細(xì)胞色素C2

2023年12月8日發(fā)(作者：古道熱腸什么意思)

-

細(xì)胞色素C

摘要

1925年Keilin發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)的飛翔肌中含有一種色素物質(zhì)參與氧化還原反應(yīng)，因這種色素物質(zhì)有顏色，故命名為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素C是一類(lèi)以卟啉為輔基的電子傳遞蛋白 ，在呼吸鏈中，依靠鐵的化合價(jià)的變化來(lái)傳遞電子。細(xì)胞色素位于線粒體內(nèi)膜上，其中常見(jiàn)的細(xì)胞色素有五種：Cytb、Cytc、Cytc1、Cyta、Cyta3。線粒體中的細(xì)胞色素大部分和內(nèi)膜緊密結(jié)合，只有Cytc結(jié)合較松，易于分離純化，結(jié)構(gòu) 較清楚。細(xì)胞色素C是一種水溶性蛋白，由核基因編碼，

分子量為12～13kDa，位于線粒體內(nèi)膜的外側(cè)，呼吸鏈復(fù)合體Ⅲ～Ⅳ之間，對(duì)線粒體能量代謝起重要的調(diào)節(jié)作用。通常外源性細(xì)胞色素C不能進(jìn)入健康細(xì)胞，但在缺氧時(shí)，細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞色素C便有可能進(jìn)入細(xì)胞及線粒體內(nèi)，增強(qiáng)細(xì)胞氧化，能提高氧的利用，具有調(diào)控細(xì)胞能量代謝。細(xì)胞色素C在細(xì)胞凋亡中的作用，只是近幾年來(lái)才引起廣泛關(guān)注。從線粒體中泄露出的細(xì)胞色素C有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。因此，細(xì)胞色素C與眾多的疾病都有關(guān)，了解和研究細(xì)胞色素C就有助于我們臨床醫(yī)藥上的應(yīng)用有重要的意義，也與我們的息息相關(guān)，細(xì)胞色素C也是近幾年來(lái)眾多學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題之一。

細(xì)胞色素C的結(jié)構(gòu)

細(xì)胞色素C，就像在蛋白 質(zhì)數(shù)據(jù)編號(hào)3cyt中展示的那樣，是一個(gè)電子載體。就像很多攜帶電子的蛋白那樣包含著可以攜帶電子的輔基。細(xì)胞色素C含有一個(gè)鐵原子的血紅素基團(tuán)，由紅色展示 。由鐵離子和釋放電子。周邊蛋白質(zhì)為電子提供了良好的環(huán)境，使其緊密的結(jié)合在細(xì)胞色素C上。細(xì)胞色素C是一個(gè)非常古老的蛋白，在生命起源的早期便已產(chǎn)生。因?yàn)檫@種至關(guān)重要的蛋白在細(xì)胞 能量的產(chǎn)生中起著關(guān)至關(guān)重要的作用且千百萬(wàn)年來(lái)它幾乎沒(méi)有京華，所以細(xì)胞 色素C在酵母的細(xì)胞 和我們的細(xì)胞中并沒(méi)有很大變化。它們中有很多含有細(xì)胞色素C，用血紅素和鐵離子來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)電子，但是周邊蛋白的變化使得它們的作用貌似神離。而其他的載體用另外一些輔基來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)電子，比方說(shuō)鐵硫簇（就像鐵硫蛋白那樣），銅離子群（就像細(xì)菌氧化還原蛋白和質(zhì)體藍(lán)素那樣）和其余的一些金屬離子。而含細(xì)胞色素C的每一分子，都聯(lián)接著細(xì)胞中的電流，它攜帶電子?xùn)|奔西走。

細(xì)胞色素C(Cytochrome C，Cyt C)是一種含有血紅素的電子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，廣泛存在于動(dòng)物的需氧組織中，集中分布于動(dòng)物心肌細(xì)胞線粒體內(nèi)膜的外表面，是細(xì)胞呼吸鏈中一個(gè)非常重要的電子傳遞體[1]。高等動(dòng)物的細(xì)胞色素C由104個(gè)氨基酸殘基的一條肽鏈組成，分子量約為13000，含有19個(gè)賴(lài)氨酸殘基，等電點(diǎn)在pH10.2~10.8，含鐵量為0.456%，是一種堿性蛋白(結(jié)構(gòu)如圖1)。通常外源性細(xì)胞色素C不能進(jìn)入健康細(xì)胞，但在缺氧時(shí)，細(xì)胞膜通透性增加，細(xì)胞色素C有可能進(jìn)入細(xì)胞及線粒體內(nèi)，增強(qiáng)細(xì)胞氧化，提高氧的利用。目前細(xì)胞色素C主要用于組織缺氧的急救和輔助用藥，如一氧化碳中毒、催眠藥中毒、新生兒窒息、嚴(yán)重休克缺氧、麻醉及肺部疾病引起的呼吸困難、高山缺氧、腦缺氧、心臟疾病引起的缺氧等[2]。

輔酶Q10(Coenzyme Q10)又稱(chēng)泛醌，是脂溶性醌類(lèi)化合物,存在于哺乳動(dòng)物線粒體內(nèi)膜中，是生物氧化呼吸鏈中的一個(gè)不可缺少的分子，它兼有氫遞體和電子傳遞體[3]的雙重作用分子式為C59H90O4,分子質(zhì)量為863.36(結(jié)構(gòu)如圖2)，溶于乙醇，不溶于水和甲醇。輔酶Q10作為生化藥物用于心血管系統(tǒng)疾病和腫瘤治療[4]。具有提高人體免疫力、增強(qiáng)抗氧化能力、延緩衰老等功能。（細(xì)胞色素C與輔酶Q10聯(lián)產(chǎn)工藝研究）

迄今發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡主要經(jīng)過(guò)兩條死亡通路川，一條是外源性通路，即由死亡受體及配體系統(tǒng)激發(fā)的凋亡信號(hào)下傳至啟動(dòng)性caspa3e一8，然后激活效應(yīng)性casPa蛋白酶而引發(fā)細(xì)胞凋亡;另一通路稱(chēng)為內(nèi)源性通路，細(xì)胞損傷后線粒體功能障礙，膜通透性改變，凋亡蛋白包括細(xì)胞色素C(cytoomeC，cytoc)，Apaf一l及smac/DIABLO等從線粒體釋放到胞漿，casPa一9與之形成凋亡體(aPposome)并被激活，隨之引起caspa瀑布式活化和細(xì)胞死亡。（細(xì)胞色素C尿細(xì)凋亡作用）

摘 要:細(xì)胞凋亡是動(dòng)植物最基本的生命活動(dòng),是一個(gè)有一系列酶參與的,并且由基因控制的主動(dòng)的、高度有序的死

亡過(guò)程。線粒體除了為細(xì)胞提供能量外,在細(xì)胞凋亡中也起著中心調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn),線粒體釋放的細(xì)胞色素C

是細(xì)胞凋亡過(guò)程的關(guān)鍵因素,已是近些年研究的熱點(diǎn)。本文就細(xì)胞色素C從線粒體釋放的機(jī)制及在凋亡中的作用進(jìn)

行綜述。

關(guān)鍵詞:細(xì)胞凋亡;細(xì)胞色素C;線粒體

1 細(xì)胞凋亡與線粒體

細(xì)胞凋亡(Apoptosis),又稱(chēng)細(xì)胞程序性死亡(Pro-grammed CellDeath,PCD),是指細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下,遵循自身的程序,自己結(jié)束其生命的過(guò)程。PCD是動(dòng)植物最基本的生命活動(dòng)[1]。Kerr等[2]最早提出細(xì)胞凋亡(Apoptosis)一詞是取義于希臘詞(apo=from, ptosis=falling),用來(lái)描述植物葉片的脫落。在植物的發(fā)育途徑中,PCD具有多種重要的功能:如木質(zhì)部的發(fā)生,多年木材的形成,葉的脫落,自交不親和性,對(duì)多種病原菌侵蝕及逆境的防御反應(yīng)等[3]。長(zhǎng)期以來(lái),線粒體一直被公認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)的能量加工廠,其主要作用是為細(xì)胞的各種生命活動(dòng)提供所需的能量。近些年的研究表明,線粒體在細(xì)胞凋亡中也起著中心調(diào)控作用,在某種意義上,線粒體可以決定細(xì)胞的生存或死亡[4-5]。研究發(fā)現(xiàn),線粒體細(xì)胞色素C(Cyt-C)、Smac/DIABLO蛋白以及凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等可以通過(guò)激活caspas通路導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,或直接作用于細(xì)胞核引起細(xì)胞凋亡。Cyt-C是哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程的關(guān)鍵因素,關(guān)于Cyt-C釋放的研究是目前的研究熱點(diǎn)。

2 細(xì)胞色素c的結(jié)構(gòu)與功能

Cyt- C是線粒體呼吸鏈(mitocho ndrial respiratochain,MRC)中傳遞電子的載體。無(wú)活性前體分子在胞漿內(nèi)合成的前Cyt-C (一種核基因編碼的水溶性蛋白,相對(duì)分子質(zhì)量為12~13 kDa )。電子在轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中,伴隨著質(zhì)子從基質(zhì)被泵到線粒體膜間隙,從而建立線粒體跨膜電位(Δψm)。當(dāng)質(zhì)子從線粒體膜間隙返流回基質(zhì)中,使另一個(gè)蛋白復(fù)合分子FO Fl-ATP酶產(chǎn)生ATP。所有這些過(guò)程必須有序地進(jìn)行。如果Cyt-C缺失或其功能障礙將會(huì)導(dǎo)致線粒體呼吸鏈出現(xiàn)功能異常,結(jié)果ATP缺乏,使細(xì)胞死亡。在多種細(xì)胞死亡模型中Cyt-C從線粒體釋放至胞質(zhì)是引發(fā)凋亡的關(guān)鍵步驟。釋放到細(xì)胞漿的Cyt-C在dATP存在下,與凋亡相關(guān)因子1 (Apaf - 1)、procaspa- 9結(jié)合成凋亡小體( apoptosome ),激活caspa - 9,活化的caspa - 9再激活其他caspas如caspa - 3,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Cyt-C能激活caspas,活性的caspas亦能促進(jìn)Cyt-C從線粒體釋放,提示線粒體存在caspas底物,該底物的降解又加快了Cyt-C的釋放。Liu等[6]在試圖純化一種體外激活caspa所需的成分時(shí)提取出包含Cyt-C的組分。在無(wú)細(xì)胞(cell-free)模型系統(tǒng)中,Cyt-C可激活caspa-3,從而觸發(fā)了細(xì)胞凋亡。此外,在無(wú)細(xì)胞模型系統(tǒng)和完整細(xì)胞中, Bcl-2或Bcl-xL的表達(dá)均可阻斷Cyt-C從線粒體內(nèi)釋放,從而抑制caspa-3活化和細(xì)胞凋亡。鋁誘導(dǎo)的老年兔海馬中的Cyt-C從線粒體釋放入胞質(zhì)是凋亡的關(guān)鍵性步驟[7]。近來(lái)有研究表明,在植物細(xì)胞PCD初期也檢測(cè)到線粒體中細(xì)胞色素c蛋白向細(xì)胞質(zhì)中的釋放[8],外源Cyt-C蛋白處理可誘導(dǎo)胡蘿卜和煙草原生質(zhì)體發(fā)生PCD。3 Cyt-C在線粒體中的釋放和作用機(jī)制大量研究表明,在凋亡初期Cyt-C可以從線粒體內(nèi)膜釋放,從而啟動(dòng)線粒體的凋亡機(jī)制[13]。Cyt-C從線粒體釋放的機(jī)理尚未完全闡明,但一般認(rèn)為有以下2種途徑。一是通過(guò)線粒體滲透轉(zhuǎn)運(yùn)孔(mitochondrial permeabili-ty transitio n pore, MPTP),這往往伴隨著線粒體膜的去極化。MPTP是由內(nèi)膜上的蛋白ANT ( adenine nucleotidetransporte r)、線粒體基質(zhì)中的親環(huán)素D ( cyclophilinD )及外膜的孔蛋白-電位依賴(lài)型陰離子通道( voltage depend-entanion

channe ,l VDAC )構(gòu)成[ 9 ]。正常的細(xì)胞中,這3種蛋白質(zhì)與抗凋亡家族成員Bcl-2與Bcl-xl協(xié)同作用,維持線粒體正常的生理功能[10]。在病理?xiàng)l件下,如氧自由基、pH值的改變都能引起開(kāi)放的孔徑明顯增大,引起外膜破壞并最終導(dǎo)致Cyt-C從線粒體釋放[11]。

二是其他的電壓依從性離子通道( vol tage-depend-entanion channel,VDAC)的關(guān)閉也可引起線粒體的超極化。在一些凋亡刺激因素的作用下,VDAC的關(guān)閉使得ATP/ADP交換障礙,導(dǎo)致FoF1-ATP酶活性抑制,ATP生成減少和質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能降低,并最終阻礙了H+重新進(jìn)入線粒體基質(zhì),基質(zhì)內(nèi)負(fù)電荷大大增加,于是線粒體內(nèi)膜發(fā)生超極化,Δψm的增加,引起線粒體滲透性擴(kuò)張,最后使得Cyt-C釋放。Azoulay zohar等[12]指出HK-I直

接與VDAC結(jié)合,誘導(dǎo)了這種轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子、核苷酸和其他物質(zhì)通道的關(guān)閉,因而阻止了Cyt-C的釋放和細(xì)胞的凋亡。還有證據(jù)表明,VDAC的過(guò)度關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致線粒體流動(dòng)和細(xì)胞凋亡[13]。Kmi等證實(shí)了Hxk1(編碼一種線粒體的己糖激酶)通過(guò)保持線粒體膜的完整性而阻止了Cyt-C的釋放,抑制了細(xì)胞凋亡[14]。

細(xì)胞凋亡的調(diào)控是一種復(fù)雜的多水平的調(diào)控,多因素相互作用促進(jìn)或抑制凋亡的發(fā)生。Cyt-C透過(guò)線粒體膜的機(jī)制尚未得到普遍承認(rèn),到底是MPTP引起Cyt-C的釋放,還是Cyt-C的釋放導(dǎo)致線粒體滲透轉(zhuǎn)運(yùn),還有待進(jìn)一步的證實(shí)。Cyt-C的釋放與細(xì)胞凋亡因子分子水平的相互作用機(jī)制還不清楚。隨著對(duì)線粒體Cyt-C的結(jié)構(gòu)、功能及其基因?qū)W研究和PCD分子生物學(xué)研究的不斷深入,這些問(wèn)題會(huì)逐步變得更清楚。

（細(xì)胞凋亡與細(xì)胞色素C）

研究表明細(xì)胞色素C從線粒體釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟[1]。線粒體是所有真核細(xì)胞內(nèi)腺苷三磷酸(ATP)的產(chǎn)生中心，對(duì)維持細(xì)胞能量代謝和正常功能活動(dòng)起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體內(nèi)包含一些與細(xì)胞凋亡有密切關(guān)系的物質(zhì)，如細(xì)胞色素C(CytC)、凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducingfactor，A IF)、Ca2+和活性氧自由基(reactive oxygn spe-cies，ROS)等。在凋亡信號(hào)的刺激下，線粒體膜通透性增加，由此引發(fā)線粒體產(chǎn)生一系列關(guān)鍵性變化，包括線粒體透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability tran-sition pore，MPTP)的開(kāi)放、CytC的釋放、線粒體跨膜電位(mitochondrial transmembrane potential，用△ψm表示)的下降、A IF等凋亡因子的釋放、Bcl基因家族成員的介入等。不同信號(hào)的傳導(dǎo)最終集中到線粒體上激活或抑制這些事件的發(fā)生，再經(jīng)相應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)通路調(diào)控細(xì)胞凋亡[2]。

3線粒體中凋亡因子的調(diào)控

3.1細(xì)胞色素C

細(xì)胞色素C是線粒體呼吸鏈的重要組成部分，它是由兩個(gè)無(wú)活性的前體分子合成的：前細(xì)胞色素C（該蛋白質(zhì)由細(xì)胞核基因編碼，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體）和亞鐵血紅素（由線粒體合成）[14]。由于細(xì)胞色素C具有亞鐵血紅素基團(tuán)，它可以在呼吸鏈復(fù)合酶Ⅲ(細(xì)胞色素還原酶)和IV(細(xì)胞色素氧化酶)之間傳遞電子。細(xì)胞色素C缺乏時(shí)，電子傳遞鏈被阻斷，將導(dǎo)致兩方面的后果：ATP合成減少及不完全氧化造成的超氧陰離子(ROS)過(guò)度生成，而ROS是誘導(dǎo)凋亡的重要因素。

研究表明細(xì)胞色素C從線粒體釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。釋放到細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞色素C在dATP存在的條件下能與凋亡蛋白酶活化因子1(apoptosis protea activating factor 1，Apaf-1)結(jié)合，使其形成多聚體，并促使半胱天冬蛋白酶與其結(jié)合形成凋亡小體(apoptosome)，現(xiàn)已能確定半胱天冬蛋白酶即Caspa在凋亡過(guò)程中是起著必不可少的作用。細(xì)胞凋亡的過(guò)程實(shí)際上是Caspa不可逆有限水解底物的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)過(guò)程，目前，至少有10多種Caspa被發(fā)現(xiàn)，Caspa分子間的同源性很高，結(jié)構(gòu)相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根據(jù)功能可把Caspa基本分為2類(lèi)：一類(lèi)參與細(xì)胞的加工；另一類(lèi)參與細(xì)胞凋亡。Caspa家族一般以酶原的形式存在，并具有半胱氨酸激活位點(diǎn)和底物裂解位點(diǎn)。細(xì)胞色素C在dATP存在的條件下與凋亡蛋白酶活化因子1(apop tosis p rotea activatingfactor 1，Apaf-1)結(jié)合形成的多聚體主要與caspa-9結(jié)合形成凋亡小體。其結(jié)果是caspa-9被激活，激活的caspa9能夠激活其他的caspa，如caspa-3等，從而誘導(dǎo)凋亡[15]。

（線粒體調(diào)控細(xì)胞凋亡的研究進(jìn)展）

1、COX的分子生物學(xué)研究

COX即呼吸鏈復(fù)合體酶Ⅳ,是線粒體氧化呼吸的限速酶,相對(duì)分子量為166 kD。COX直接參與線粒體氧的利用和能量產(chǎn)生,主要功能是將電子從細(xì)胞色素C傳遞給O2分子,每傳遞一對(duì)電子,要從線粒體基質(zhì)中攝取4個(gè)質(zhì)子,其中兩個(gè)質(zhì)子用于水的形成,另兩個(gè)質(zhì)子被跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)到膜間隙。COX的損傷將直接影響線粒體功能,導(dǎo)致能量產(chǎn)生受阻、呼吸鏈大量產(chǎn)生自由基。由于COX在能量產(chǎn)生和調(diào)節(jié)中的重要地位,自它發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直是生物研究領(lǐng)域中重要的研究課題,也是相關(guān)疾病研究的理想靶標(biāo)。COX是細(xì)胞核DNA與線粒體DNA分別編碼的亞基共同組成的復(fù)雜復(fù)合物。真核細(xì)胞中COX是存在于線粒體內(nèi)膜上的一種跨膜整合蛋白。哺乳動(dòng)物COX每個(gè)單體由13個(gè)亞基組成,其中最大3個(gè)亞基(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)由線粒體DNA編碼,構(gòu)成級(jí)聯(lián)反應(yīng)的核心,序列高度保守〔1~3〕。COXⅠ亞基基因約1 544 bp,與血紅素a、血紅素a3、銅離子(CuB)結(jié)合。COXⅡ亞基基因約683 bp,含雙合銅離子(CuA)構(gòu)成的雙核中心,攜帶有細(xì)胞色素C的結(jié)合位點(diǎn),位于線粒體胞質(zhì)面與細(xì)胞色素C進(jìn)行反應(yīng)。COXⅢ亞基基因約783 bp,可能參與氧化還原連接的質(zhì)子易位過(guò)程。其余10個(gè)亞基(Ⅳ、Va、Vb、Ⅵa、Ⅵb、Ⅵc、Ⅶa、Ⅶb、Ⅶc和Ⅷ)由核DNA編碼,基因分別定位于9條不同的染色體上,在胞漿中翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體參與裝配,具有明顯的器官和種族特異性。COXⅣ亞基在COX酶復(fù)合體組裝過(guò)程中起著重要作用。核DNA編碼亞基功能尚未完全明確,可能主要起調(diào)節(jié)和穩(wěn)定作用。COX亞基的表達(dá)還需要某些輔助因子如活化因子等參與,表達(dá)調(diào)控可以在轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄、翻譯等多種水平進(jìn)行。多種因素會(huì)影響COX亞基的表達(dá)和組裝,例如分子伴侶、激素水平以及O2、NO、鐵、心磷脂、腺苷酸濃度等〔3~6〕。COX作用的詳細(xì)機(jī)制尚未完全明了。Sampson等〔7〕利用計(jì)算機(jī)模擬酶和底物的相互作用,并確定參與反應(yīng)的基團(tuán),結(jié)果顯示鹽鍵和氫鍵對(duì)酶-底物復(fù)合物的形成和穩(wěn)定有

（細(xì)胞色素C氧化酶與神經(jīng)疾病研究現(xiàn)狀）

細(xì)胞色素是定位于線粒體內(nèi)膜外側(cè)的一個(gè)血紅素蛋白它存在于所有含線粒體呼吸鏈的生物體內(nèi),即從細(xì)菌、海藻、酵母、昆蟲(chóng)、無(wú)脊椎動(dòng)物、脊椎動(dòng)物到哺乳動(dòng)物等原核生物和真核生物中都有[1]。Cytc是呼吸鏈中一個(gè)重要的電子載體,通過(guò)血紅素輔基(heme)中心鐵離子價(jià)態(tài)的變化在細(xì)胞色素c還原酶(cytochromecreducta)和細(xì)胞色素c氧化酶(cytochromecoxida)之間傳遞電子[2]除了行使電子傳遞功能外,近十幾年來(lái)的研究還發(fā)現(xiàn)Cytc在細(xì)胞凋亡(apoptosis)[3, 4]和抗氧化[5]方面也起著重要作用。從結(jié)構(gòu)上看,Cytc分子形狀近似于球形,直經(jīng)約為3·4 nm,是一個(gè)高度離子化的分子。Cytc蛋白分子的氨基酸序列和三維空間結(jié)構(gòu)都已經(jīng)得到闡明,是了解得最透徹的一個(gè)細(xì)胞色素蛋

白[6]。以馬心細(xì)胞色素c(hor heart cytochromec)為例,它的全蛋白是由一條含有104個(gè)氨基酸殘基的肽鏈和一個(gè)與之共價(jià)相連的血紅素輔基(heme)組成,其晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示(蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)PDB編碼為1HRC[7])。輔基heme位于Cytc的中心,外圍一條肽鏈, heme被肽鏈緊緊地包裹著,僅有一裂縫使血紅素的部分邊緣與溶液相接觸,該裂縫的面積僅占整個(gè)分子面積的0·06%,此區(qū)域被認(rèn)為是分子反應(yīng)活性區(qū)域。Cytc分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有5個(gè)α-螺旋(N-端和C-端的兩個(gè)螺旋和中間的3個(gè)螺旋),分別對(duì)應(yīng)于Val3-Lys13 (H1)、Asp50-Asn54 (H2)、Glu61-Glu69 (H3)、Pro71-Tyr74 (H4)和Lys88

Thr102 (H5)。在Cytc中, heme與肽鏈的結(jié)合除了氫鍵、疏水相互作用以及heme與其軸向配體組氨酸(His18)和甲硫氨酸(Met80)的配位作用外, heme的2-、4-位上的兩個(gè)乙烯基還通過(guò)與蛋白肽鏈上第14和1位的兩個(gè)半光氨酸(Cys14 and Cys17)形成兩個(gè)硫醚鍵而和肽鏈共價(jià)相連(Cytc蛋白肽鏈氨基酸序列的編碼以馬心細(xì)胞色素c為參考),如圖2所示。正因?yàn)槿绱? Cytc是一個(gè)很穩(wěn)定的蛋白分子,在中度變性條件下His18仍然與heme配位[8]。

由于Cytc蛋白可溶于水,易于純化,性質(zhì)穩(wěn)定,且三維結(jié)構(gòu)已知,因此對(duì)Cytc蛋白進(jìn)行氨基酸殘基突變的研究很多。具有代表性的突變位點(diǎn)包括輔基heme的軸向配體His18及Met80、heme疏水腔內(nèi)的Tyr67、表面氨基酸殘基Phe82以及與heme共價(jià)相連的Cys14及Cys17等。研究方法包括用基因定點(diǎn)突變(site-directedmutagenesis)方法進(jìn)行的天然氨基酸突變以及用半合成(misynthesis)方法進(jìn)行的非天然氨基酸置換等。

（細(xì)胞色素c突變研究進(jìn)展）

細(xì)胞色素c(Cytc)是一種含有血紅素的金屬蛋白,廣泛存在于含線粒體呼吸鏈的生物體內(nèi)[1]。Cytc是呼吸鏈中一個(gè)重要的電子載體,它的主要功能是通過(guò)血紅素輔基(heme)中心鐵離子價(jià)態(tài)的變化在細(xì)胞色素c還原酶(cytochrome c reducta)和細(xì)胞色素c氧化酶(cytochrome c

oxida)之間傳遞電子[2-4]。此外,近十幾年來(lái)的研究還發(fā)現(xiàn)Cytc在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡(apoptosis)[5-8]和抗氧化[9]中也起著重要的作用。在Cytc中,血紅素輔基heme與軸向配體甲硫氨酸和組氨酸形成配位鍵外,還通過(guò)2-,4-位的乙烯基和蛋白肽鏈上的兩個(gè)半光氨酸形成兩個(gè)硫醚鍵和肽鏈共價(jià)相連,因而Cytc的性質(zhì)很穩(wěn)定。作為血紅素類(lèi)蛋白的典型代表,Cytc還具有分子量小(約1. 3 kDa)、水溶性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、蛋白易于純化及三維結(jié)構(gòu)已知等優(yōu)點(diǎn)。因此,Cytc一直是血紅素類(lèi)蛋白結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關(guān)系研究及結(jié)構(gòu)-功能轉(zhuǎn)換研究的良好分子模型。

馬心細(xì)胞色素c(Hor heartCytc)是Cytc家族中的一員,是最早確定出氨基酸序列的Cytc蛋白[10, 11],它的全蛋白是由一條含有104個(gè)氨基酸殘基的肽鏈和一個(gè)與之共價(jià)相連的血紅素輔基組成。Cytc分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有5個(gè)α螺旋(以H1-H5表示),包括N-端和C-端的兩個(gè)螺旋和中間的3個(gè)螺旋,其三維結(jié)構(gòu)如圖1所示(蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)PDB編碼為1HRC[12])。

來(lái)源于不同物種的Cyt c有著相似的空間結(jié)構(gòu)和生物功能,它們之間性質(zhì)的差別(包括氧化還原電位及化學(xué)穩(wěn)定性等)主要取決于一些特定部位的、尤其是一些高度保守的氨基酸之間的不同。這些特定部位的氨基酸殘基是如何影響和調(diào)控蛋白的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能,長(zhǎng)期以來(lái)一直是化學(xué)生物學(xué)和蛋白質(zhì)化學(xué)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域[13-17]。

（細(xì)胞色素c蛋白序列分析與結(jié)構(gòu)比較）

-