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)
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
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
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
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 .
في هذا الفيديو نرى دور السيتوكروم سي في موت الخلايا المبرمج.
سيتوكروم سي الحامل للإلكترونات يتواجد داخل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا بواسطة رابط هيدروفوبي (كاره للماء) للفوسفوليبيد كارديوليبين (وهو جزيء هيدروفوبي يبني غشاء الميتوكوندريا).
صورة 4
تتميز بداية عملية الموت الخلوي بارتفاع في نسبة الشوارد الحرة (ROS) في الميتوكوندريا. نتيجة لذلك يتم تأكسد الكارديوليبين وبالتالي فانه يتم تفكيك المعقد كارديوليبين- سيتوكروم سي.
يقوم بعد ذلك السيتوكروم سي بالخروج من الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويمر من خلال الثقوب الموجودة في الغشاء الخارجي وصولا الى السيتوبرلازما. في السيتوبلازما يرتبط سيتوكروم سي لبروتين APAF1 وبروتين dATP وهكذا يتكون مبنى ال أبوبتوسوم وهو بروتين يربط بروتين بروكسباز 9 ويحوله الى صورته النشطة والفعالة وهكذا تتمكن الكاسباسات 3 و7 من الارتباط والعمل (caspase). هذه العملية تؤدي الى ضرر وانقسام في ال DNA الذي ينتهي بموت موجه للخلية.
صورة 5
منع الموت المبرمج للخلية
تشير العديد من الأبحاث ان الخلايا تستطيع ان تتحكم وتسيطر على موت الخلايا المبرمج ولذك من خلال تعديل تقوم به بعد عملية الترجمة في البروتين. البروتينات هي سلسلة طويلة من الاحماض الامينية، المرحلة الأولى في بناء البروتين هي انتاج سلسلة من الاحماض الامينية (المبنى الاولي) وبعد ذلك تمر هذه السلسلة بالعديد من المعالجات والتعديلات. واحدة من هذه التعديلات هي عملية الفسفرة. عملية الفسفرة يتم فيها إضافة مجموعة فوسفات للبروتين (أيون يحتوي على ذرة فوسفات واحدة و4 ذرات هيدروجين). تتم العملية بواسطة إنزيمات الكيناز والتي تنقل الفوسفات وهي تغيير الشكل التركيبي للبروتين بحيث تعدل من صفاته أو وظيفته. والعملية العكسية تسمى إزالة الفسفرة بواسطة انزيم الفوسفاتيز الذي يقوم بإزالة مجموعة فوسفات من البروتين. في سيتوكروم سي وجد أن هناك عدد من الأحماض الأمينية المحفوظة تطوريًا والتي تمر ، الامر الذي يمنع من الإنتاج الزائد للشوارد الحرة (ROS)
صورة 6
صورة 7
وظيفة السيتوكروم سي كمانع للأكسدة (تقليل ROS) تتم بشكل مباشر عن طريق إزالة الأكسيد الفائق O2- وماء الاكسجين (H2O2) من الميتوكوندريا كما هو موضح في الرسم التالي:
صورة 8
سيتوكروم سي هو بروتين يلعب دور مركزي في انتاج الطاقة في الخلية وأيضا له دور رئيسي بعمليات موت الخلايا المبرمج.
وراثة
جين CYCS الذي يشفر بروتين السيتوكروم C في البشر يتواجد على كروموسوم 7 في الحمض النووي DNA في نواة الخلية. هذا على عكس البروتينات الأخرى التي تعمل في عضية الميتوكوندريا المشفرة بواسطة الحمض النووي DNA للميتوكوندريا. حيث ان ال DNA للميتوكوندريا صغير جدًا، ويتألف من كروموسوم واحد صغير ويتضمن أقل من 17000 زوج قواعد نيتروجينية. بينما ال DNA في نواة الخلية يتضمن ثلاثة مليارات قاعدة نيتروجينية في 23 زوجًا من الكروموسومات.
ومع ذلك، تحتوي كل خلية على نواة واحدة والعديد من الميتوكوندريا: في بعض الخلايا يصل عدد عضيات الميتوكوندريا إلى الآلاف، لذلك لديهم أيضًا آلاف النسخ من الحمض النووي DNA للميتوكوندريا. هناك اختلاف آخر بين أنواع الحمض النووي DNA وهو أننا نحصل على الحمض النووي DNA للميتوكوندريا من الأم فقط. تحتوي خلية الحيوانات المنوية على ميتوكوندريا، لكنها موجودة في "ذيل" الخلية، والذي يبقى بالخارج عند اتحاد الحيوان المنوي مع البويضة، يقوم الحمض النووي DNA للميتوكوندريا بتشفير13 بروتينًا ضروريًا لوظيفة الميتوكوندريا باعتبارها "محطة القوة الخلية".
يحتوي الجينوم البشري على 49 "جينا كاذبا" للجين CYCS (وهي جينات غير فعالة ولا تمر في مرحلة النسخ ولا الترجمة). للجين توجد ثلاثة اكسونات.
يتم تركيب البروتينات من أحماض أمينية باستخدام المعلومة المشفرة في الجينات، لدى كل بروتين تسلسلٌ خاص به من الأحماض الأمينية والذي يُحدَّد بواسطة تسلسل نوكليوتيدات الجين المشفر لذلك البروتين. تُنسخ الجينات المشفرة في الدنا إلى رنا رسول والذي يُستخدم بعدها كقالب لتخليق (ترجمة) البروتين بواسطة الريبوسوم. لا يتم التعبير عن جميع الجينات في الكائن الحي في نفس الوقت حيث ان كل خلية تعبر فقط عن جزء معين من المعلومات الموجودة بها ويتم قمع الجينات الأخرى التي ليست ضرورية لوظيفة الخلية. يتم قياس التعبير الجيني للجين CYCS حسب كمية الرنا رسول في الانسجة المختلفة حيث ان التعبير يختلف من نسيج الى اخر.
صورة 9
أمراض
عند الأشخاص الذين يعانون من متلازمة نقص الصفيحات وجدت طفرة في جين CYCS والتي بها يتم استبدال الحمض الاميني بالحمض الاميني سيرين . هذه المتلازمة هي متلازمة سائدة تتميز بنقص في عدد صفائح الدم وبالتالي يزداد الاحتمال لحدوث النزيف وتقل احتمالية تخثر الدم.
لقد وجدت الدراسات الحديثة أن هذه الطفرة تزيد من النشاط المؤيد لموت الخلايا المبرمج عن طريق تنشيط الكاسبيز(caspase) بشكل أكثر كفاءة من البروتين الطبيعي. لا تؤثر هذه الطفرة على وظيفة الأكسدة والاختزال للبروتين
ورقة عمل للطالب
דף עבודה לתלמיד
נספח
المصادر
pubchem
ncbi - cytochrome c - homo sapiens
A Novel Cycs Missense Mutation in the α-Helix of the Cycs C-Terminal Domain Causes Non-Syndromic Thrombocytopenia
לראות את המולקולות נטענות - מכון דוידסון
ncbi cics gene
pdb - 1GU2
pdb - 1AKK
Cytochrome C. (2019, June 5).
ncbi - CYCS cytochrome c - Homo sapiens
nature - Cytochrome c: functions beyond respiration
