Estrutura do Citocroma C oxidase, funções, inibidores

O Citocroma C oxidase É um complexo proteico enzimático que pode atravessar a bicamada lipídica da membrana celular. É que fomos associados principalmente à membrana interna das mitocôndrias, sendo ambos em organismos procarióticos (bactérias), como nos eucariotos (unicelular e multicelular).

Também chamado de complexo IV, essa enzima é vital nas funções metabólicas aeróbicas dos organismos, pois é essencial na cadeia de transporte de elétrons na qual as células queimam açúcares e captura parte da energia liberada para armazenar adenosina contrafosfato ou ATP.

Bola e Palo Modelo do Hemo, de uma molécula encontrada na estrutura cristalina da citocromo c oxidase do coração bovino. Tomado e editado de: Benjah-BMM27 [Domínio Público].

O nome do citocromo significa "pigmentos celulares". Estas são proteínas sanguíneas que transportam elétrons. Os citocromos foram descobertos pelo médico irlandês Charles Alexander MacMunn em 1884. Macmunn foi pioneiro em descobrir o pigmento respiratório do sangue, chamado hoje citocromo 1.

Nos anos 20 do entomologista russo e parasitologista russo do século passado. Embora Macmunn os tenha descoberto em 1884, a comunidade científica havia esquecido e até alguns haviam entendido mal seu trabalho.

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Características gerais

Em geral, os pigmentos respiratórios têm espectros visíveis característicos. Sabe -se que existem pelo menos quatro complexos abrangentes de proteínas da membrana, onde existem 5 tipos diferentes de citocromos: A, A3, B, C1 e C, classificados de acordo com os comprimentos de onda dos máximos de absorção espectral.

Eles geralmente são encontrados na membrana interna das mitocôndrias. No entanto, eles também foram observados no retículo endoplasmático e cloroplastos, em organismos eucarióticos e procarióticos.

Eles apresentam o grupo protético Hemo contendo ferro (fé). Cada um dos citocromos conhecidos atua em complexos multienzimáticos no transporte de elétrons da cadeia respiratória.

Os citocromos têm a função de participar de reações de redução de óxido. Reações de redução, onde aceitam elétrons, ocorrem de maneira diferente para cada tipo de citocromo, e seu valor é determinado pelo fluxo de elétrons da cadeia respiratória.

-Citocromo c

Quatro tipos de citocromo c são conhecidos, que são os seguintes.

Classe I

Dentro desta classe estão os citocromos C solúveis de baixo turno (Lowspin), presentes em bactérias e mitocôndrias. Eles são octaedrais. O local da União Hemo está no final da histidina e o sexto ligante é fornecido por um resíduo de metionina no final C.

A partir desta classe, você pode até reconhecer várias subclasses, que foram determinadas sua estrutura tridimensional.

Classe II

Nesta classe, existem citocromos C de alta reviravolta (highspin) e alguma volta baixa. Os altas curvas são o local de ligação próximo ao END-C e, naqueles com baixo turno, o sexto ligante parece ser um resíduo metionina próximo ao final do N-Termus em inglês). Eles são pentacoordinados com o quinto ligante histidina.

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Classe III

Esta classe é caracterizada por citocromos c com múltiplos hemo (C3 e C7) e um redutor de óxido de baixo potencial, com apenas 30 resíduos de aminoácidos por hemo. Nos representantes desta classe, os grupos hemo C têm funções de estrutura e não equivalentes, além de apresentar diferentes potenciais redox. Eles são octaedrais.

Classe IV

Segundo alguns autores, essa classe foi criada apenas para incluir proteínas complexas apresentadas por outros grupos protéticos, bem como hemo c, ou flavocitocroma c, entre outros.

O citocromo c oxidase ou o complexo iv

A citocromo c oxidase é uma enzima mitocondrial que realiza a fase final do transporte eletrônico na respiração celular. Esta enzima catalisa o transporte de elétrons do citocromo reduzido para oxigênio.

Alguns compostos químicos, como cianeto, dióxido de carbono e azid. Outras formas de inibição do complexo IV são mutações genéticas.

Do ponto de vista evolutivo, o citocromo c oxidase é encontrado apenas em organismos aeróbicos, e vários grupos de cientistas sugerem que a presença dessa proteína indica relações evolutivas em que plantas, fungos e animais também compartilhavam um ancestral em comum.

Estrutura

A citocromo c oxidase forma um complexo homodimérico, ou seja, composto por dois monômeros semelhantes na membrana interna das mitocôndrias. O complexo enzimático consiste em 3 a 4 subunidades em organismos procarióticos e até um máximo de 13 (alguns sugerem 14) polipeptídeos em organismos como mamíferos.

Nesses organismos, 3 polipeptídeos são de origem mitocondrial e o restante se origina no núcleo. Cada monômero possui 28 hélices transmembranares que separam domínios hidrofílicos da matriz da membrana e espaço intermembranar.

Possui apenas uma unidade catalítica, encontrada em todas as enzimas que catalisam as reações de oxidação/redução, usando oxigênio molecular (oxidases, especialmente hemo-cober). O complexo contém citocromos A e A3 Unidos pela subunidade I e dois centros de cobre.

Apresenta um ou vários grupos hemo C ligados à estrutura proteica circundante por um ou mais (geralmente dois) links de tioréter. Outros autores sugerem que existe um único grupo Hemo C ligado à proteína entre o anel de porfirina e dois resíduos de cisteína.

O único grupo Hemo C mencionado acima, é cercado por resíduos hyodrofóbicos e é hexacoordinada, sendo histidina na posição 18 da cadeia polipeptídica e métodina em 80.

Pode atendê -lo: planta célulaSubunidade citocroma c oxidase. Tomado e editado de: Jawahar Swaminathan e funcionários do MSD no European Bioinformatics Institute [Public Domain]

Funções

Citocroma c oxidases são protagonistas em três mecanismos fisiológicos primários, que veremos abaixo.

Apoptose ou morte celular programada

A apoptose é a destruição ou morte celular programada, causada pelo mesmo organismo e que visa controlar o crescimento, o desenvolvimento, a eliminação de tecidos danificados e a regulação do sistema imunológico. Neste processo fisiológico, o citocromo c oxidase participa como intermediário.

Esta proteína, liberada por mitocôndrias, leva a uma interação com o retículo endoplasmático, o que causa a secreção ou liberação de cálcio. O aumento progressivo do cálcio desencadeia uma liberação maciça de citocromo c oxidase, até que seja possível atingir níveis citotóxicos de cálcio.

Níveis citotóxicos de cálcio e a liberação de citocromos C causam ativação em cascata de várias enzimas, responsáveis ​​pela destruição de células.

Regeneração de células ou tecidos

Vários estudos indicam que quando o citocromo c oxidase é exposto a comprimentos de onda de 670 nanômetros, participam de um complexo funcional, que penetra no tecido danificado ou lesionado e aumenta a velocidade da regeneração celular.

Metabolismo energético

Esta é talvez a função mais conhecida e mais relevante da citocromo c oxidase. É precisamente o complexo da oxidase (da cadeia respiratória) que responsável pela coleta dos elétrons do citocromo c e os transfere para a molécula de oxigênio, reduzindo -o a duas moléculas de água.

Conectado a esse processo, há uma translocação de prótons através da membrana, resultando na geração de um gradiente eletroquímico que o complexo ATP Syntesase usa para produzir ou sintetizar ATP (adenosín Triffisphyte).

Inibidores

Citocroma C oxidase é inibida por vários processos químicos e compostos. A maneira como ocorre pode surgir como uma maneira natural de regular a produção ou ação da enzima ou pode ocorrer acidentalmente devido a envenenamento.

Na presença de azid. Isso causa uma interrupção no processo respiratório celular e, portanto, causa a asfixia química das células.

Outros compostos como óxido nítrico, sulfeto de hidrogênio, metanol e alguns álcoois metilados, também causam inibição de citocromo c oxidase.

Deficiência

A citocromo c oxidase é uma enzima controlada por genes do núcleo e das mitocôndrias. Existem alterações ou mutações genéticas que podem suportar uma deficiência de citocromo c oxidase.

Essas mutações perturbam a funcionalidade da enzima, uma vez que alteram sua estrutura enzimática, trazendo com eles distúrbios metabólicos durante o desenvolvimento embrionário (de acordo com estudos em humanos), que mais tarde afetarão o organismo em seus primeiros anos de vida de vida.

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A deficiência de citocromo c oxidase afeta os tecidos com alta demanda de energia, como coração, fígado, cérebro e músculos. Os sintomas dessas mutações são refletidos antes dos dois anos de vida e podem se manifestar como condições fortes ou leves.

Os sintomas leves podem ser vistos mesmo logo após o primeiro ano de idade e geralmente indivíduos com eles apenas têm uma diminuição na tensão muscular (hipotonia) e atrofia muscular (miopatia).

Por outro lado, indivíduos que têm sintomas mais fortes podem ter atrofia muscular e encefaliopatia. Outras condições causadas pela ausência de citocromo c oxidase são miocardiopatia hipertrófica, aumento patológico no tamanho do fígado, síndrome de Leight e acidose lática.

Usos em filogenia

Filogenia é a ciência responsável pelos estudos de origem, treinamento e desenvolvimento evolutivo do ponto de vista do ancestral, dos organismos.  Nas últimas décadas, os estudos de filogenia com análise molecular têm sido cada vez mais frequentes, lançando muita informação e resolvendo problemas taxonômicos.

Nesse sentido, alguns estudos filogenéticos indicam que o uso de citocromo c oxidases pode ajudar a estabelecer relações evolutivas. Isso ocorre porque esse complexo proteico é altamente preservado e está presente em uma ampla variedade de organismos, variando de protistas unicelulares a grandes vertebrados.

Exemplo disso, são os testes feitos com humanos, chimpanzés (Pão de pão) e macacos rhesus (Mulatta Macaca). Tais testes revelaram que as moléculas de citocromo c oxidase de humanos e chimpanzés eram idênticos.

Ele também mostrou que as moléculas do citocromo c oxidase do macaco rhesus.

Referências

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