La citocromo c peroxidasa , o CCP , es una enzima soluble en agua que contiene hemo, de la familia de las peroxidasas, que toma equivalentes reductores del citocromo c y reduce el peróxido de hidrógeno a agua:
El CCP puede derivarse de cepas de levadura cultivadas aeróbicamente y puede aislarse tanto en formas nativas como recombinantes con alto rendimiento a partir de Saccharomyces cerevisiae . La función principal de la enzima es eliminar las moléculas radicales tóxicas producidas por la célula que son dañinas para los sistemas biológicos. Funciona para mantener bajos niveles de concentración de peróxido de hidrógeno, que es generado por el organismo de forma natural a través de la reducción incompleta del oxígeno. Cuando los niveles de glucosa en las cepas de levadura de rápido crecimiento se agotan, las células recurren a la respiración, lo que aumenta la concentración de H 2 O 2 mitocondrial. [1] Además de su actividad de peroxidasa, actúa como un sensor y una molécula de señalización para H 2 O 2 exógeno , que activa la actividad de la catalasa mitocondrial . [2] En eucariotas, el CCP contiene un cofactor hemo mono- tipo b y está dirigido al espacio intermembrana de las mitocondrias. En procariotas, el CCP contiene un cofactor dihemo tipo c y está localizado en el periplasma de la célula. Ambas enzimas trabajan para resistir el estrés celular inducido por el peróxido. [3]
El CCP desempeña un papel fundamental en la transferencia biológica de electrones entre proteínas . El proceso de transferencia de carga negativa se lleva a cabo mediante un complejo formado entre el citocromo c y la citocromo c peroxidasa que se produce en el espacio intermembrana de las mitocondrias. El mecanismo implica que el citocromo c ferroso (Cc) proporcione electrones para que el sistema Cc-CcP reduzca el peróxido de hidrógeno a agua. [4] El complejo se forma mediante interacciones no covalentes. [5]
La citocromo c peroxidasa puede reaccionar con hidroperóxidos distintos del peróxido de hidrógeno, pero la velocidad de reacción es mucho más lenta que con el peróxido de hidrógeno.
Fue aislado por primera vez de la levadura de panadería por RA Altschul, Abrams y Hogness en 1940, [6] aunque no con pureza. La primera preparación purificada de CCP de levadura data de Takashi Yonetani y su preparación mediante cromatografía de intercambio iónico a principios de la década de 1960. La estructura de rayos X fue obra de Thomas Poulos y colaboradores a fines de la década de 1970. [7] CCP es la primera enzima hemo cuya estructura se resolvió con éxito mediante cristalografía de rayos X.
La enzima de levadura es un monómero de peso molecular 34.000, que contiene 293 aminoácidos, y también contiene un único hemo b unido de forma no covalente . Tiene carga negativa y es una enzima de tamaño moderado (34,2 kDa). La apoenzima, no activa y unida a sustratos, tiene un punto isoeléctrico ácido de pH 5,0-5,2. [8] Esta enzima, algo poco habitual en las proteínas, cristaliza cuando se dializa frente a agua destilada. Además, la enzima purifica como consecuencia de la cristalización, lo que hace que los ciclos de cristalización sean un paso de purificación final eficaz.
Al igual que la catalasa , la reacción de la peroxidasa del citocromo c se desarrolla a través de un proceso de tres pasos, formándose primero un intermedio del Compuesto I y luego un Compuesto II:
El CCP en estado de reposo tiene un hemo férrico y, después de la adición de dos equivalentes oxidantes de un hidroperóxido (generalmente peróxido de hidrógeno), se oxida a un estado de oxidación formal de +5 (Fe V , comúnmente conocido como hemo ferrilo. Sin embargo, tanto las mediciones de susceptibilidad magnética a baja temperatura como la espectroscopia Mössbauer muestran que el hierro en el Compuesto I del CCP es un hierro ferrilo +4, y el segundo equivalente oxidante existe como un radical libre de larga duración en la cadena lateral del residuo de triptófano (Trp-191). [9] En su estado de reposo, el átomo de Fe (Fe (III)) en el hemo del CCP es paramagnético con un espín alto (S = 5/2). Una vez que se inicia el ciclo catalítico, el átomo de hierro se oxida para formar un intermedio de oxiferrilo (Fe (IV) = O) que tiene un espín bajo (S = 1/2). [4] Esto es diferente de la mayoría de las peroxidasas, que tienen el El segundo equivalente oxidante de la porfirina . El compuesto I del CCP tiene una vida bastante larga y se desintegra en el compuesto II del CCP con una vida media a temperatura ambiente de 40 minutos a un par de horas.
El CCP tiene una alta identidad de secuencia con la enzima ascorbato peroxidasa estrechamente relacionada .
Los estudios de análisis de aminoácidos revelan la presencia de residuos de Asp, Thr, Ser, Glu, Pro, Gly, Ala, Val, Met, Ile, Leu, Tyr, Phe, Lys, His, Arg, Cys y Trp en CCP cristalino. La enzima muestra un patrón de aminoácidos inusual en comparación con otras peroxidasas. Las peroxidasas vegetales, como la peroxidasa de rábano picante y la peroxidasa B de piña, tienen un bajo contenido de lisina, triptófano y tirosina y un alto contenido de cisteína. Por el contrario, CCP tiene un alto contenido de lisina, triptófano y tirosina y un bajo contenido de cisteína. [10] La enzima contiene una secuencia de 68 residuos en el extremo N-terminal de su proteína monomérica, que la dirige al espacio intermembrana de las mitocondrias , donde puede formar un complejo con el citocromo c y donde lleva a cabo sus funciones de sensor, señalización y catalítica. [1] Los estudios indican que la arginina distal (Arg48), un aminoácido altamente conservado entre las peroxidasas, juega un papel importante en la actividad catalítica del CCP al controlar su sitio activo a través de la estabilización del intermediario oxiferrilo reactivo a partir del control de su acceso. [11]
