Citokróm oxidáz

A citokróm c oxidáz definíciója A citokróm c oxidáz (COX) a légzési elektrontranszferlánc IV. komplexét alkotja. A mitokondrium belső membránjának illetve a baktériumok sejtmembránjában egy integráns fehérjéje. A elektrontranszferlánc tagjai: - NADH-UQ oxidoreduktáz - szukcinát-UQ reduktáz - UQ-cit-c oxidoreduktáz avagy citokróm bc1 komplex - citokróm-c oxidáz A citokróm c oxidáz szerepe, hogy egy elektront vesz át a III. komplexről, a két komplex között a szállítást a citokróm c biztosítja, ezért is hívják cyt-c oxidáznak. A folyamat során egy hidrogén iont jutat át a mitokondriális mátrixból a membránok közti térbe, miközben egy O2 molekulát vízzé redukál.

A citokróm c oxidáz definíciója 2

A citokróm c oxidáz feladat A citokróm c oxidáz feladata A citokróm c oxidáz feladat A COX feladata kettős: A légzési elektrontranszport lánc végén az oxigén vízzé történő redukciója egy elektrondonortól (pl. citokróm c) kapott elektronok és a vizes fázisban lévő protonok segítségével (kémiai vagy sztöchiomet-rikus protonok). Ezért terminális oxidázként is említik. O2 + 4e-p + 4H+n = 2H2O A 4 elektron 4 citokróm c-től származik időben egymás után. A 4 elektron a lánc elején 2 NADH molekula redukciójából ered. A redox reakció szabadentalpiájának felhasználásával 4 további proton transzportja a membránon keresztül (proton pumpa). 4H+n  4H+p

A citokróm c oxidáz sztöhiometriája A teljes működést leíró egyenlet: O2 + 4e-p + 8H+n  2H2O + 4H+p , ahol p és n a membrán külső (pozitív) és belső (negatív) oldalát jelentik. Az egyenlet szerint a protontranszport sztöchiometriája megfelel 4 proton transzportjának a membránon keresztül. Azaz az elektromos töltéstranszport sztöchiometriája: 8 pozitív töltés transzportja minden egyes O2 molekulára vagy minden 2 NADH molekulára.

A citokróm c oxidáz sztöhiometriája cit-c 4e- 4H+ O2 2H2O 4 - 4 + = + + + + - - - - Végeredményben a  8 elemi töltés transzportjának megfelelően, a pH pedig 4 proton transzportjának megfelelően nő egy teljes katalitikus ciklus alatt.

A citokróm c oxidáz energetikája A homeosztázisban dinamikus egyensúly van, tehát adott membránpotenciál és pH különbség mellett folyik a töltések és protonok transzportja. Például: Egyensúlyban  = 180 mV, p = 200 mV (a különbség a pH-ból adódik). A cit-c redoxpotenciálja Eh = 290 mV, az ½ O2/H2O páré pedig 800 mV. Négy elektron átjutásakor a szabadentalpia-különbség, mV-ban kifejezve: E = 4 x ( 800-290-180) > 1200 mV. Ez elegendő lenne 6 proton átjuttatására a 200 mV-os proton elektrokémiai potenciálkülönbségen. A valóságban a COX csak 4 protont pumpál. A működése tehát szabadentalpia-disszipációval jár, ezért nem reverzibilis!

Különböző forrásokból származó citokróm c oxidázok Mindegyikben közös a katalitikus centrumok elhelyezkedése, környezete, oxidációs állapotai: CuA: 2 rézion, 1-szeresen redukálható: 2CuAII  CuAII + CuAI (kupri  kupro) hem a: 1-szeresen redukálható: FeIII  FeII (ferri  ferro) binukleáris centrum: hem a3 + CuB: 2-szeresen redukálható: FeIII + CuBII  FeII + CuBI , de a katalitikus ciklus közben a ferril forma (FeIV) is fellép átmenetileg.

Különböző forrásokból származó citokróm c oxidázok 2 eukarióta mitokondriális COX: Alegységek száma > 10. Ebből a 4 legnagyobbat a mitokondriális DNS kódolja. A két hem és a CuB az I. alegységhez, a CuA a II. alegységhez kötött. prokarióta COX (pl. Rhodobacter sphaeroides, Paracoccus denitrificans): Alegységek száma 3-4. A két hem és a CuB az I. alegységhez, a CuA a II. alegységhez kötött.

A citokróm c oxidáz alegységei II. alegység: CuA I. alegység: CuB, hem a3 és hem a

Rhodobacter sphaeroides citokróm c oxidáz (citokróm aa3) A piros golyók a szerkezetben stabilizált vízmolekulák. A protonok két csatornán juthatnak el a katalitikus (azaz a binukleáris) centrumba: a K és a D csatornán. Minden transzportált proton átmegy a D csatornán, a K csatorna szerepe valószínűleg az átmeneti töltéskompenzációban van. A hemek környezetéből a periplazmatikus oldalra nem vezet nyilvánvaló proton-út.

Rhodobacter sphaeroides citokróm c oxidáz (citokróm aa3) A D csatorna jól ki van bélelve vízmolekulákkal és poláros aminosav oldalláncokkal. Ennek fontos szerepe van a proton vezetőképességben.

Egy redox reakció által hajtott protonpumpa modellje: sztöchiometria: 1e- / 1

A citokróm c oxidáz valóságos katalitikus ciklusának egyik lehetséges modellje a modell csak a katalitikus (binukleáris) centrum környékét mutatja

A citokróm c oxidáz alkalmazásai A szabad gyökök közül réz szintjét enzimatikus úton alacsonyan tartja. Növényélettanban oxidáz tesztet használnak a Pseudomonas és Vibrio fajoktól történő elkülönítésében. Az oxidáz teszt: Egy csepp oxidáz reagenst cseppentsünk a szűrőpapír szeletre, majd a tesztmikrobák ferde agar tenyészetéből steril üvegbot segítségével (közönséges oltókacs alkalmazásánál a Fe2+- ionok jelenléte téves pozitivitást eredményezhet) kis mennyiségű baktériumtömeget kenünk az előzőleg impregnált szűrőpapírra. A pozitív reakciót a 30-60 másodperc alatt bekövetkező lilás elszíneződés jelzi. Az egy percen túl bekövetkező elszíneződést negatívnak kell tekinteni. A élelmiszeriparban a maradékanyagoknak állati eredetű élelmiszerekben való előfordulását mutatják ki a segítségével. A citokróm c oxidáz enzim működésének megváltozását az Archeimer-kórban szenvedőknél is megfigyelték