Cytochrome C (arabic)

سيتوكروم سي البشري سيتوكروم سي البشري

.سيتوكروم سي عبارة عن زلال صغير (الوزن الجزيئي حوالي 1200 دالتون ) وهو بروتين محفوظ للغاية عبر مجموعة من الأنواع ، موجود في النباتات والحيوانات والعديد من الكائنات أحادية الخلية يرتبط هذا البروتين بمجموعة هيم وبمركزها توجد ذرة حديد، وهو بروتين رئيسي في سلسلة نقل الالكترونات وبعملية الاستموات (موت الخلايا المبرمج)

<StructureSection load='1J3S' size='340' side='left' caption=' سيتوكروم سي البشري (PDB code 1j3s)' scene='89/898985/Cytochrome_c_basic/19'>

المقدمة

المقدمة

سيتوكروم سي عبارة عن بروتين رئيسي في سلسلة نقل الالكترونات، والتي هي العملية الأخيرة في عملية التنفس الخلوي . عملية التنفس الخلوي تقسم الى 3 أقسام مركزية: جليكوليزا (التي تحدث في السيتوبلازما)، دورة كريبس (تحدث في المساحة الداخلية للميتوكوندريا) وسلسلة نقل الالكترونات التي تحدث داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. .بنقل الالكترونات لجزيئات أخرى ملامسة لها، وهكذا يتم تشكيل سلسلة من البروتينات حاملة الإلكترونات FADH2 و NADH في سلسلة نقل الالكترونات تقوم الجزيئات المختزلة بدورة كريبس مثل .يتم استيعاب الإلكترونات في نهاية الأمر بواسطة الأكسجين ويؤدي هذا الاتحاد الى انتاج الماء نتيجة لحركة الإلكترونات بين الناقلات المختلفة ، يتم نقل ايونات الهيدروجين من المساحة الداخلية للميتوكوندريا الى المساحة بين غشائي الميتوكوندريا بواسطة منحدر التركيز الناتج في أيونات الهيدروجين يتم دفع عمل البروتين ATP سنتاز من أجل انتاج ATP. ATP هو جزيء غنيّ بالطّاقة، يحتوي على مجموعة من الأدينوساين وثلاث مجموعات من الفوسفور المرتبطة به. يؤدّي التحلّل المائيّ لمجموعة الفوسفور الثالثة إلى إطلاق طاقة تسمح للجسم بتنشيط العديد من الإنزيمات والعمليات الموجودة فيه. يقوم الجسم بإنتاج الATP في الميتوكوندريا في جميع الأوقات وذلك من الاجل الحفاظ على نسبة عالية من الATP داخل الخلية وبالتالي فان نقل الالكترونات وإنتاج منحدر تراكيز لأيونات الهيدروجين تعتبر عملية رئيسية من اجل وجود سليم للخلية.

صورة1 (قوموا بالوقف على الصورة بالفأرة من أجل اظهار الشرح)

نرى في الصورة سلسلة نقل الالكترونات – نتيجة لحركة الإلكترونات بين الناقلات المختلفة، يتم نقل ايونات الهيدروجين من المساحة الداخلية للميتوكوندريا الى المساحة بين غشائي الميتوكوندريا. هذا النقل فعال (يحتاج الى طاقة) وهو عكس منحدر التركيز. تراكم ايونات الهيدروجين في الفراغ بين غشائي الخلية يمكن من دخول الهيدروجين بشكل غير فعال من اجل انتاج جزيء ATP .

هنا توجد 3 مقاطع فيديو:
סרטון حول عملية نقل الإلكترون في الميتوكوندريا.
סרטון فيديو يشرح العملية من زاوية أوسع.
סרטון فيديو عن انحدار التراكيز مع التركيز على ATP سينثاز.

المبنى الجزيئي

المبنى الجزيئي

سيتوكروم سي ينتمي لعائلة البروتين باسم all-α proteins والتي تتميز بوجود لولب ألفا. كل بروتين ينتمي لهذه المجموعة يحتوي أيضا على مجموعة هيم واحدة أو أكثر.
– مجموعة هيم عبارة عن مركب عضوي يتم انتاجه في النخاع العظمي والكبد. والهيم هو جزء من البروتينات التي تقوم بوظائف متعددة في الجسم. ان فعالية مجموعة هيم تنبع من قدرة ذرة الحديد على ربط جزيئات صغيرة (مثل الاكسجين) وأيضا على قدرتها لأكسدة واختزال مركبات أخرى (ان تعطي الكترونات او ان تستقبل الكترونات، على التوالي).
يتكون السيتوكروم C البشري من . يرتبط اثنان من الأحماض الأمينية بذرة الحديد ، ويرتبط اثنان من الأحماض الأمينية تساهميًا (رباط تساهمي) من خلال ذرة الكبريت (S) بمجموعة هيم
لقد وجد أن هناك عدد من الأحماض الأمينية المحفوظة تطوريًا، وهي الأحماض الأمينية المهمة لربط ذرة الحديد ومجموعة هيم. (السيستئين ، X ، X ، السيستئين ، الهيستيدين) حيث يمكن أن يكون X أي حمض أميني غير السيستئين. وهذه المجموعة موجودة أيضا في بروتين سيتوكروم سي البشري.

صورة 2

מקרא צבעים לייצוג שמירות אבולוציונית - סגול כהה מייצג חומצות אמינו השמורות באבולוציה וזהות באורגניזמים שונים, לבן מייצג חומצות אמינו עם שמירות ממוצעת כחול מייצג חומצות אמינו שאינן שמורות אבולוציונית ועמדות אלו מאופיינות במגוון של חומצות אמינו משתנות בין אורגניזמים שונים.

الوظيفة

الوظيفة

في سلسلة نقل الالكترونات يقوم سيتوكروم سي بنقل الكترون بين المعقدين III و IV . المعقد III يسمى سيتوكروم bc1 والمعقد IV يسمى سيتوكروم سي أوكسيداز. نقل الالكترونات يكون ممكنا بسبب حالة تأكسد متغيرة لذرة الحديد ، حيث ان في البداية يتواجد أيون الحديد في مجموعة هيم بحالة Fe3+ الأمر الذي يمكن من استيعاب الكترون واحد وبالتالي اختزال الحديد لحالة Fe2+.

صورة 3

نرى في الصورة المعقدات المختلفة في سلسلة نقل الالكترونات- سيتوكروم سي هو بروتين صغير مقارنة بالمعقدات 2و3و4 ولا يستطيع المرور عبر الغشاء الخلوي. يمر البروتين عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا بين المعقد 3 و4. ويمكن الملاحظة ان جميع بروتينات سلسلة نقل الالكترونات تحتوي على مجموعة هيم.

يلعب السيتوكروم سي أيضًا دورًا وسيطًا في عملية موت الخلايا المبرمج وهو شكل محكوم من موت الخلايا يستخدم لقتل الخلايا في عملية النمو من اجل نمو أعضاء صحيحة وأيضا مسئول عن انتقاء خلايا الدم البيضاء ولقتل الخلايا السرطانية او المريضة .

ב סרטון הבא מתואר תהליך המוות המבוקר, ניתן לראות כיצד ציטוכרום C קשור לתהליך.
כאשר ציטוכרום C מתפקד כנשא אלקטרונים הוא מעוגן לממברנה הפנימית של המיטוכונדריה באמצעות קשר הידרופובי לפוסופליפיד קרדיוליפין (מולקולה הידרופובית הבונה את הממברנה של המיטוכונדריה).

תמונה 4

באיור בצד שמאל ניתן לראות את החלבון ציטוכרום סי (אדום) מחובר לפוספוליפיד קרדיוליפין ומעוגן בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. באיור בצד ימין ניתן לראות את הפירוק של הקומפלקס קרדיוליפין + ציטוכרום סי כתוצאה מחימצון מולקולת קרדיוליפין. ציטוכרום סי מתנתק מהממברנה וחופשי לצאת לציטוזול.

תחילת תהליך המוות התאי מאופיינת בעלייה של רדיקלים חופשיים (ROS) במיטוכונדריה. כתוצאה מכך, קרדיוליפין מתחמצן והקומפלקס קרדיוליפין-ציטוכרום C נפרד. ציטוכרום C מנותק מהממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ועובר דרך נקבוביות בממברנה החיצונית אל הציטופלזמה. בציטופלזמה ציטוכרום C נקשר לחלבון APAF1 וביחד עם dATP נוצר מכלול- מבנה האפופטוזום, הקושר ומבקע את החלבון פרוקספאז 9 לצורתו הבוגרת והפעילה. בכך מתאפשר חיבור עם קספאזות 3 ו- 7 והפעלתן. פעילות זו מובילה לפגיעה וקיטוע ה DNA המסתיים במוות מכוון של התא.

תמונה 5

באיור מתוארת תחילה ההשתחררות של ציטוכרום סי מהמיטוכונדריה אל הציטוזול. לאחר מכן ציטוכרום סי נקשר לחלבון ציטופלזמי היוצר את מכלול האפופטוזום, מכלול זה מהווה את אחד ממרכזי הבקרה החשובים ביותר של האפופטוזה - הוא קושר ומבקע את החלבון פרוקספאז 9, משחרר אותו בצורתו הבוגרת והפעילה, וכך מפעיל את המסלול האפופטוטי הפנימי המסתיים במוות מכוון של התא.

מניעת אפופטוזיס -
מחקרים מראים שתאים יכולים לשלוט ולבקר על תהליך האפופטוזיס באמצעות מודיפיקציה לאחר תרגום בחלבון. חלבונים, כידוע, הם שרשרות ארוכות של חומצות אמיניות. השלב הראשון בבניית החלבון הוא סינתזת שרשרת החומצות האמיניות; אך על פי רוב, המבנה הראשוני הזה עובר שלבים נוספים של עיבוד, הנקראים מודיפיקציות (התאמות). אחד מסוגי המודיפיקציות הוא זרחון. תהליך הזרחון הינו הוספה של קבוצת זרחה (יון המכיל אטום זרחן אחד וארבעה אטומי חמצן). אנזימי קינאז מוסיפים קבוצות זרחה ואנזימי פוספטאז מסירים אותן. סימון מולקולות באמצעות זרחון משמש לבקרה על מגוון עצום של תהליכים בתאים חיים .בציטוכרום C התגלו מספר חומצות אמינו שמורות מאוד מבחינה אבולוציונית (פוספורלציה) ובכך מקנות לחלבון פעילות מבוקרת המונעת יצירה מוגברת של רדיקלים חופשיים (ROS).

תמונה 6

בתרשים מוצגת פעילות החלבון במצב מזורחן (מבוקר) ובמצב לא מזורחן (לא מבוקר); במצב מבוקר ניתן לראות שקצב הנשימה מווסת ולכן נוצרים מעט רדיקלים חופשיים, פוטנציאל הממברנה חיובי וציטוכרום סי קשור לממברנה הפנימית של המיטוכונדריה באמצעות קרדיוליפין. במצב לא מבוקר קצב הנשימה התאית הינו קצב מקסימאלי המייצר פוטנציאל ממברנה שלילי, יש עלייה בייצור רדיקלים חופשיים וקומפלקס קרדיוליפין+ציטוכרום סי נפרד.

תמונה 7

עימוד ציטוכרום סי מאדם ומעכבר (מרקמה סומטית ומרקמת תאי מין) מאפשר לזהות עמדות שמורות אבולוציונית. ניתן לראות את עמדות 14 ו- 17 הקושרות קוולנטית את קבוצת ההם (חומצות אמינו ציסטאין המסומנות באות הגדולה סי). במיקום החיצים נמצאות עמדות שמורות העוברות מודיפיקציות לאחר תרגום, ביניהן גם עמדות 48 ו- 97 (חומצה אמינית טירוזין המסומנת באות וואי) המוזכרות בערך זה.

פעילותו כנוגד חמצון (מפחית ROS) נעשית גם באופן ישיר על ידי הסרת סופראוקסיד (O2–) ומי חמצן (H2O2) מהמיטוכונדריה לפי התרשים הבא-

תמונה 8

ציטוכרום C הינו חלבון המשחק תפקיד מרכזי בתהליכי יצור האנרגיה בתא וכמו גם שחקן מפתח בתהליכים של מוות תאי מבוקר.