Cytochroom

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Cytochroom c met heemgroep c

Cytochromen zijn een groep van eiwitten die een centrale rol spelen in de energiestofwisseling van levende cellen. Ze katalyseren een aantal belangrijke redoxreacties in de elektronentransportketen, het proces waarbij cellen stapsgewijs energie verkrijgen uit voedingsstoffen. Cytochromen kenmerken zich door hun ijzer-bevattende heemverbinding. Het ijzeratoom fungeert als een cofactor en is door zijn variabele oxidatietoestand in staat een elektron op te nemen en af te staan aan een volgend cytochroom.[1]

In tegenstelling tot de kleurloze atomen H, C, N en O die de bouwstenen zijn van vrijwel alle biologische moleculen, zijn de ionen van overgangsmetalen vaak gekleurd. Omdat cytochromen ijzer bevatten, werden ze al in 1884 met behulp van spectroscopische technieken ontdekt. In de jaren 1920 noemde de bioloog David Keilin deze gekleurde eiwitten 'cellulaire pigmenten', oftewel cytochromen.[2]

Cytochromen worden op basis van hun heemgroepen ingedeeld in vier klassen: cytochroom a, cytochroom b, cytochroom c en cytochroom d. Deze klassen kunnen worden onderscheiden door hun karakteristieke absorptiespectra. In biochemische literatuur worden soms ook andere classificaties gehanteerd, zoals cytochroom o of de aparte groep cytochroom P450.

Structuur en functie[bewerken | brontekst bewerken]

De meeste cytochromen zijn globulaire eiwitten die in membranen verankerd zijn. Karaksteristiek voor cytochromen is dat ze minstens één heemverbinding bezitten. De heemverbinding bestaat uit een een sterk geconjugeerd ringsysteem (waardoor de elektronen zeer mobiel zijn) met in het midden een ijzeratoom. Het ijzer in cytochromen alterneert voortdurend tussen zijn tweewaardige (Fe2+) en driewaardige (Fe3+) oxidatietoestand. Geoxideerde cytochromen (met Fe3+) kunnen een elektron opnemen, en deze vervolgens doorgeven aan een ander redox-actief eiwit, waarbij ze in hun gereduceerde toestand raken (met Fe2+). Het doorgeven of 'dragen' van elektronen is de manier waarop aerobe organismen energie halen uit hun voedingsstoffen.[1]

Illustratie van cytochroom c (3cyt), met de redoxactieve heemgroep gekleurd

Cytochromen zijn betrokken in uiteenlopende biologische processen: de oxidatieve fosforylering, de fotosynthese, zelfs in enkele anaërobe stofwisselingsroutes in bacteriën. Tijdens de oxidatieve fosforylering speelt cytochroom c een rol in elektronenoverdracht van het membraangebonden complex III naar complex IV. Complex IV bevat een domein dat elektronen overdraagt en de reactie van zuurstof naar water katalyseert. Fotosysteem II, het eerste eiwitcomplex in de lichtreacties van de fotosynthese, bevat een cytochroom b-subeenheid.[1] Cyclo-oxygenase 2, een enzym dat betrokken is bij ontstekingen, is ook een cytochroom b-eiwit.

Een aparte familie van cytochromen is cytochroom P450. De naam is afgeleid van de karakteristieke piek die ontstaat door de sterke absorptie van licht bij golflengten van 450 nm, wanneer het heem-ijzer gereduceerd is (door natriumdithioniet) en gecomplexeerd is tot koolmonoxide. Deze enzymen zijn voornamelijk betrokken bij enzymatische afbraak van lichaamsvreemde moleculen, zoals geneesmiddelen of toxines.[3]

Analyse[bewerken | brontekst bewerken]

Cytochromen kunnen met behulp van spectroscopische technieken bestudeerd worden. Omdat de ijzerionen met zichtbaar licht verschillende kleuren geven, werden de cytochromen al relatief vroeg in de geschiedenis van de biochemie ontdekt. Spectroscopische technieken zoals elektronspinresonantie en ramanspectroscopie, in combinatie met het aanbrengen van gerichte mutaties in de eiwitketen, zijn toegepast om de functie van de heemgroep op te helderen, belangrijke aminozuurresiduen te identificeren die betrokken zijn bij protonoverdracht, en de katalytische cyclus en de structuren van zijn tussenproducten vast te stellen.[4]

Zie ook[bewerken | brontekst bewerken]