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细胞色素氧化酶的组装及生物化学性质

2022.9.04

  组装

  细胞色素氧化酶是由多个亚基和辅因子组成的,必须要通过组装才能形成完成的活性分子。它的组装位点被认为接近TOM/TIM复合体;在这一位置,复合物中间体可以与来自原生质中的亚基结合。血红素和辅因子被插入到亚基I和II中。亚基I和IV可以启动组装。其他亚基可以先形成亚复合物中间体,然后再与亚基I和IV结合形成完整的细胞色素氧化酶。在组装后修饰中,酶分子发生二聚化以获得有效的酶活性。二聚体是通过一个心磷脂(cardiolipin)分子来连接。整个组装机制的信息已经得到大量的揭示, 但具体过程还有待进一步的研究。[1]

  生物化学性质

  细胞色素氧化酶催化的整体反应是:

  4 Fe-细胞色素c+ 8 H进 + O2 → 4 Fe-细胞色素c+ 2 H2O + 4 H出

  整个催化过程 如下:首先两个电子从两个细胞色素c分子通过CuA和细胞色素a传递到细胞色素a3-CuB双核中心,将中心的金属还原为Fe和Cu。连接两个金属离子的氢氧根在被质子化后生成水分子而被释放,从而两个金属离子之间产生了一个空腔,这一空腔被一个氧气分子所填充。氧气分子与细胞色素a3中的铁原子结合形成铁氧结合形式(Fe-O2)。结合的氧很快被还原,其中一个氧原子与铁形成Fe=O形式;而另一个接近CuB的氧原子接受来自Cu的一个电子和来自Tyr244上羟基的一个电子和一个质子,被转化为一个氢氧根,同时Tyr244转变为酪氨酰自由基。来自另一个细胞色素c分子的第三个电子通过相同的途径被传递到细胞色素a3-CuB双核中心,随后这个电子和两个质子将酪氨酰自由基重新还原为酪氨酸,并将结合在CuB上的氢氧根转化为水分子。同样来自细胞色素c分子的第四个电子在进入细胞色素a3-CuB双核中心后,将Fe=O还原为Fe,同时氧原子接受一个质子转变为一个氢氧根连接于细胞色素a3-CuB中心,从而整个循环回到起始状态。整个反应过程净利用了4个还原的细胞色素c分子(提供4个电子)、4个质子(消耗8个,产生4个),将一个氧气分子还原为两个水分子。[1]

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