La citocromo c è un'emoproteina importante per la sua funzione nei mitocondri nella sintesi di ATP. Tuttavia, quando una cellula riceve uno stimolo apoptotico, la citocromo c è rilasciata nel citosol e innesca la morte cellulare programmata attraverso l'apoptosi.
È una componente essenziale della catena di trasporto degli elettroni ed è in grado di ossidarsi o ridursi poiché il ferro presente si converte tra la forma Fe2+ e Fe3+, ma non lega l'ossigeno.
Si ritiene che la citocromo c si sia sviluppata all'inizio dell'evoluzione della vita e, poiché questa proteina ha un ruolo essenziale nella produzione di energia cellulare, è cambiata poco in milioni di anni.
Costituisce un sistema modello per lo studio delle reazioni redox, del folding delle proteine e, più recentemente, dell'attività della perossidasi indotta dal dispiegamento parziale sulle membrane.
Struttura della citocromo c
È una proteina globulare con una forma approssimativamente sferica ed è solubile in acqua. I residui di amminoacidi polari risiedono in gran parte sulla superficie esterna della proteina, mentre gli amminoacidi idrofobici si trovano in gran parte all'interno della proteina.
Contiene un gruppo protesico eme legato in modo covalente alla proteina tramite due legami tioetere ai residui di cisteina.
Il ferro presente nella citocromo c ha una geometria ottaedrica ed è coordinato da sei leganti ovvero 4 atomi di azoto dell'anello di porfirina, un atomo di zolfo di un residuo di metionina e un azoto dell'anello imidazolico dell'istidina. Ciascuno dei sei leganti ricchi di elettroni stabilizza la carica positiva sullo ione ferro.
L'eme è un gruppo molecolare di tipo non proteico che nelle proteine, cosiddette coniugate, sono uniti alla parte proteica della molecola e definiscono il gruppo cui la proteina coniugata appartiene.
I gruppi protesici eme svolgono un'ampia gamma di funzioni tra cui:
- trasferimento di elettroni
- trasporto e l'immagazzinamento dell'ossigeno
- catalisi
- rilevamento dei gas
- regolazione genica
Struttura
Catena di trasporto degli elettroni
La catena di trasporto degli elettroni si trova nella membrana mitocondriale interna delle cellule eucariotiche e nella membrana plasmatica delle cellule procariotiche. Nelle cellule eucariotiche, i protoni sono pompati dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana. Il potenziale elettrochimico generato dal gradiente protonico alimenta la generazione di ATP da parte dell'ATP sintasi, enzima appartenente alla classe delle idrolasi
Reazione
Quando un elettrone è trasferito dall'ubichinolo-citocromo c reduttasi alla citocromo c ossidasi nella catena respiratoria mitocondriale, essa è ridotta e ossidata in modo reversibile.
Nella reazione l'ossigeno molecolare è ridotto ad acqua secondo la reazione
4 Cyt c + 4H + + O2 + 4H +(matrice) → 4 Cyt c ox + 2 H 2O + 4H+(spazio intermembrana)
La reazione richiede quattro elettroni donati dalla citocromo c e portatore di elettroni e quattro protoni che sono trasferiti dalla matrice allo spazio intermembrana. Ogni citocromo c trasporta solo un elettrone, sono necessarie quattro molecole di citocromo c.
Citocromo c e apoptosi
L'apoptosi è una forma di morte cellulare programmata, che in condizioni normali, contribuisce al mantenimento del numero di cellule di un sistema. È un processo indispensabile durante il normale sviluppo, l'omeostasi dei tessuti, lo sviluppo del sistema nervoso e la regolazione del sistema immunitario.
Come la maggior parte delle proteine mitocondriali, è codificata da un gene nucleare e sintetizzata come una molecola precursore citoplasmatica, l'apocitocromo c. Questo è importato selettivamente nello spazio intermembrana mitocondriale dove un gruppo eme è legato covalentemente tramite legami tioetere ai residui di cisteina, vicino all'ammino-terminale dell'apocitocromo c dall'eme liasi. Il rilascio della citocromo c dai mitocondri è quindi un passo iniziale fondamentale nel processo apoptotico in quanto si lega ad altre proteine, portando, in ultima analisi, all'attivazione della cascata delle caspasi.
