Количество просмотров 7959

Цитохромы


В написании статьи принимал(а) участие:
врач-эндокринолог, врач антивозрастной медицины


Цитохромы – это белковые компоненты, которые являются ключевыми ксенобиотическими окислителями и электронными переносчиками в различных клеточных процессах. Они содержат гемовую группу и могут существовать в различных оксидативно-восстановленных состояниях.


Английское название:
cytochromes
Синонимы:
ксенобиотический окислитель

Цитохромы играют важную роль в процессе фотосинтеза у растений и в дыхании у животных и микроорганизмов. Они также участвуют в некоторых биохимических реакциях и синтезе метаболитов. 

Функция цитохромов заключается в передаче электронов от одного компонента электронной транспортной цепи к другому. Они обладают способностью изменять свою окислительно-восстановительную способность в зависимости от того, находятся ли они в окислительном или восстановленном состоянии. При окислении цитохром отдает электроны, в результате чего происходит окисление других компонентов цепи, а при восстановлении он получает электроны, что приводит к восстановлению других компонентов цепи.

В целом цитохромы являются основными игроками в энергетическом обмене в клетке и выполняют важные функции в поддержании жизнедеятельности организма.

Что это такое

Цитохромы – это ферменты, основным компонентом которых выступает белок. Они находятся в мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭПР) в клетках печени, где осуществляют процессы окисления и синтеза биологически активных молекул.

Цитохромы относятся к гемопротеинам, имеющим железо-порфириновый комплекс. Форма гема может быть различной: тип Heme A или C, или более сложные структуры, такие Heme B или Heme C. Как правило, цитохромы содержат один или несколько гемов, которые играют ключевую роль в электронном переносе.

История открытия цитохромов

Открытие цитохромов было долгим процессом, который начался еще в конце XIX века. В 1884 году немецкий ученый Эмиль фон Беринг впервые описал цитохром в своей работе о хромофорах (пигментах) в крови. Он также заметил, что при окислении цитохром меняет цвет. Однако тогда не было полного понимания о структуре и функции цитохромов.

В начале XX века американский ученый Джордж Йенсен провел исследования на травоядных животных и обнаружил, что у них имеется специфический фермент, который участвует в процессе окисления. Он назвал его "желтый фермент" и предположил, что он связан с цитохромом.

В 1911 году немецкий биохимик Отто Варбург подтвердил, что цитохромы присутствуют в митохондриях и играют важную роль в дыхании клетки. Он также обнаружил, что цитохромы способны переносить электроны через цепь реакций, обеспечивая транспорт кислорода и питательных веществ в клетках.

Дополнительные исследования в 1940-1950 годах позволили ученым выявить различные типы цитохромов с разной структурой и функцией. Например, цитохром P450 был открыт в 1962 году и получил свое название по спектральной характеристике (пиксель на длине волны 450 нм).

В последующие годы были проведены детальные структурно-функциональные исследования цитохромов при помощи методов рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии. Эти исследования позволили ученым лучше понять молекулярную структуру и механизм действия цитохромов.

Таким образом, открытие цитохромов было результатом долгой исследовательской работы, которая привела к пониманию их роли в электронном транспорте и метаболизме клетки.

Функции

Функции цитохромов очень разнообразны. Они участвуют во многих биологических процессах, включая дыхание, фотосинтез, окисление аминокислот и метаболизм лекарств и ядов.

  • Электронный транспорт

Одна из ключевых функций цитохромов заключается в том, чтобы переносить электроны в цепи дыхания и фотосинтеза между различными ферментами и белками, участвующими в этих процессах. Цитохромы также принимают участие в переносе электронов в митохондриях, где они играют важную роль в образовании аденозинтрифосфата (ATФ) – основного источника энергии клетки.

  • Участие в окислительно-восстановительных реакциях

Благодаря способности гем-группы к изменению окислительного состояния цитохромы являются важными “игроками” окислительно-восстановительных реакций. Они организуют передачу электронов, что позволяет переносить энергию из одного места к другому. Это существенно важно для множества клеточных процессов, таких как синтез ATФ и образование некоторых веществ.

  • Регуляция метаболизма

Цитохромы также могут играть важную роль в регуляции метаболизма. Они могут быть включены в реакции окисления-восстановления, изменять свою активность в зависимости от времени и особенностей организма.

  • Участие в иммунной системе

Некоторые цитохромы играют роль в функционировании иммунной системы, особенно в защите организма от бактерий и вирусов. Они помогают активировать иммунные клетки и участвуют в развитии воспалительных реакций.

Важно отметить, что функции цитохромов могут различаться в зависимости от их типа и местоположения в организме. К примеру, цитохромы P450 являются ключевыми ферментами, ответственными за различные фазы метаболизма лекарств и ядов.

Классификация цитохромов  

Классификация цитохромов основана на их генетической структуре и последующем анализе аминокислотных последовательностей. На сегодняшний день известно более 57 семейств цитохромов P450 у различных организмов, включая человека.

Цитохромы классифицируются по генетическому сходству и функциональным характеристикам. В классификации используется универсальная номенклатура, основанная на присвоении каждому семейству буквенно-цифрового кода. Семейства цитохромов обозначаются буквами CYP, за которыми следует номер. Например, CYP1, CYP2, CYP3 и так далее.

Внутри каждого семейства цитохромов также существуют подсемейства, обозначаемые буквами латинского алфавита (например, CYP2A, CYP2B и т. д.). Подсемейства дополняются номерами, если это необходимо для описания различных вариантов гена цитохрома. Например, CYP2D6 - самое известное подсемейство, включающее множество генетических вариантов, ответственных за индивидуальный метаболизм лекарств у людей.

Основной функцией цитохромов является обеспечение окислительных реакций, в которых молекулы подвергаются активации с помощью встраивания кислорода в их структуру. Этот процесс, известный как окисление со сращением кислорода (ООСК), позволяет цитохромам участвовать в фазе I биотрансформации многих лекарственных средств, а также других веществ, таких как стероиды, жирные кислоты, витамины и токсические соединения.

Классификация цитохромов является важным инструментом для понимания и предсказания их функций и роли в метаболизме. Она также помогает в прогнозировании возможных взаимодействий лекарств между различными цитохромами и учитывается при разработке новых лекарственных средств и прогнозировании их метаболической активности у людей.

Методы определения цитохромов

Существует несколько методов определения цитохромов, включая спектрофотометрию, электрохимические методы и иммунодетекцию.

  • Спектрофотометрия

Этот метод использует спектрофотометр для измерения поглощения света различными веществами, включая цитохромы. Цитохромы имеют сильное поглощение в видимой области спектра, и их концентрация может быть определена путем измерения поглощения света при определенной длине волны. Спектрофотометрия также может использоваться для изучения спектральных характеристик цитохромов, таких как максимальная поглощающая длина волны и коэффициент экстинкции.

  • Электрохимические методы

Эти методы основаны на использовании электродов для измерения электрических свойств цитохромов. Например, амперометрический метод измеряет ток, создаваемый цитохромами при окислительно-восстановительных реакциях. Электрохимические методы также позволяют изучать кинетику реакций цитохромов и определять их электрохимические параметры.

  • Иммунодетекция

Этот метод использует антитела, специфически связывающиеся с цитохромами, для их обнаружения и измерения. Иммунодетекция может быть проведена с использованием различных техник, таких как иммунофлюоресценция, иммуноблоттинг и иммуноферментный анализ. Этот метод позволяет не только определить наличие цитохромов, но и изучить их уровень экспрессии и локализацию в клетках и тканях.

Все эти методы представляют свои преимущества и ограничения, и выбор конкретного метода зависит от конкретной задачи и доступных ресурсов. Комбинирование нескольких методов может быть полезным для получения более полной информации о цитохромах и их функциях.

Краткие выводы

Сегодня цитохромы широко используются в биохимии, фармакологии и медицине. Они играют важную роль в метаболических процессах, детоксикации и реакциях на окислительный стресс. Также цитохромы являются мишенями для многих лекарственных препаратов, которые оказывают свое действие, влияя на электронный транспорт в митохондриях.

Интересуетесь антивозрастной
и превентивной медициной?
Чтобы стать лучшим - учитесь
у лучших!
Эксперты со всего мира станут вашими наставниками
на пути изучение Anti-Age Expert. Подробнее
Список литературы
  1. Ortiz de Montellano P.R. Substrate oxidation by cytochrome P450 enzymes // Cytochrome P450. Structure, mechanism, and biochemistry.
  2. Archakov A.I., Bachmanova G.ICytochrome P-450 and active oxygen, Taylor &Francis Group, Heme-containing oxygenases // Chem.
  3. Guengerich F.P. Common and uncommon cytochrome P450 reactions related to. metabolism and chemical toxicity.
  4. Bernhardt R. Cytochromes P450 as versatile biocatalysts.
  5. Hultquist D.E., Passon P.G. Catalysis of methaemoglobin reduction by erythrocyte cytochrome B5 and cytochrome B5 reductase.
  6. Ito A., Sato R. Purification by means of detergents and properties of cytochrome bs from liver microsomes.
  7. Ito A. Cytochrome bs-like hemoprotein of outer mitochondrial membrane; OM cytochrome b. I. Purification of OM cytochrome b from rat liver mitochondria and comparison of its molecular properties with those of cytochrome.

Статьи по теме
09.12.2022
Гемоглобин и его норма
В 1849 году гемоглобин стал первым белком, кристаллизованным и связанным с определенной физиологической функцией.
03.11.2021
Дрожжи: вред и польза
Дрожжи – это великолепный источник белка, витаминов группы В, органического железа, минеральных веществ, микроэлементов и аминокислот. Их применение уже давно выходит за рамки пивоварения и виноделия.  Но в то же время, некоторые из штаммов могут представлять опасность для здоровья человека, например, Candida Albicans или Cryptococcus neoformans.
14.08.2021
Как сон продлевает молодость
Качественный сон не только помогает организму восстановить повседневный износ, устраняя поврежденные молекулы, но и работает на отличный внешний вид. Благодаря ему стимулируется выработка гормона роста и коллагена, усиливается кровоснабжение. Но даже на этом исцеляющая сила сна не заканчивается. Согласно исследованиям, полноценный и регулярный сон снижает риск сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, повышает креативность, а также помогает не набрать лишний вес и сохранить стройную фигуру.
Принять участие
Оставьте свои контакты, и координатор школы поможет Вам с выбором оптимального формата, расскажет о действующих программах и специальных предложениях.
*
*
*
*