Цитохром и цитохром с – Цитохром C инструкция по применению: показания, противопоказания, побочное действие – описание Cytochrome C Лиофилизат для приготовления раствора для в/в и в/м введения (20432)

ЦИТОХРОМЫ — Большая Медицинская Энциклопедия

ЦИТОХРОМЫ (греческий kytos вместилище, здесь — клетка + chroma цвет, окраска) — группа гемсодержащих белков, обладающих свойством принимать и отдавать электроны за счет изменения валентности центрального атома железа в геме. В группу цитохром входят соединения, выполняющие различные биол. функции и принимающие участие в таких важнейших клеточных процессах, как тканевое дыхание (см. Окисление биологическое) и окисление молекулярным кислородом различного рода неполярных органических соединений (см.). Биологическая роль некоторых цитохромов неясна, хотя, по-видимому, все они функционируют путем последовательного окисления и восстановления (см. Окислительно-восстановительные реакции). Некоторые цитохромы принято считать дыхательными ферментами (см.), а другие — просто переносчиками в процессах окисления и восстановления.

Спектр поглощения системы цитохром, типичной для ряда животных тканей, с четырьмя полосами в видимой части спектра впервые наблюдал Мак-Манн (С. A. MacMunn) в 1886 году. Однако только в 1925 году Д. Кейлин смог оценить биол. роль этих гем-содержащих белков (гемопротеидов). Им и был предложен термин «цитохромы», принятый биохимиками всех стран. Д. Кейлин первым установил, что цитохромная система играет важную роль в процессах тканевого дыхания и биол. окисления.

Цитохромы содержатся почти во всех растительных, животных и бактериальных клетках, использующих для своей жизнедеятельности энергию, освобождающуюся в процессе биол. окисления. К цитохромам относят все внутриклеточные гемопротеиды (см. Металлопротеиды), за исключением гемоглобина (см.), миоглобина (см.), каталазы (см.) и пероксидаз (см.).

Классификация цитохромов основана на различиях в природе их простетической группы — гема. В соответствии с четырьмя типами гема выделяют четыре группы цитохром, цитохромы a, b, с, d, которые различаются боковыми цепями при порфириновых кольцах (см. Порфирины). У цитохромов а гемовая группа содержит формильную боковую цепь, у цитохромов b простетической группой является протогем, нековалентно связанный с белковой частью молекулы, у цитохромов с боковые цепи гема ковалентно связаны с белком, а у цитохромов d гем содержит дигидропорфирин (хлорин). Если в молекуле цитохрома со специфическим белком связаны две разные гемовые группы, то в названии этого цитохрома указывают оба типа гемов, напр, цитохром cd (цитохром-оксидаза Pseudomonas; КФ 1.9.3.2).

Если в молекуле гемопротеида атом железа координационно связан не только с четырьмя атомами азота порфирина, но также с определенными группами белка (пятая и шестая координационные связи), то в обозначении цитохромы отсутствует знак «штрих», например, в цитохроме с одна из координационных связей формируется с остатком гистидина (см.), а другая — с остатком метионина (см.) белковой части молекулы. В обозначении цитохромов, у которых характер связей гемовой группы отличается от описанного выше, используется знак «штрих» (напр., цитохром c’).

Название цитохромы с установленной структурой включает числовой индекс, стоящий при букве, обозначающей подгруппу, к к-рой принадлежит данный цитохром, например, цитохром а

3 (цитохром с — оксидаза: КФ 1.9.3.1). При обозначении других цитохром указывают длину волны (в нанометрах) α-полосы в спектре поглощения восстановленной формы (например, цитохром с-554). Длину волны определяют при комнатной температуре и приводят ее значение для абсолютного (а не разностного) спектра поглощения.

Рис. 1. Графическое изображение спектров поглощения окисленной (сплошная линия) и восстановленной (пунктирная линия) форм цитохрома c: по оси абсцисс — длина волны в нм, по оси ординат — величина экстинкции в см2/моль; α, β и γ — максимумы поглощения. На графике поглощения восстановленной формы цитохрома с отчетливо видны пики, соответствующие трем характерным полосам поглощения: α-полоса 550 нм, β-полоса 520 нм и γ-полоса 415 нм. В результате окисления восстановленной формы цитохрома с поглощение в области α- и β-полос становится диффузным, максимумы исчезают, γ-полоса остается, но делается менее интенсивной и немного смещается в сторону ультрафиолетовой части спектра.
Рис. 1. Графическое изображение спектров поглощения окисленной (сплошная линия) и восстановленной (пунктирная линия) форм цитохрома c: по оси абсцисс — длина волны в нм, по оси ординат — величина экстинкции в см2/моль; α, β и γ — максимумы поглощения. На графике поглощения восстановленной формы цитохрома с отчетливо видны пики, соответствующие трем характерным полосам поглощения: α-полоса 550 нм, β-полоса 520 нм и γ-полоса 415 нм. В результате окисления восстановленной формы цитохрома с поглощение в области α- и β-полос становится диффузным, максимумы исчезают, γ-полоса остается, но делается менее интенсивной и немного смещается в сторону ультрафиолетовой части спектра.

Цитохромы в восстановленной форме обладают четко выраженным характерным поглощением в видимой области спектра. В типичном спектре поглощения индивидуального цитохрома (в восстановленном состоянии) имеются три основные полосы поглощения. В порядке уменьшения длины волны они обозначаются как α-, β- и γ-полосы. Самой интенсивной является γ-полоса; γ-полоса, обычно имеющая на графике вид острого пика, интенсивней, чем β-полоса. Следует отметить, что β-полоса поглощения у цитохромов а выражена весьма слабо, а иногда и совсем отсутствует. В результате окисления восстановленной формы цитохромы α- и β-полосы исчезают и поглощение в этой области становится диффузным; γ-полоса остается, но несколько смещается в сторону ультрафиолетовой области спектра (рис. 1).

Локализация цитохромы в клетках варьирует в зависимости от специализации клеток и от интенсивности их функционирования. Большая часть клеточных цитохром локализована во внутренней митохондриальной мембране (см. Митохондрии) и в микросомах (см.) — мембранах эндоплазматической сети, в плазматических мембранах, в мембранах хлоропластов, а также частично в ядерной мембране. Например, в летательных мышцах насекомых цитохромы расположены почти исключительно в митохондриях (во внутренней митохондриальной мембране), в то время как в клетках печени значительная доля всех цитохром находится в мембранах эндоплазматической сети.

Цепь переноса электронов в митохондриях схематически выглядит следующим образом:

субстрат (НАД-Н, сукцинат и др.) -> ФП(Feиг) -> KoQ -> цитохром b -> цитохром c1 -> цитохром с -> цитохром aa3 -> кислород O2,

где ФП (Fe

иг — специфичный к определенному субстрату флавопротеидный фермент, с которым связано негемовое железо, KoQ — убихинон, или кофермент Q.

В свою очередь участие цитохромов в системе окисления в микросомах может быть представлено одной из возможных схем:

участие цитохромов в системе окисления в микросомах может быть представлено одной из возможных схем

где RH — окисляемый субстрат, ФП1 — флавопротеид 1, или НАДФ•Н-дегидрогеназа.

Ферменты, являющиеся донорами электронов для цитохромов, носят групповое название цитохромредуктаз. Например, НАД • Н-цитохром b — редуктаза, цитохром b5 — редуктаза (КФ 1.6.2.2), окисляясь, восстанавливают соответствующие цитохромы.

Основными методами изучения функциональной активности цитохромы и их количественного содержания в тканях являются спектральные методы, основанные либо на измерении интенсивности полос поглощения восстановленных форм цитохромы, либо на определении разностного спектра поглощения между восстановленными и окисленными формами (см. Спектральный анализ). Интенсивность альфа-полос в спектре поглощения характеризует степень восстановленности разных цитохром даже тогда, когда они находятся в нативных тканях и суспензиях клеток.

Главная сложность при изучении цитохромы заключается в том, что большинство из них трудно получить в растворе. За исключением цитохрома с, большая часть которого легко экстрагируется, цитохромы можно выделить лишь с помощью таких жестких методов, как обработка клеток ультразвуком, детергентами (см.), а также путем ферментативного гидролиза. Очищенные цитохромы не реагируют друг с другом при смешивании, если при этом в реакционную смесь одновременно не добавляют фосфолипиды (см. Фосфатиды).

Наиболее характерными представителями цитохром являются цитохромы c и b5, цитохром P-450 и цитохром-оксидаза.

Цитохром с является наиболее изученным цитохромом. Он способен хорошо растворяться в воде. Этот цитохром имеет небольшой для белка молекулярный вес (около 13 000), выделен в кристаллическом виде из многих биологических источников, причем в каждом случае его первичная структура (то есть последовательность соединения аминокислотных остатков в белковой молекуле) полностью установлена. Сопоставление первичных структур цитохромов с разных биол. видов показало удивительное постоянство последовательности аминокислотных остатков в их полипептидной цепи; отмечено лишь небольшое число положений, в которых может происходить замена отдельных аминокислот. Поэтому цитохром с является удобным объектом для изучения точек дивергенции на протяжении биол. эволюции.

Цитохром с, подобно другим цитохромам с небольшим молекулярным весом, по существу является переносчиком в окислительно-восстановительных процессах, транспортируя окислительновосстановительные эквиваленты от одной молекулы к другой, как это делает НАД (см. Никотинамидадениндинуклеотид). Поэтому цитохром с можно считать истинным кофактором дыхательной цепи. Он не действует как фермент, активирующий специфический субстрат (см. Ферменты).

Цитохромоксидаза (синоним: цитохром aa3, цитохром с — оксидаза; КФ 1.9.3.1) катализирует окисление цитохрома с молекулярным кислородом и является конечным цитохромным компонентом в дыхательной цепи митохондрий (см.). Она локализована во внутренней мембране этих органелл и прочно связана с самой мембраной. Цитохромоксидаза внутренней мембраны митохондрий сердечной мышцы быка содержит шесть разных белковых субъединиц, обозначаемых номерами от I до VI. Гомогенные препараты белковых субъединиц этой цитохром-оксидазы были выделены методом электрофореза (см.) в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия. Они обладают гидрофобными свойствами, определены их мол. веса и аминокислотный состав.

Одна из гемовых групп цитохром-оксидазы (гем A3) может связывать дыхательные ингибиторы — монооксид углерода (угарный газ) или синильную кислоту (см.), изменяя при этом свой спектр поглощения; гем а эти ингибиторы не связывает.

Рис. 2. Графическое изображение спектров поглощения окисленной (I), восстановленной (II) форм цитохрома Р-450 и комплекса восстановленной формы цитохрома Р-450 с монооксидом углерода — угарным газом (III): по оси абсцисс — длина волны в нм, по оси ординат — величина экстинкции. Видно отличие спектра восстановленной и окисленной форм цитохрома Р-450 от типичного спектра поглощения цитохромов (см. рис. 1). Отчетливо выражена лишь гамма-полоса, при 450 нм находится максимум поглощения не самого цитохрома Р-450, а комплекса его восстановленной формы с угарным газом.
Рис. 2. Графическое изображение спектров поглощения окисленной (I), восстановленной (II) форм цитохрома Р-450 и комплекса восстановленной формы цитохрома Р-450 с монооксидом углерода — угарным газом (III): по оси абсцисс — длина волны в нм, по оси ординат — величина экстинкции. Видно отличие спектра восстановленной и окисленной форм цитохрома Р-450 от типичного спектра поглощения цитохромов (см. рис. 1). Отчетливо выражена лишь гамма-полоса, при 450 нм находится максимум поглощения не самого цитохрома Р-450, а комплекса его восстановленной формы с угарным газом.

Цитохром Р-450 представляет собой совершенно особый класс цитохромов. Он является ключевым ферментом метаболизма неполярных соединений экзогенного и эндогенного происхождения у животных и человека. Его название «цитохром Р-450» не соответствует номенклатуре, однако оно сохранилось в мировой биохимической литературе. Цитохром Р-450 представляет собой гемопротеид, который содержит гем b. Спектр поглощения его восстановленной формы не типичен для цитохромов (рис. 2). Цитохром Р-450 не поглощает свет при длине волны 450 нм, как можно было бы предполагать по его названию; полоса поглощения в этой области свойственна комплексу его восстановленной формы с монооксидом углерода CO. Сродство цитохрома P-450 к CO значительно выше, чем у цитохрома a3.

Цитохром Р-450 осуществляет реакции окисления молекулярным кислородом неполярных органических соединений. По характеру действия этот цитохром является монооксигеназой внешнего типа, использующей НАДФ-Н в качестве источника окислительно-восстановительных эквивалентов. Реакция окисления органических соединений, катализируемая этим цитохромом, протекает в соответствии с уравнением:

RH + O2+DH2 —> ROH + H2 + D,

где RH — окисляемое вещество, а DH2 — донор окислительно-восстановительных эквивалентов.

В клетках животных и человека цитохром Р-450 локализован в мембранах эндоплазматической сети, в наружной митохондриальной мембране и ядерной оболочке. Существует много различных изоформ цитохрома Р-450 (см. Изоферменты), только из печени кролика, например, выделено до 20 различных подфракций цитохрома Р-450. В клетках печени, легких, кожи и др. человека и животных цитохром Р-450 осуществляет реакции окисления неполярных чужеродных соединений (ксенобиотиков), в том числе лекарственных веществ, способствуя таким образом их удалению из гидрофобной зоны биол. мембран (см. Мембраны биологические). В стероидпродуцирующих тканях он осуществляет реакции окисления холестерина (см.) в стероидные гормоны (см.), в печени — биосинтез желчных кислот (см.) из холестерина. Цитохром Р-450 участвует в реакциях окисления ненасыщенных жирных кислот (см.) и биосинтезе простагландинов (см.). Ферментные системы, включающие цитохром Р-450, многокомпонентны и, кроме него, содержат НАДФ • Н-специфичные редуктазы, негемовые серосодержащие белки или цитохром b5.

Цитохром b5 — типичный гемопротеид типа b. Он участвует в монооксигеназных реакциях, взаимодействуя с цитохромом Р-450, в реакциях десатурации насыщенных жирных кислот. Вероятнее всего, НАД • Н-цитохром b5 — редуктазная система состоит из этого гемопротеида и НАД • Н-специфичного флавопротеида (см. Флавопротеиды) и является универсальной редуцирующей системой биологических мембран, использующей окислительно-восстановительные эквиваленты НАД-Н для восстановления-окисления белковых и небелковых функциональных групп.

Гистохимические методы определения цитохромов

Цитохромоксидазу и ее субстрат — цитохром с гистохимически выявляют с помощью так называемой G-нади-реакции или лабильной нади-реакции, окислительной реакции между альфа-нафтолом и диметил-n-фенилендиамином с образованием индофенолового синего. Эта реакция проводится на свежей фиксированной ткани. Образование индофенолового синего в G-нади-реакции катализируется цитохромом с, окисление которого молекулярным кислородом идет медленно и для ускорения требует присутствия цитохромоксидазы. Таким образом, положительная G-нади-оксидазная реакция свидетельствует о присутствии в исследуемой ткани системы цитохромоксидаза — цитохром с. Недостаток цитохрома с может препятствовать нормальному протеканию этой реакции. Структуры, обладающие ферментативной активностью, окрашиваются в синий, синевато-фиолетовый, синевато-коричневый и коричневато-черный цвет в зависимости от используемой модификации реакции. Из модификаций G-нади-реакции для определения цитохромоксидазы — цитохрома с чаще применяется модификация Берстона (метод окислительного сочетания). В качестве используемого амина в этой реакции применяют N-фенил-n-фенилендиамин, а в качестве агента сочетания, кроме альфа-нафтола, ряд различных замещенных нафтолов.

Реакции гистохимического выявления цитохром рекомендуют проводить в нейтральной или слабощелочной среде (pH 7,0—8,0). В качестве ингибиторов активности цитохром, используемых для изготовления контрольных препаратов, обычно употребляют азид натрия или цианид калия.

См. также Ферменты.


Библиогр.:

Арчаков А. И. Микросомальное окисление, М., 1975;

Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер., с англ., т. 2, с. 692, М., 1982; Лойда 3., Госсрау Р. и Шиблер Т. Гистохимия ферментов, Лабораторные методы, пер. с англ., с. 192, М., 1982; Пирс Э. Гистохимия, пер. с англ., М., 1962; Кeilin D. On cytochrome, a respiratory pigment, common to animals, yeast, and higher plants, Proc. roy. Soc. B, v. 98, p. 312, 1925—1926; Mac-Munn C. A. Researches on myohaematin and the histohaematins, Philos. Trans. B, V, 177, p. 267, 1886.


Как раскрыть секреты цитохрома с

Статья на конкурс «био/мол/текст»: «Только ленивый не занимался митохондриями!» — сказал один профессор. И действительно, митохондрии — очень популярный объект исследования, ведь в них происходит множество сложнейших биохимических и биофизических процессов, обусловливающих широкий набор функций данных органелл. Но, несмотря на активность исследователей, многие механизмы этих процессов и свойства отдельных компонентов митохондрий остаются загадкой. Это связано в первую очередь с отсутствием подходящих неинвазивных методик. В ходе междисциплинарного проекта, проводимого группой биофизики клетки Биологического ф-та МГУ и лабораторией неорганического материаловедения химического ф-та МГУ совместно с коллегами из Германии и Дании, удалось создать методику на основе спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния для селективного исследования цитохрома с непосредственно в живых митохондриях. Статья опубликована в журнале Scientific reports.

Обратите внимание!

Эта работа заняла первое место в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2015.


Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.


Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

О, эти спектры! О, эти пики!
В тайны молекул можем мы заглянуть.
Так и работаем мы в этом ЛИКе*,
И не напрасно избрали свой путь!
* — Лаборатория искусственного климата (ЛИК)
— прежнее название корпуса каф. Биофизики биофака МГУ.

Жалюзи опущены. Выключен свет. Мы погружены во мрак. Капля мутной жидкости падает на серебряную подложку. Вспышка зелёного света. 30 секунд. Спектр. Так начинается наш длинный день. А теперь обо всём по порядку.

Эти важные органеллы

Как вы уже (наверное) догадались, капля мутной жидкости — не что иное, как суспензия митохондрий. Митохондрии — это клеточные органеллы* размером около 1 микрона. Основная функция митохондрий — это окисление питательных веществ и производство молекул АТФ — универсального источника энергии для большинства биологических процессов в клетках. Кроме того, митохондрии участвуют в инициации апоптоза, старении клеток, продукции активных форм кислорода (АФК) [1], метаболизме лекарств, выработке тепла, запасают в себе ионы кальция, синтезируют некоторые гормоны и т.д. [2]. Митохондрии обладают столь широким спектром функций, что нарушение их работы является причиной многих заболеваний: различных видов миопатий, сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и многих других [3]. Большинство из них связаны с мутациями в генах, кодирующих белки митохондрий**. Но может быть и наоборот: некоторые заболевания или неправильный образ жизни могут привести к нарушению работы митохондрий, например ожирение [4] или употребление наркотиков [5]. С другой стороны, митохондрии как преобразователи энергии и, фактически, белковый электропровод представляют большой интерес для физиков — биоников [6].

Митохондрии: как всё устроено

Митохондрии состоят из двух мембран: внешней, проницаемой для ионов и некоторых белков, и внутренней, ограничивающей внутреннее пространство митохондрий — матрикс. Пространство между мембранами так и называется — межмембранное пространство (ММП). Внутренняя мембрана образует множество инвагинаций (так называемых крист). В матриксе митохондрий расположены ферменты цикла Кребса, а во внутренней мембране митохондрий находится четыре белковых комплекса дыхательной цепи (электрон-транспортной цепи, ЭТЦ) и АТФ-синтаза (рис. 1). Также в митохондриях есть подвижные элементы дыхательной цепи: убихинон во внутренней мембране и цитохром с в ММП. Принцип работы дыхательной цепи — окисление субстратов, поступающих из цикла Кребса, и перенос электронов от этих субстратов по кофакторам ЭТЦ на конечный акцептор — кислород. Есть определенная закономерность в последовательности переноса электрона: электроны поступают от донора с более отрицательным редокс-потенциалом* (Еred/ox) к акцептору с более положительным Еred/ox. Таким образом, электрон как будто движется вниз по течению (рис. 2). Во время переноса электронов некоторые комплексы дыхательной цепи закачивают протоны из матрикса в ММП, тем самым создавая электрохимический потенциал на внутренней мембране митохондрий, который используется для синтеза АТФ (рис. 1) [2].

Внутренняя мембрана митохондрий

Рисунок 1. Во внутренней мембране митохондрий локализованы комплексы дыхательной цепи: I — НАДН-дегидрогеназа, II — сукцинат-дегидрогеназа, III — цитохром b–c1-комплекс, или цитохром с-редуктаза, IV — цитохром а–а3, или цитохромоксидаза, и фермент АТФ-синтаза. Q — убихинон, «с» в зелёном кружке — цитохром с. Чёрными стрелками показан транспорт электрона, пунктирной стрелкой — диффузия цитохрома с от комплекса III к IV, зелеными стрелками — перенос протона.

Редокс-потенциалы

Рисунок 2. Метафорическое изображение среднеточечных редокс-потенциалов различных переносчиков ЭТЦ митохондрий в энергетической шкале (вольт) на фоне реки Тохмайоки в Карелии.

Несмотря на то, что с митохондриями работали корифеи науки, такие как Кребс, Митчелл, Ленинджер, Чанс, Скулачёв и многие другие, благодаря которым мы столько знаем об этих органеллах, всё же многие митохондриальные процессы и свойства переносчиков электронов до сих пор не изучены. Это связано в первую очередь с отсутствием подходящих неинвазивных методик. В этом году нашей лабораторией в сотрудничестве с коллегами из других факультетов МГУ, а также из Дании и Германии, удалось создать методику для селективного исследования конформации гема цитохрома с непосредственно в живых митохондриях [9].

Что такое конформация гема и почему она важна?

Если приглядеться к комплексам дыхательной цепи (рис. 1), то в трёх из них можно увидеть цитохромы — гем-содержащие белки, которые являются кофакторами, участвующими в переносе электронов. А ещё один цитохром диффундирует в ММП. Всего в митохондриях имеется три типа цитохромов: а, b и с. Они очень похожи и отличаются только боковыми радикалами (рис. 3).

Гемы цитохромов разных типов

Рисунок 3. Гемы цитохромов разных типов. Каждый гем состоит из четырех пятичленных азотосодержащих циклов, связанных между собой. Это т.н. порфирины. Атомы азота координируют атом железа (Fe). Гемы отличаются боковыми группами, и только гем типа с связан с белком ковалентно. Рисунок из [2].

Во время переноса электрона меняется редокс-состояние гемового железа цитохромов Fe3+/Fe2+, что приводит к изменению конформации всего гема. Эти два параметра (Еred/ox и конформация) всегда связаны друг с другом. Кроме того, изменение в белковом окружении тоже приводит к изменению конформации гема [10, 11]. А так как Еred/ox определяет эффективность переноса электрона, то конформация гема — вещь важная. К тому же, чтобы произошел перенос электрона с одного цитохрома на другой, нужно, чтобы гемы этих цитохромов находились на определенном расстоянии друг от друга и были правильно ориентированы (рис. 4). Поэтому любые изменения в цитохромах могут отражаться на эффективности переноса электрона, т.е. на работе всей дыхательной цепи и, как следствие, энергообеспечении клеток [12, 13].

Расположение и конформации гемов цитохрома

Рисунок 4. а. Расположение гемов цитохромов с и с1 при переносе электрона. б. Различные конформация гема цитохромов. Рисунки из [12] и [13].

Наиболее интересен в этом отношении цитохром с, так как это единственный мобильный переносчик электронов, курсирующий в ММП (все остальные цитохромы заякорены в комплексах ЭТЦ), поэтому он наиболее подвержен изменениям, которые могут происходить в митохондриях. Помимо этого выход цитохрома с запускает каскад реакций, ведущих к апоптозу, и в этом процессе тоже важен его редокс-потенциал [14].

Возникает вопрос, как понять, в какой конформации и в каком редокс-состоянии находится гем цитохрома с в митохондриях?

Как увидеть конформацию гема и оценить Еred/ox?

Гем эритроцитов

Рисунок 5. Сверху показан гем типа b, который содержится в эритроцитах, снизу — спектр КР эритроцита. Различные группы атомов и соответствующие им пики обозначены одним цветом. Рисунок из [20].

Численно можно определить Еred/ox с помощью электрохимических методов. Однако для этого нужные комплексы дыхательной цепи изолируют и помещают в совершенно иные условия среды, что может само по себе изменить их свойства. Благодаря таким мощным методам как ЯМР и рентгеноструктурный анализ, мы знаем, в какой конформации находятся белки и кофакторы дыхательной цепи в окисленной и восстановленной форме. Но нас интересует их состояние в максимально естественных условиях, а также соотношение этих состояний при работе дыхательной цепи. Есть несколько неинвазивных методов для определения окислительно-восстановительного состояния цитохромов. Например, абсорбционная спектроскопия. Спектр поглощения митохондрий — это суммарный спектр всех имеющихся цитохромов в митохондриях, а также ФАД. Но из-за того, что все типы цитохромов очень похожи и, соответственно, обладают схожими спектрами поглощения, а их окислительно-восстановительное состояние всё время меняется при нормальной работе дыхательной цепи, становится сложно оценить вклад различных цитохромов в спектр [15].

По спектрам флуоресценции НАДН и ФАД+ можно примерно оценить редокс-состояние только комплексов I и II. А по потенциалу на внутренней мембране митохондрий можно судить только о работе митохондрии в целом [16].

Напрямую получение информации о конформации и редокс-состоянии цитохрома с в интактной (целой и функционирующей) митохондрии — это крайне сложная задача, ведь его конформация постоянно меняется при работе ЭТЦ, он диффундирует и взаимодействует с мембранными комплексами. Наличие метода, который бы позволял это сделать, значительно расширило бы наши знания о влиянии цитохрома с на активность дыхательной цепи и его вкладе в развитие митохондриальных патологий.

К митохондриям от чистого сердца

Несколько лет назад в работах нашей группы вопрос о неинвазивном методе исследования цитохромов митохондрий в клетках уже поднимался. На тот момент сотрудники лаборатории исследовали влияние окислительного стресса на кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы), методом комбинационного рассеяния света (КР, Raman spectroscopy) [17]. Подробно об этом рассказывается в статье «Спектроскопия КР: новые возможности старого метода» [18].

Спектр комбинационного рассеяния молекулы представляет собой колебательный спектр, пики которого характеризуют нормальные частоты колебаний молекулы. Отдельные группы атомов вносят свой вклад в различные колебания молекулы, поэтому можно сказать, что каждый пик на спектре КР характеризует колебания определённой группы атомов (рис. 5) [19, 20]. Таким образом, спектр КР — нечто вроде «отпечатков пальцев» молекулы. И так же, как по отпечаткам пальцев можно отличить родных братьев, по спектрам КР можно отличить схожие по строению молекулы. Кроме того, спектры КР чувствительны к изменениям конформации молекул, ведь если конформация меняется, то меняются и нормальные частоты колебаний.

В ходе работы с кардиомиоцитами было показано, что спектры КР разных типов цитохромов и миоглобина (который, как и гемоглобин, содержит гем типа b) можно различать по спектрам КР интактных клеток и даже определять их окислительно-восстановительное состояние. Позже Н.А. Браже с другими сотрудниками успешно провели подобное исследование на целом сердце, т.е. in situ (рис. 6) [21].

Регистрация спектра КР целого сердца

Рисунок 6. Регистрация спектра КР целого сердца. Рисунок из [21].

Однако у цитохромов есть одна особенность — спектр КР интенсивен только для восстановленных их форм, тогда как спектр окисленных состояний обладает очень низкой интенсивностью. Поэтому основным критерием определения восстановленности цитохромов является интенсивность сигнала. Но если мы ориентируемся только на интенсивность, то можем потерять важную информацию об изменениях в исследуемой системе! Ведь интенсивность зависит и от количества молекул, и от выраженности тех или иных колебаний, и от других параметров. К тому же, для определения точного положения пиков большинство исследователей, имеющих дело с цитохромами, вынуждены искусственно восстанавливать образцы, что заведомо нарушает их нативность.

Отчасти проблему решили японские учёные. Они определили, какие пики на спектре КР характерны только для восстановленных, а какие — только для окисленных цитохромов [22]. Однако проблема интенсивности спектров по-прежнему сохранялась. Нужно было её решать!

Усиливая сигнал

Один из способов усилить сигнал КР — это поместить исследуемую молекулу вблизи наночастицы благородного металла, например, золота или серебра. Эти металлы обладают свободными поверхностными электронами, а квант коллективных колебаний таких электронов называется плазмон. Если частота падающего света входит в резонанс с частотой колебаний поверхностных электронов металла, то возникает эффект плазмонного резонанса, который приводит к многократному усилению электромагнитного излучения вблизи наночастицы. Этот эффект используют в методе поверхностного плазмонного резонанса (surface plasmon resonance, SPR), в абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии [23]. Но нас интересует способ усилить именно сигнал КР. И для этого существует спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР, англ. Surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)*.

Спектры КР и ГКР цитохрома с хорошо известны [24, 25]. И что самое замечательное, в отличие от спектров КР, спектры ГКР окисленного и восстановленного цитохрома с практически не отличаются по интенсивности. Так почему бы не зарегистрировать спектр ГКР митохондрий?

Идея пришла от О.В. Сосновцевой, профессора Копенгагенского университета, с которой наша лаборатория сотрудничает не первый год. Она даже предложила «подсобить» с митохондриями, так как с ними работали в соседней лаборатории, и они готовы были поделиться.

На тот момент было только две работы по изучению митохондрий методом ГКР и его разновидностью TERS (когда плазмонная частица находится на острие иглы кантилевера атомно-силового микроскопа, и сигнал ГКР регистрируют при сканировании поверхности образца). В первой работе [26] исследователи регистрировали спектр ГКР только от белков и липидов митохондрий, но не от цитохромов. А во второй работе [27] использовали не нативные, а высушенные митохондрии. Но как применить метод ГКР для изучения цитохромов живых митохондрий? Прежде чем ответить на этот вопрос, следует слегка переместиться в прошлое…

Междисциплинарность — залог успеха

В 2010 году, когда интерес к нанотехнологиям был на высоте, академик Юрий Дмитриевич Третьяков, в то время декан факультета наук о материалах (ФНМ) МГУ, решил начать межфакультетское сотрудничество с биологами для проведения совместных исследований методом ГКР. В итоге сотрудничество было установлено с лабораторией биофизики клетки под руководством Г.В. Максимова. Так наша лаборатория познакомилась с заместителем декана ФНМ химиком-материаловедом член-корр. Е.А. Гудилиным. Совместно с группой Гудилина начались активные исследования по применению ГКР в биологии.

Дело в том, что ГКР — метод непростой и требует исключительно междисциплинарного подхода. Каждый биообъект уникален, и чтобы регистрировать от него сигнал ГКР, нужно разрабатывать уникальные наноструктуры, которые бы усиливали сигнал от нужного объекта, не повреждали его и выдерживали «атаку» физиологических многокомпонентных буферов.

Большинство работ, связанных с ГКР, предполагают адсорбцию молекул на поверхности наноструктур, пусть даже введённых внутрь клетки [28]. Это связано с тем, что усиление сигнала КР наблюдается только на очень небольшом расстоянии от поверхности металла [29]. Однако такой подход не всегда удовлетворяет запросам биологов. В идеале усиление сигнала должно распространяться на достаточно большое расстояние, чтобы можно было работать с целыми клетками и органеллами, при этом не повреждая их, и желательно не вводить ничего внутрь. Для этой цели нужно разрабатывать специфический дизайн наноструктур и придумывать методы их синтеза, чем и занималась группа под руководством Гудилина.

Наконец, длительные и упорные попытки разработать такие структуры для исследования живых клеток увенчались успехом. В 2012-м году дебютировали наноструктурированные подложки для усиления сигнала от примембранного гемоглобина в интактных эритроцитах [20]. За счёт определённой морфологии наноструктур удалось получить усиление сигнала на расстоянии более 10 нм, т.е. больше толщины мембраны эритроцита.

Раз это удалось сделать для эритроцитов, то можно сделать и для митохондрий!

Долгожданный спектр ГКР митохондрий

Жалюзи опущены. Выключен свет. Комната погружена во мрак. Капля суспензии падает на серебряную подложку. Вспышка зелёного света. 30 секунд. Спектр. Тот самый долгожданный спектр ГКР от изолированных сердечных митохондрий был получен! Оставалось только понять, от каких именно структур в митохондриях исходит сигнал.

С учётом размеров компонентов митохондрий (рис. 7) и того, что усиление наблюдается на расстоянии нескольких нанометров от наноструктур, можно было предположить, что спектр ГКР митохондрий будет преимущественно спектром цитохрома с, так как этот цитохром наиболее близко подходит ко внешней мембране митохондрий и, соответственно, к наноструктурам. В то же время остальные цитохромы закреплены в комплексах внутренней мембраны.

Схема эксперимента

Рисунок 7. Схема эксперимента: изолированные сердечные митохондрии помещают на серебряную наноструктурированную поверхность и облучают зелёным лазером. На рисунке показаны размеры мембраны, межмембранного пространства (ММП) и участков комплексов ЭТЦ. VDAC — потенциал зависимый анионный канал, FCCP — протонофор, разобщающий электронный транспорт и синтез АТФ, олигомицин — ингибитор АТФ-синтазы, с в синем кружке — цитохром с. Рисунок из [9].

Это утверждение также подтверждалось при моделировании эффектов усиления КР серебряными наноструктурами, которые были использованы в работе. Группа наших коллег из лазерного центра Ганновера показала, что сложная морфология подложки со множеством углублений, в которые могут попадать митохондрии, позволило получать усиление на большом расстоянии (более 10 нм). А иерархическое устройство самих наноструктур увеличивало число мест контакта с мембраной митохондрий и, следовательно, число молекул цитохрома с, от которых можно было зарегистрировать сигнал ГКР. Если использовать те же наночастицы серебра, просто присоединенные к плоской подложке, то особого усиления не произойдет, что и подтверждалось в эксперименте (рис. 8).

Наноструктуры

Рисунок 8. а—в — Изображения наноструктур, полученные на сканирующем электронном микроскопе. а — масштаб 10 мкм; б — 1 мкм, в — 0,2 мкм. На изображениях хорошо видна иерархическая морфология серебряных наноструктур. г—д — две модели, которые использовались для математического моделирования эффекта усиления электрического поля наноструктурами. г — в случае, когда митохондрии помещают на плоскую поверхность с наночастицами серебра, не происходит значительного усиления сигнала. д — при использовании структур, образующих полости, покрытые наночастицами серебра, число мест контакта между митохондрией и наночастицами увеличивается, а усиление электрического поля направлено перпендикулярно поверхности, т.е. внутрь митохондрии. За счёт этого достигается многократное усиление сигнала ГКР цитохрома с. Рисунок из [9] с изменениями.

И действительно, полученный спектр ГКР митохондрий соответствовал спектрам цитохрома с! При использовании зелёного лазера в качестве возбуждающего света можно регистрировать сигнал только от цитохромов b и с, но не от цитохрома а, что облегчает задачу расшифровки спектров. Несмотря на схожесть структуры цитохромов типа b и с, они имеют ключевые пики на спектре, благодаря которым их нельзя перепутать (рис. 9). Таким образом, используемые наноструктуры давали усиление на достаточно большом расстоянии, чтобы зарегистрировать спектры от цитохрома с, но недостаточно большом, для того чтобы увидеть пики цитохромов b. И это как раз то, что нужно! Благодаря методу ГКР теперь можно исследовать селективно редокс-состояние и конформацию именно цитохрома с в живых функционирующих митохондриях.

Спектры ГКР

Рисунок 9. а — Спектры ГКР интактных митохондрий, помещенных на серебряную наноструктурированную поверхность. 1 — Спектр искусственно восстановленных цитохромов митохондрий; 2 — спектр активно функционирующих интактных митохондрий. б — Для сравнения приведен спектр ГКР эритроцитов, который соответствует спектру гема типа b, и спектр окисленного изолированного цитохрома с. Красным цветом отмечены пики, по которым можно чётко отличить спектр гема b и с. Рисунок из [9] с изменениями.

Как и ожидалось, спектры ГКР цитохрома с митохондрий оказались очень чувствительны к изменению его окислительно-восстановительного состояния. Для этого было исследовано два воздействия: внесение протонофора FCCP и ингибитора АТФ-синтазы олигомицина.

FCCP встраивается во внутреннюю мембрану митохондрий и начинает переносить протоны из ММП в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается [30]. В этом случае возрастает количество поглощённого кислорода и скорость окисления субстратов, а, следовательно, и количество окисленных молекул цитохрома с, что очень хорошо видно на спектрах ГКР. И наоборот, добавление ингибитора синтеза АТФ — олигомицина, который приводит к увеличению электрохимического градиента на фоне снижения скорости дыхания, увеличивает количество восстановленных молекул цитохрома с, что также выражено на спектрах ГКР митохондрий.

Таким образом, спектры ГКР митохондрий, являясь спектрами исключительно цитохрома с, оказались чувствительны к изменениям его конформации и редокс-состояния в процессе работы митохондрий.

Схема всей работы в одном ролике

Итоги

Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния позволяет многократно усилить сигнал КР от молекул вблизи наночастиц металла. Однако для проведения успешных экспериментов необходимо учитывать свойства как биологического объекта, так и наноструктур. «Ключевым моментом нашего достижения стал междисциплинарный подход к работе, в которую были вовлечены биологи, химики и физики», — поясняет одна из главных авторов проекта к.б.н. Надежда Браже, ставшая осенью 2015 года лауреатом премии L’Oreal Unesco для женщин в науке. — «Результатом такого подхода стало создание уникальной методики селективного определения редокс-состояния и конформации цитохрома с в живых функционирующих митохондриях, помещенных на специальную наноструктурированную поверхность. Разработанная методика поможет восполнить пробелы наших знаний о свойствах и поведении переносчиков электрона в митохондриях, а также может быть использована для разработки диагностических тестов для раннего выявления патологий митохондрий, чем и планируется заниматься в ближайшее время».

  1. Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов;
  2. Nelson D.L. and Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry (5th Edition). NY: W.H. Freemanand Company, 2008;
  3. Vafai S.B. and Mootha V.K. (2012). Mitochondrial disorders as windows into an ancient organelle. Nature491, 374—383;
  4. В ооцитах мышей с ожирением нарушается работа митохондрий;
  5. Пробило на хавчик;
  6. Moore L., Gust D., Moore T.A. (2007). Bio-inspired constructs for sustainable energy production and use. L’Actualité Chim. 308–309, 50–56;
  7. Как появились митохондрии (рассказ, похожий на сказку);
  8. Трое в лодке: о легализации замены митохондрий;
  9. Brazhe N.A., Evlyukhin A.B., Goodilin E.A., Semenova A.A., Novikov S.M., Bozhevolnyi S.I. et al. (2015). Probing cytochrome c in living mitochondria with surface-enhanced Raman spectroscopy. Sci. Rep. 5, 13793;
  10. Battistuzzi G., Borsari M., Cowan J.A., Ranieri A., Sola M. (2002). Control of cytochrome c redox potential : axial ligation and protein environment effects. J. Am. Chem. Soc. 19, 5315–5324;
  11. Dolla A., Blanchard L., Guerlesquin F., Bruschi M. (1994). The protein moiety modulates the redox potential in cytochromes c. Biochimie76, 471–479;
  12. Solmaz S.R.N. and Hunte C. (2008). Structure of complex III with bound cytochrome C in reduced state and definition of a minimal core interface for electron transfer. J. Biol. Chem. 283, 17542–17549;
  13. Ma J.G., Zhang J., Franco R., Jia S.L., Moura I., Moura J.J. et al. (1998). The structural origin of nonplanar heme distortions in tetraheme ferricytochromes c3. Biochemistry37, 12431–12442;
  14. Brown G.C. and Borutaite V. (2008). Regulation of apoptosis by the redox state of cytochrome c. Biochim. Biophys. Acta1777, 877–881;
  15. Chess D.J., Billings E., Covian R., Glancy B., French S., Taylor J. et al. (2013). Optical spectroscopy in turbid media using an integrating sphere: mitochondrial chromophore analysis during metabolic transitions. Anal. Biochem. 439, 161–172;
  16. Starkov A. and Fiskum G. (2003). Regulation of brain mitochondrial h3O2 production by membrane potential and NAD(P)H redox state. J. Neurochem. 86, 1101–1107;
  17. Brazhe N.A., Treiman M., Brazhe A.R., Find N.L., Maksimov G.V., Sosnovtseva O.V. (2012). Mapping of redox state of mitochondrial cytochromes in live cardiomyocytes using Raman microspectroscopy. PLoS One7, e41990;
  18. биомолекула: «Спектроскопия КР: новые возможности старого метода»;
  19. Горелик В. (1997). Комбинационное рассеяние света. Соросовский образовательный журнал. 6, 91–96;
  20. Semenova А.А., Goodilin E.А., Brazhe N.А., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Lebedev V.A. et al. (2012). Planar SERS nanostructures with stochastic silver ring morphology for biosensor chips. J. Mater. Chem. 22, 24530;
  21. Brazhe N.A., Treiman M., Faricelli B., Vestergaard J.H., Sosnovtseva O. (2013). In situ Raman study of redox state changes of mitochondrial cytochromes in a perfused rat heart. PLoS One8, e70488;
  22. Kakita M., Kaliaperumal V., Hamaguchi H. (2012). Resonance Raman quantification of the redox state of cytochromes b and c in-vivo and in-vitro. J. Biophotonics5, 20–24;
  23. Миграция энергии плазмонного резонанса: вторая жизнь оптической спектроскопии;
  24. Hu S., Morris I.K., Singh J.P., Smith K.M., Spiro T.G. (1993). Complete assignment of cytochrome c resonance Raman spectra via enzymic reconstitution with isotopically labeled hemes. J. Am. Chem. Soc. 115, 12446–12458;
  25. Delfino I., Bizzarri A.R., Cannistraro S. (2005). Single-molecule detection of yeast cytochrome c by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Biophys. Chem. 113, 41–51;
  26. Karataş O.F., Sezgin E., Aydin O., Culha M. (2009). Interaction of gold nanoparticles with mitochondria. Colloids Surf. B. Biointerfaces71, 315–318;
  27. Vitol E.A., Orynbayeva Z., Bouchard M.J., Azizkhan-Clifford J., Friedman G., Gogotsi Y. (2009). In situ intracellular spectroscopy with surface enhanced Raman spectroscopy (SERS)-enabled nanopipettes. ACS Nano3, 3529–3536;
  28. Kneipp J., Kneipp H., Wittig B., Kneipp K. (2010). Novel optical nanosensors for probing and imaging live cells. Nanomedicine6, 214–226;
  29. Moskovits M. (1978). Surface roughness and the enhanced intensity of Raman scattering by molecules adsorbed on metals. J. Chem. Phys. 69, 4159;
  30. Северин С. Е. Биохимия. Москва: ГЭОТАР-МЕД, 2003. — 779 с..

Цитохром f — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Цитохром f — самая большая субъединица цитохром-b6/f комплекса (пластохинон—пластоцианин редуктаза) шифр КФ 1.10.99.1. По своей структуре и функциям цитохром-b6/f комплекс аналогичен цитохром-b/c1 комплексу митохондрий и пурпурных бактерий. Цитохром f играет роль аналогичную цитохрому c1, несмотря на их различия по вторичной структуре[1].

Впервые третичная структура цитохрома f, была определена после его выделения из Brassica rapa[2]. Люмильная часть цитохрома f состоит из двух структурных доменов: малого и большого. Малый располагается поверх большого, который в свою очередь крепится к мембранному якорю, состоящему из длинной α-спирали. Большой домен состоит из антипараллельного бета-сэндвича и короткого гем-связывающего пептида, который формирует трёхслойную структуру. Малый домен располагается между бета-цепями F и G большого домена и полностью состоит из бета-структур. Большой гем-связывающий домен по своей третичной структуре сходен с доменом III животного белка фибронектина. Гем закреплён между двумя короткими альфа спиралями на N-конце цитохрома f. Необычным является то, что N-конец цитохрома служит лигандом для гемового железа[3]. В пределах второй альфа-цепи находится структурный мотив, характерный для цитохромов с, CxxCH (остатки 21-25), который ковалентно связан с гемом тиоэфирной связью через Cys-21 и Cys-24. Помимо четырёх атом азота из пиррольных колец гема, железо стабилизируется His-25 и свободной альфа-амино группой Tyr-1 из первой алфа-цепи[2]. Внутри цитохрома f есть значительное количество молекул воды, которые могут функционировать как проводящая система для протона[2]. Цепочка молекул воды, по-видимому, являться консервативных свойством всех цитохромов f.

  1. Prince R.C., George G.N. Cytochrome f revealed (англ.) // Trends Biochem. Sci. (англ.)русск. : journal. — 1995. — June (vol. 20, no. 6). — P. 217—218. — DOI:10.1016/S0968-0004(00)89018-0. — PMID 7631417.
  2. 1 2 3 Martinez S.E., Huang D., Ponomarev M., Cramer W.A., Smith J.L. The heme redox center of chloroplast cytochrome f is linked to a buried five-water chain (англ.) // Protein Sci. (англ.)русск. : journal. — 1996. — June (vol. 5, no. 6). — P. 1081—1092. — DOI:10.1002/pro.5560050610. — PMID 8762139.
  3. Sergio E Martinez, Deru Huang, Andrzej Szczepaniak, William A Cramer, Janet L Smith. Crystal structure of chloroplast cytochrome freveals a novel cytochrome fold and unexpected heme ligation (англ.) : journal. — 1994. — February (vol. 2, no. 2). — P. 95—105. — DOI:10.1016/S0969-2126(00)00012-5.
  • Bendall, D.S. The unfinished story of cytochrome f (англ.) // Drugs (англ.)русск.. — Adis International, 2004. — Vol. 80, no. 1—3. — P. 265—276. — DOI:10.1023/B:PRES.0000030454.23940.f9. — PMID 16328825.
  • Cramer, W.A., Martinez, S.E., Huang, D., Tae, G.S., Everly, R.M., Heymann, J.B., Cheng, R.H., Baker, T.S. and Smith, J.L. Structural aspects of the cytochrome b6f complex; structure of the lumen-side domain of cytochrome f (англ.) // J. Bioenerg. Biomembr. : journal. — 1994. — Vol. 26, no. 1. — P. 31—47. — DOI:10.1007/BF00763218. — PMID 8027021.

Эта статья использует текст из общественное достояние Pfam и InterPro IPR002325

XuMuK.ru — ЦИТОХРОМЫ — Химическая энциклопедия


ЦИТОХРОМЫ, сложные белки (гемопротеиды), содержащие в качестве простетич. группы гем. Служат переносчиками электронов в процессах внутриклеточного дыхания, окислит. фосфорилирования, фотосинтеза, ферментативного гидроксилирования и в др. биол. окислит.-восстановит. р-циях. Цитохромы найдены у всех животных, растений и микроорганизмов. Известно неск. десятков индивидуальных цитохромов, многие из к-рых выделены в гомогенном состоянии. Определены первичные структуры и пространственная организация многих цитохромов наиб. хорошо изучены св-ва цитохрома с. В зависимости от природы гема цитохромы делят на 4 группы, обозначаемые буквами а, b, с и d. У цитохрома а гем имеет строение протопорфирина (см. Порфирины) и содержит формильный заместитель; цитохром b содержит протогем (ферропротопорфирин), нековалентно связанный с полипептидной цепью; у цитохрома с боковые заместители протопорфирина ковалентно связаны с полипептидной цепью; у цитохрома d гем представлен дигидропорфирином (хлорином). Атом Fe, входящий в состав гемов цитохромов и подвергающийся окислению и восстановлению, координирован 4 связями с атомами N порфириновых колец и 2 — с лигандами, принадлежащими полипептидным цепям (остатки гистидина, цистеина). Нек-рые цитохромы содержат неск. одинаковых или разных гемов.
Все цитохромы ярко окрашены и имеют характерные спектры поглощения света в видимой области, меняющиеся при их окислении или восстановлении. В типичном спектре имеются три основные полосы поглощения полосы в порядке убывания длин волн), по изменению к-рых обычно судят о степени восстановленности цитохрома.
Донорами электронов для цитохромов обычно служат флавины, гидрохиноны, железо-серные белки или другие цитохромы; акцепторами - другие цитохромы или кислород (цитохромоксидазы). Нек-рые цитохромы (цитохромоксидаза, цитохром Р-450) прочно связаны с мембранами митохондрий, микросом (липопротеидные комплексы) и не раств. в воде, другие (напр., цитохром с) раств. в ней.
Цитохромы реагируют с лигандами, конкурирующими с естественным координац. окружением атома Fe гемов (СО, анионы азида, цианида и др.). Связывание этих лигандов приводит к изменению спектральных св-в и инактивации цитохромов.

Лит.: Диксон М., Уэбб Э., Ферменты, пер. с англ., т. 2, М., 1982, с. 692-713; Keilin D., The history of cell respiration and cytochrome, Camb., 1966.

А.Д. Виноградов.

Еще по теме:

ЦИТОХРОМ С, CYTOCHROME C — инструкция по применению лекарства, отзывы, описание, цена

Фирма-производитель: САМСОН-МЕД ООО (Россия)

р-р д/в/в и в/м введения 10 мг/4 мл: фл. 5 или 10 шт. Рег. №: Р №001202/01

Клинико-фармакологическая группа:

Препарат, улучшающий метаболизм и энергообеспечение тканей, уменьшающий гипоксию тканей

Форма выпуска, состав и упаковка

Раствор для в/в и в/м введения1 мл1 фл.
цитохром С2.5 мг10 мг

4 мл — флаконы (5) — пачки картонные.
4 мл — флаконы (5) — упаковки контурные пластиковые (1) — пачки картонные.
4 мл — флаконы (5) — упаковки контурные пластиковые (2) — пачки картонные.
4 мл — флаконы (10) — пачки картонные.

Описание активных компонентов препарата «Цитохром c»

Фармакологическое действие

Цитопротектор. Представляет собой высокомолекулярное железопорфириновое соединение, которое выделяют в виде очищенного кристаллического вещества, например, из миокарда крупного рогатого скота. Представляет собой конъюгированный белок, по структуре близкий к гемоглобину, состоит из гема и одиночной пептидной цепи (апоцитохром С).

Цитохром С играет важнейшую роль в биохимических окислительно-восстановительных процессах практически у всех аэробных организмов. Эти реакции происходят с участием двух митохондриальных ферментов: цитохромоксидазы и цитохромредуктазы. Гем проявляет свойства либо донора, либо акцептора электронов. Он обладает высокой химической активностью в отношении утилизации кислородных радикалов, таких как супероксид или перекись водорода, которая является сильным окислителем. Метаболиты гема действуют как «ловушки» для пероксидного радикала.

Установлено, что в хрусталике, пораженном катарактой, концентрация цитохрома С снижена. Цитохром С не способен в достаточных количествах проникать в роговицу в виде целой молекулы. Это становится возможным только после расщепления пептидной цепи до гем-содержащего нанопептида, который свободно проникает в роговицу. Ингибирование окислительных процессов во всех тканях, находящихся спереди от хрусталика (в т.ч. роговицы и внутриглазной жидкости), имеет большое значение для подавления развития катаракты, поскольку ультрафиолетовое излучение вызывает в этих тканях цепные реакции с образованием свободных кислородных радикалов, которые, как доказано, могут привести к помутнению хрусталика. Гем-содержащий цитохром С обладает способностью к нейтрализации свободных кислородных радикалов в определенных окислительно-восстановительных процессах и таким образом предотвращать развитие катаракты.

Показания

Состояния, сопровождающиеся гипоксией тканей (отравления снотворными средствами, окисью углерода, светильным газом; ишемические, дистрофические, инфекционно-воспалительные, токсические поражения миокарда; хроническая недостаточность кровообращения, нарушения мозгового и периферического кровообращения, пневмония, дыхательная недостаточность; профилактика повреждений тканей при наркозе, для поддержки организма в пред- и послеоперационный периоды при операциях на грудной клетке; лечение катаракты (в составе комбинированной терапии).

Режим дозирования

Индивидуальный, в зависимости от показаний и применяемой лекарственной формы.

Побочное действие

Аллергические реакции: при быстром в/в введении — гиперемия кожи лица, зуд, крапивница, озноб, гипертермия; при местном применении в офтальмологии — гиперемия конъюнктивы, кратковременное жжение.

Противопоказания

Повышенная чувствительность к лошадиной сыворотке, беременность, лактация (грудное вскармливание).

Беременность и лактация

В/в введение цитохрома С противопоказано при беременности и в период лактации (грудного вскармливания).

Особые указания

Больным, предрасположенным к аллергическим реакциям, рекомендуется проводить пробу с введением 0.5-1 мл цитохрома C, разбавленного 1:10.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о