シトクロムc

ほとんどのヘムタンパク質は鉄イオンの配位と三次相互作用によって補欠分子族に結合しているが、シトクロムcのヘム基はタンパク質の2つのシステイン 側鎖とチオエーテル結合を形成する。 ^{[ 16 ]}シトクロムcが多様な機能を持つことを可能にするヘムcの主な特性の1つは、自然界で異なる還元電位を持つ能力である。この特性は、電子移動反応の速度論と熱力学を決定する。^{[ 17 ]}  

双極子モーメントは、タンパク質を適切な方向に配向させ、他の分子との結合能力を高める上で重要な役割を果たします。^{[ 18 ] [ 19 ]}シトクロムcの双極子モーメント は、酵素の「背面」にある負に帯電したアミノ酸側鎖のクラスターに由来します。^{[ 19 ]}結合したヘム基の数や配列のバリエーションにもかかわらず、脊椎動物のシトクロム cの双極子モーメントは驚くほど保存されています。たとえば、脊椎動物のシトクロムcはすべて約320デバイ の双極子モーメントを持ち、植物や昆虫のシトクロムcは約340デバイの双極子モーメントを持ちます。^{[ 19 ]} 

シトクロムcは、ミトコンドリアにおける呼吸鎖電子伝達系の必須構成要素である。シトクロムcのヘム基は_、 bc1複合体III から電子を受け取り、複合体IVへ輸送する一方、エネルギーを逆方向に伝達する。

シトクロムcは、水酸化や芳香族酸化などのいくつかの酸化還元反応を触媒することもでき、 2,2-アジノビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホン酸)(ABTS)、2-ケト-4-チオメチル酪酸、4-アミノアンチピリンなどのさまざまな電子供与体の酸化によってペルオキシダーゼ活性を示します。

細菌のシトクロムcは亜硝酸還元酵素として機能する。^{[ 20 ]} 

シトクロムcは、1996年に王暁東によって、発生過程や感染、DNA損傷への反応で細胞を死滅させる制御された細胞死の一形態であるアポトーシスにおいて中間的な役割を果たすことも発見された。 ^{[ 21 ]}

シトクロムcはミトコンドリア内膜のカルジオリピンに結合し、その存在を固定してミトコンドリアから放出されてアポトーシスを開始するのを防ぎます。カルジオリピンとシトクロム cの間の最初の引力は、シトクロムcの極めて高い正電荷による静電的なものですが 、最終的な相互作用は疎水性であり、カルジオリピンの疎水性尾部がシトクロム cの疎水性部分に挿入されます。^{[ 22 ]}

アポトーシスの初期段階では、ミトコンドリアROSの産生が刺激され、カルジオリピン-シトクロムc複合体のペルオキシダーゼ機能によってカルジオリピンが酸化される 。その後、ヘムタンパク質はミトコンドリア内膜から分離され、外膜の孔を通って可溶性細胞質に排出される。^{[ 23 ]}

カルシウム濃度の持続的な上昇は、ミトコンドリアからのシトクロムcの放出に先行する。少量のシトクロムcの放出は、小胞体（ER）上のIP3受容体（IP3R）との相互作用を引き起こし、ERからのカルシウム放出を誘発する。カルシウムの全体的な増加は、大量のシトクロムcの放出を引き起こし、その後、正のフィードバックループで作用し、IP3Rを介してERからのカルシウム放出を維持する。^{[ 24 ]}これは、ERからのカルシウム放出が細胞毒性レベルに達する理由を説明する。このシトクロムcの放出は、システインプロテアーゼであるカスパーゼ9を活性化する。カスパーゼ9は、細胞を内部から破壊するカスパーゼ3とカスパーゼ7を活性化することができる。 

 細胞のアポトーシスが活性化される方法の1つは、ミトコンドリアから細胞質へのシトクロムcの放出です。研究によると、細胞はBcl-x _L を使用してシトクロムcの放出を阻害することで、アポトーシスから自身を守ることができます。^{[ 25 ]}細胞がアポトーシスを制御するもう1つの方法は、シトクロムcを抗アポトーシススイッチに変えるTyr48のリン酸化です。 ^{[ 26 ]} 

電子伝達系や細胞アポトーシスにおけるよく知られた役割に加えて、2008年の研究によると、シトクロム cはミトコンドリア内で抗酸化酵素としても機能し、ミトコンドリアからスーパーオキシド（O - 2）と過酸化水素（H ₂ O ₂）を除去することによってその働きをします。^{[ 27 ]}したがって、シトクロムcは細胞呼吸のためにミトコンドリアで必要とされるだけでなく、 O - 2とH ₂ O ₂の生成を制限するためにもミトコンドリアで必要とされます。^{[ 27 ]} 

シトクロムcは、生体システムにおける過酸化物の生成を検出するために使用されてきました。スーパーオキシドが生成されると、酸化されたシトクロムc3 ⁺の数が増加し、還元されたシトクロムc2 ⁺の数は減少します。^{[ 37 ]}しかし、スーパーオキシドはしばしば一酸化窒素とともに生成されます。一酸化窒素が存在すると、シトクロムc3+の還元が^阻害されます。^{[ 38 ]}これにより、一酸化窒素とスーパーオキシドの反応によって生成される中間体であるペルオキシ亜硝酸によって、シトクロムc2 ⁺がシトクロムc3 ^{+に酸化されます。 [ 38 ]}ミトコンドリア内にペルオキシナイトライトまたは_H2O2と二酸化窒素NO2_が存在すると、シトクロムcのチロシン残基をニトロ化し、電子伝達系における電子キャリアとしてのシトクロムcの機能を阻害するため、致命的となる可能性があります。^{[ 39 ]}  

シトクロムcは、ペルオキシダーゼ様活性を持つ酵素としても広く研究されてきた。シトクロム cは、ペルオキシダーゼ様活性をテストするために荷電ポリマーに結合された。^{[ 40 ] [ 41 ]}タンパク質ベースのケージ構造への酵素のカプセル化の自然例（例：カルボキシソーム、フェリチン、およびエンカプスリン）に触発され、シトクロム cは、キメラ自己集合アプローチを使用して、栄養飢餓細胞由来の9  nmの小さな自己集合DNA結合タンパク質（Dps）タンパク質ケージにカプセル化された。著者らは、酵素をタンパク質ケージ内にカプセル化すると、溶液中の酵素とは異なる独自の触媒活性挙動が観察された。これは、バルクとは異なるDpsナノケージの内部空洞によって提供される局所的な微小環境に起因する。^{[ 42 ]}