гема в его ядре. [12] Представителями класса II являются высокоспиновый цитохром c ' и ряд низкоспиновых цитохромов c , например, cyt c 556 . cyt c ' способны связывать такие лиганды , как CO , NO или CN − , хотя и с константами скорости и равновесия в 100–1 000 000 раз меньшими, чем у других высокоспиновых гемпротеинов . [13] Это, в сочетании с его относительно низким окислительно-восстановительным потенциалом, делает маловероятным, что cyt c ' является терминальной оксидазой . Таким образом, cyt c ', вероятно, функционирует как белок переноса электронов . [12] Были определены трехмерные структуры ряда cyt c ', которые показывают, что белки обычно существуют в виде димера . Chromatium vinosum cyt c ' демонстрирует диссоциацию димера при связывании лиганда . [14]

Класс III

Белки, содержащие несколько ковалентно связанных гемовых групп с низким окислительно-восстановительным потенциалом, включены в класс III. Группы гема C , все бис-гистидинил-координированные, структурно и функционально неэквивалентны и представляют различные окислительно-восстановительные потенциалы в диапазоне от 0 до -400 мВ. [15] Членами этого класса являются, например, цитохром c 7 (тригем), цитохром c 3 (тетрахем) и высокомолекулярный цитохром c (Hmc), содержащий 16 гемовых групп с всего лишь 30-40 остатками на гемовую группу. [16] Были определены трехмерные структуры ряда белков cyt c 3. Белки состоят из 4-5 α-спиралей и 2 β-слоев, обернутых вокруг компактного ядра из четырех непараллельных гемов, которые представляют относительно высокую степень воздействия растворителя . Общая архитектура белка, ориентация плоскости гема и расстояния железо-железо высоко консервативны. [15]

Примером является фотосинтетический реакционный центр Rhodopseudomonas viridis , содержащий тетрагемовую субъединицу цитохрома c . [17]

Класс IV

По мнению Эмблера (1991), белки цитохрома c, содержащие другие простетические группы, помимо гема C, такие как флавоцитохромы c (сульфиддегидрогеназа) и цитохромы cd 1 (нитритредуктаза), относятся к классу IV. [9] Поскольку эта группировка больше связана с тем, как используется группа гема, а не с тем , как выглядят сами домены, белки, помещенные в эту группу, имеют тенденцию быть разбросанными в других в биоинформатических группировках.

Биогенез

Присоединение гем-группы физически отделено от биосинтеза белка . Белки синтезируются в цитоплазме и эндоплазматическом ретикулуме , тогда как созревание цитохромов c происходит в периплазме прокариот , межмембранном пространстве митохондрий или строме хлоропластов . Было обнаружено несколько биохимических путей , которые различаются в зависимости от организма. [18]

Система I

Также называется созреванием цитохрома c (ccm) и встречается у Pseudomonadota , митохондрий растений, некоторых простейших митохондрий, дейнококков и архей . [19] Ccm включает в себя по крайней мере восемь мембранных белков (CcmABCDEFGH), которые необходимы для переноса электронов в гемовую группу, обработки апоцитохрома и прикрепления гема к апоцитохрому. Комплекс, подобный ABC-транспортеру, образованный CcmA 2 BCD, присоединяет гемовую группу к CcmE с использованием АТФ . CcmE переносит гем в CcmF, где происходит присоединение к апоцитохрому. Транспорт апопротеина из цитоплазмы в периплазму происходит через систему транслокации Sec . CcmH используется системой для распознавания апоцитохрома и направления его к CcmF.

Система II

Цитохромы c в хлоропластах , грамположительных бактериях, цианобактериях и некоторых псевдомонадах производятся системой синтеза цитохрома c (ccs). Она состоит из двух мембранных белков CcsB и CcsA. Было высказано предположение, что белковый комплекс CcsBA действует как переносчик гема в процессе прикрепления. [20] У некоторых организмов, таких как Helicobacter hepaticus, оба белка обнаружены в виде слитого единого белка. Транспорт апопротеина также происходит через транслокон Sec.

Система III

Митохондрии грибов , позвоночных и беспозвоночных вырабатывают белки цитохрома c с помощью одного фермента, называемого HCCS ( голоцитохром c-синтаза ) или цитохром c -гемлиаза (CCHL). [21] [22] Белок прикреплен к внутренней мембране межмембранного пространства. [23] У некоторых организмов, таких как Saccharomyces cerevisiae , цитохром c и цитохром c 1 синтезируются отдельными гемлиазами, CCHL и CC1HL соответственно. [24] У Homo sapiens для биосинтеза обоих белков цитохрома c используется один HCCS . [25]

Система IV

Для присоединения гема к цитохрому b 6 необходимы четыре мембранных белка . Главное отличие от систем I-III заключается в том, что присоединение гема происходит на противоположной стороне липидного бислоя по сравнению с другими системами. [18]

Белки человека, содержащие этот домен

CYCS ; CYC1

Ссылки

  1. ^ "Номенклатурный комитет Международного союза биохимии (NC-IUB). Номенклатура белков переноса электронов. Рекомендации 1989 года". Журнал биологической химии . 267 (1): 665–77. Январь 1992. doi : 10.1016/S0021-9258(18)48544-4 . PMID  1309757.
  2. ^ Allen JW, Ginger ML, Ferguson SJ (ноябрь 2004 г.). «Созревание необычных одноцистеиновых (XXXCH) митохондриальных цитохромов c-типа, обнаруженных у трипаносоматид, должно происходить через новый путь биогенеза». The Biochemical Journal . 383 (Pt. 3): 537–42. doi :10.1042/BJ20040832. PMC 1133747 . PMID  15500440. 
  3. ^ Eaves DJ, Grove J, Staudenmann W, James P, Poole RK, White SA, Griffiths I, Cole JA (апрель 1998 г.). «Участие продуктов генов nrfEFG в ковалентном присоединении гема c к новому мотиву цистеина-лизина в нитритредуктазе цитохрома c552 из Escherichia coli». Молекулярная микробиология . 28 (1): 205–16. doi :10.1046/j.1365-2958.1998.00792.x. PMID  9593308. S2CID  23841928.
  4. ^ Rodrigues ML, Oliveira TF, Pereira IA, Archer M (декабрь 2006 г.). «Рентгеновская структура мембраносвязанной цитохрома c хинолдегидрогеназы NrfH обнаруживает новую координацию гема». The EMBO Journal . 25 (24): 5951–60. doi :10.1038/sj.emboj.7601439. PMC 1698886 . PMID  17139260. 
  5. ^ Hartshorne RS, Kern M, Meyer B, Clarke TA, Karas M, Richardson DJ, Simon J (май 2007 г.). «Для созревания нового бактериального цитохрома c с нетрадиционным ковалентным связыванием гема требуется специальная гемовая лиаза» (PDF) . Молекулярная микробиология . 64 (4): 1049–60. doi : 10.1111/j.1365-2958.2007.05712.x . PMID  17501927. S2CID  20332910.
  6. ^ Assfalg M, Bertini I, Dolfi A, Turano P, Mauk AG, Rosell FI, Gray HB (март 2003 г.). "Структурная модель щелочной формы феррицитохрома C" (PDF) . Журнал Американского химического общества . 125 (10): 2913–22. doi :10.1021/ja027180s. PMID  12617658.
  7. ^ Петтигрю GW, Мур GR (1987). "Функция бактериальных и фотосинтетических цитохромов C" . Цитохромы C. Серия Springer по молекулярной биологии. Берлин-Гейдельберг: Springer. стр. 113–229. doi :10.1007/978-3-642-72698-9_3. ISBN 978-3-642-72698-9.
  8. ^ Мики К, Согабе С, Уно А и др. (май 1994 г.). «Применение автоматической процедуры молекулярной замены к анализу кристаллической структуры цитохрома c2 из Rhodopseudomonas viridis». Acta Crystallogr. D . 50 (Pt 3): 271–5. doi :10.1107/S0907444993013952. PMID  15299438.
  9. ^ ab Ambler RP (май 1991). "Изменчивость последовательностей в бактериальных цитохромах c". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1058 (1): 42–7. doi :10.1016/S0005-2728(05)80266-X. PMID  1646017.
  10. ^ Liu J, Chakraborty S, Hosseinzadeh P, Yu Y, Tian S, Petrik I, Bhagi A, Lu Y (апрель 2014 г.). «Металлопротеины, содержащие цитохромные, железо-серные или медные окислительно-восстановительные центры». Chemical Reviews . 114 (8): 4366–469. doi :10.1021/cr400479b. PMC 4002152 . PMID  24758379. 
  11. ^ Альварес-Паджи Д., Ганнибал Л., Кастро М.А., Овьедо-Руко С., Демикели В., Тортора В., Томасина Ф., Ради Р., Мургида Д.Х. (ноябрь 2017 г.). «Многофункциональный цитохром с: учимся новым трюкам у старой собаки». Химические обзоры . 117 (21): 13382–13460. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00257. hdl : 11336/65127 . ПМИД  29027792.
  12. ^ ab Moore GR (май 1991). "Бактериальные 4-альфа-спиральные пучковые цитохромы". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1058 (1): 38–41. doi :10.1016/s0005-2728(05)80265-8. PMID  1646016.
  13. ^ Kassner RJ (май 1991). "Свойства связывания лигандов цитохромами c'". Biochimica et Biophysical Acta . 1058 (1): 8–12. doi : 10.1016/s0005-2728(05)80257-9. PMID  1646027.
  14. ^ Ren Z, Meyer T, McRee DE (ноябрь 1993 г.). «Атомная структура цитохрома c' с необычной лиганд-контролируемой димерной диссоциацией при разрешении 1,8 А». Журнал молекулярной биологии . 234 (2): 433–45. doi :10.1006/jmbi.1993.1597. PMID  8230224.
  15. ^ ab Coutinho IB, Xavier AV (1994). "[9] Тетрагемовые цитохромы". Тетрагемовые цитохромы . Методы в энзимологии. Т. 243. С. 119–40. doi :10.1016/0076-6879(94)43011-X. ISBN 9780121821449. PMID  7830606.
  16. ^ Czjzek M, ElAntak L, Zamboni V, Morelli X, Dolla A, Guerlesquin F, Bruschi M (декабрь 2002 г.). «Кристаллическая структура гексадекагемового цитохрома Hmc и структурная модель его комплекса с цитохромом c(3)». Structure . 10 (12): 1677–86. doi : 10.1016/s0969-2126(02)00909-7 . PMID  12467575.
  17. ^ Lancaster CR, Hunte C, Kelley J, Trumpower BL, Ditchfield R (апрель 2007 г.). «Сравнение конформаций стигмателлина, свободных и связанных с фотосинтетическим реакционным центром и комплексом цитохрома bc1». Журнал молекулярной биологии . 368 (1): 197–208. doi :10.1016/j.jmb.2007.02.013. PMID  17337272.
  18. ^ ab Kranz RG, Richard-Fogal C, Taylor JS, Frawley ER (сентябрь 2009 г.). «Биогенез цитохрома c: механизмы ковалентных модификаций и перемещения гема и контроля окислительно-восстановительного взаимодействия гема и железа». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 73 (3): 510–28, Содержание. doi :10.1128/MMBR.00001-09. PMC 2738134 . PMID  19721088. 
  19. ^ Stevens JM, Mavridou DA, Hamer R, Kritsiligkou P, Goddard AD, Ferguson SJ (ноябрь 2011 г.). «Система биогенеза цитохрома c I». Журнал FEBS . 278 (22): 4170–8. doi :10.1111/j.1742-4658.2011.08376.x. PMC 3601427. PMID  21958041 . 
  20. ^ Frawley ER, Kranz RG (июнь 2009 г.). «CcsBA — это цитохром c-синтетаза, которая также функционирует в транспорте гема». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (25): 10201–6. doi : 10.1073/pnas.0903132106 . PMC 2700922. PMID  19509336 . 
  21. ^ Dumont ME, Ernst JF, Hampsey DM, Sherman F (январь 1987). «Идентификация и последовательность гена, кодирующего цитохром c гем лиазу в дрожжах Saccharomyces cerevisiae». The EMBO Journal . 6 (1): 235–41. doi :10.1002/j.1460-2075.1987.tb04744.x. PMC 553382. PMID  3034577 . 
  22. ^ Hamel P, Corvest V, Giegé P, Bonnard G (январь 2009 г.). «Биохимические требования к созреванию митохондриальных цитохромов c-типа». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1793 (1): 125–38. doi :10.1016/j.bbamcr.2008.06.017. PMID  18655808.
  23. ^ Babbitt SE, Sutherland MC, San Francisco B, Mendez DL, Kranz RG (август 2015 г.). «Биогенез митохондриального цитохрома c: больше не загадка». Trends in Biochemical Sciences . 40 (8): 446–55. doi :10.1016/j.tibs.2015.05.006. PMC 4509832. PMID  26073510 . 
  24. ^ Steiner H, Zollner A, Haid A, Neupert W, Lill R (сентябрь 1995 г.). «Биогенез митохондриальных гем-лиаз у дрожжей. Импорт и сворачивание в межмембранном пространстве». Журнал биологической химии . 270 (39): 22842–9. doi : 10.1074/jbc.270.39.22842 . PMID  7559417.
  25. ^ Bernard DG, Gabilly ST, Dujardin G, Merchant S, Hamel PP (декабрь 2003 г.). «Перекрывающиеся специфичности митохондриальных цитохромов c и c1 гем-лиаз». Журнал биологической химии . 278 (50): 49732–42. doi : 10.1074/jbc.M308881200 . PMID  14514677.
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR002321
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR020942
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cytochrome_c_family&oldid=1235967091"