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Familia del citocromo c

El motivo de unión del hemo CXXCH en las proteínas del citocromo C. Las cadenas laterales de aminoácidos se muestran en blanco y el hemo está coloreado en negro.

Citocromos c (cyt c , citocromos de tipo c) citocromos , o proteínas que contienen hemo , que tienen hemo C unido covalentemente a la estructura principal del péptido a través de uno o dos enlaces tioéter . [1] Estos enlaces son en la mayoría de los casos parte de un motivo de unión específico Cys -XX-Cys- His (CXXCH) , donde X denota un aminoácido misceláneo . Dos enlaces tioéter de residuos de cisteína se unen a las cadenas laterales de vinilo del hemo, y el residuo de histidina coordina un sitio de unión axial del hierro del hemo . Los motivos de unión menos comunes pueden incluir un solo enlace tioéter, [2] una lisina [3] o una metionina [4] en lugar de la histidina axial o un motivo de unión CX n CH con n>2. [5] El segundo sitio axial del hierro puede ser coordinado por aminoácidos de la proteína, [6] moléculas de sustrato o agua . Los citocromos c poseen una amplia gama de propiedades y funcionan como proteínas de transferencia de electrones o catalizan reacciones químicas que involucran procesos redox. [7] Un miembro destacado de esta familia es el citocromo c mitocondrial .

Clasificación

Las proteínas del citocromo c se pueden dividir en cuatro clases según su tamaño, número de grupos hemo y potenciales de reducción: [9]

Clase I

Las proteínas citocromo c solubles pequeñas con un peso molecular de 8-12 kDa y un solo grupo hemo pertenecen a la clase I. [10] [11] Incluye el citocromo c soluble de bajo espín de las mitocondrias y las bacterias, con el sitio de unión del hemo ubicado hacia el extremo N , y el sexto ligando proporcionado por un residuo de metionina aproximadamente 40 residuos más adelante hacia el extremo C. El pliegue típico de la clase I contiene cinco hélices α . Sobre la base de la similitud de secuencia, los citocromos de clase I se subdividieron en cinco clases, IA a IE. La clase IB incluye el citocromo c mitocondrial eucariota y el citocromo c 2 "corto" procariota ejemplificado por el citocromo c 2 de Rhodopila globiformis ; La clase IA incluye el citoplasma c 2 'largo' , como el citoplasma c 2 de Rhodospirillum rubrum y el citoplasma c 550 de Aquaspirillum itersonii , que tienen varios bucles adicionales en comparación con el citoplasma c de la clase IB .

La entrada InterPro vinculada representa proteínas monohemáticas del citocromo c (excluidos los citocromos de clase II y de tipo f), como los citocromos c, c1, c2, c5, c555, c550-c553, c556, c6 y cbb3 . Los citocromos c dihemos ( InterPro :  IPR018588 ) son proteínas con un grupo de clase I y un grupo único.

Subclases

Clase II

El grupo hemo en las proteínas del citocromo c de clase II está unido a un motivo de unión C-terminal . El pliegue estructural de los citocromos de tipo c de clase II contiene un haz de cuatro hélices α con el grupo hemo unido covalentemente en su núcleo. [12] Los representantes de la clase II son el citocromo c ' de alto espín y varios citocromos c de bajo espín, por ejemplo , el citocromo c 556 . Los citocromos c ' son capaces de unirse a ligandos como CO , NO o CN − , aunque con constantes de velocidad y equilibrio de 100 a 1 000 000 de veces más pequeñas que otras hemoproteínas de alto espín . [13] Esto, junto con su potencial redox relativamente bajo, hace que sea poco probable que el citocromo c ' sea una oxidasa terminal . Por lo tanto, el citocromo c ' probablemente funciona como una proteína de transferencia de electrones . [12] Se han determinado las estructuras 3D de varios citocromo C ' que muestran que las proteínas suelen existir como un dímero . El citocromo C ' de Chromatium vinosum muestra una disociación del dímero tras la unión del ligando . [14]

Clase III

Las proteínas que contienen múltiples grupos hemo unidos covalentemente con un potencial redox bajo se incluyen en la clase III. Los grupos hemo C , todos coordinados con bis-histidinilo, son estructural y funcionalmente no equivalentes y presentan diferentes potenciales redox en el rango de 0 a -400 mV. [15] Los miembros de esta clase son, por ejemplo, el citocromo c 7 (trihemo), el citocromo c 3 (tetrahemo) y el citocromo c de alto peso molecular (Hmc), que contiene 16 grupos hemo con solo 30-40 residuos por grupo hemo. [16] Se han determinado las estructuras 3D de varias proteínas citocromo c 3. Las proteínas constan de 4-5 hélices α y 2 láminas β envueltas alrededor de un núcleo compacto de cuatro hemo no paralelos, que presentan un grado relativamente alto de exposición al solvente . La arquitectura general de la proteína, las orientaciones del plano del hemo y las distancias hierro-hierro están altamente conservadas. [15]

Un ejemplo es el centro de reacción fotosintética de Rhodopseudomonas viridis , que contiene una subunidad tetrahema del citocromo c . [17]

Clase IV

Según Ambler (1991), las proteínas del citocromo c que contienen otros grupos prostéticos además del hemo C, como los flavocitocromos c (sulfuro deshidrogenasa) y los citocromos cd 1 (nitrito reductasa) pertenecen a la clase IV. [9] Como esta agrupación está más relacionada con la forma en que se utiliza el grupo hemo que con el aspecto de los dominios en sí, las proteínas ubicadas en este grupo tienden a estar dispersas en otras en agrupaciones bioinformáticas.

Biogénesis

La unión del grupo hemo está físicamente separada de la biosíntesis de proteínas . Las proteínas se sintetizan dentro del citoplasma y el retículo endoplasmático , mientras que la maduración de los citocromos c ocurre en el periplasma de los procariotas , el espacio intermembrana de las mitocondrias o el estroma de los cloroplastos . Se han descubierto varias vías bioquímicas que difieren según el organismo. [18]

Sistema I

También llamada maduración del citocromo c (ccm) y se encuentra en Pseudomonadota , mitocondrias de plantas, algunas mitocondrias de protozoos , deinococos y arqueas . [19] Ccm comprende al menos ocho proteínas de membrana (CcmABCDEFGH) que son necesarias para la transferencia de electrones al grupo hemo, el manejo del apocitocromo y la unión del hemo al apocitocromo. Un complejo tipo transportador ABC formado por CcmA 2 BCD une un grupo hemo a CcmE con el uso de ATP . CcmE transporta el hemo a CcmF donde ocurre la unión al apocitocromo. El transporte de la apoproteína del citoplasma al periplasma ocurre a través del sistema de translocación Sec [ ancla rota ] . CcmH es utilizado por el sistema para reconocer el apocitocromo y dirigirlo a CcmF.

Sistema II

Los citocromos c en los cloroplastos , bacterias grampositivas , cianobacterias y algunas Pseudomonadota son producidos por el sistema de síntesis del citocromo c (ccs). Está compuesto por dos proteínas de membrana CcsB y CcsA. Se sugirió que el complejo proteico CcsBA actúa como un transportador de hemo durante el proceso de unión. [20] En algunos organismos como Helicobacter hepaticus ambas proteínas se encuentran como una sola proteína fusionada. El transporte de apoproteínas también ocurre a través del translocón Sec.

Sistema III

Las mitocondrias de hongos , vertebrados e invertebrados producen proteínas citocromo c con una sola enzima llamada HCCS ( holocitocromo c sintasa ) o citocromo c hemo liasa (CCHL). [21] [22] La proteína está unida a la membrana interna del espacio intermembrana. [23] En algunos organismos, como Saccharomyces cerevisiae , el citocromo c y el citocromo c 1 son sintetizados por hemo liasas separadas, CCHL y CC1HL respectivamente. [24] En el Homo sapiens se utiliza una única HCCS para la biosíntesis de ambas proteínas citocromo c . [25]

Sistema IV

Se necesitan cuatro proteínas de membrana para la unión de un hemo en el citocromo b 6 . Una diferencia importante con los sistemas I-III es que la unión del hemo se produce en el lado opuesto de la bicapa lipídica en comparación con los otros sistemas. [18]

Proteínas humanas que contienen este dominio

Ciclos ; ciclos1

Referencias

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