Cytochrom c

Cytochrom c wird durch das Gen CYCS kodiert, das auf Chromosom 7 an Genlokus 7p15.3 liegt. Der genetische Code ist bei Eukaryoten hoch konserviert, er zeigt bei verschiedenen Spezies nur relativ geringe Unterschiede. Über das menschliche Genom sind zahlreiche prozessierte Pseudogene verteilt, die sich von CYCS ableiten.

Cytochrom c besteht aus 104 Aminosäuren. Das Molekulargewicht beträgt etwa 12 kDa. Als prosthetische Gruppe besitzt es ein Häm c, das über zwei Thioetherbrücken an zwei Cysteinreste des Proteins gebunden ist. Das zentrale Eisenion (Fe²⁺) ist äquatorial über koordinative Bindungen mit den vier Stickstoffatomen des Porphyringerüsts komplexiert und axial mit dem Stickstoffatom eines Histidinrestes und dem Schwefelatom eines Methioninrestes verbunden.

Wie alle Cytochrome hat Cytochrom c durch das Häm c eine färbende Eigenschaft.

Cytochrom c ist eine Komponente der Elektronentransportkette in den Mitochondrien. Es überträgt ein Elektron, das es vom Komplex III (Cytochrom-c-Reduktase) übernommen hat, auf das Cytochrom a des Komplex IV (Cytochrom-c-Oxidase). Das zentrale Eisenatom des Cytochrom c wird dabei zu Fe³⁺ oxidiert. Danach gelangt das Elektron zum Cytochrom a3 und Cu_b des Komplex IV, die auch eine O₂-Bindungsstelle enthalten.

Letztlich werden im Komplex IV nacheinander 4 Elektronen von 4 Cytochrom c auf 2 Sauerstoffatome übertragen. Im Rahmen dieser Reaktion werden dem Matrixraum der Mitochondrien 8 Protonen entnommen. 4 davon verbinden sich mit dem zweifach negativ geladenen Sauerstoffatomen zu Wasser. Die anderen 4 Protonen werden in den Intermembranraum der Mitochondrien befördert. Die Reaktion nutzt also die gewonnene Energie aus steigenden Redoxpotentialen als Protonenpumpe in den Intermembranraum der Mitochondrien, um dort die ATP-Synthese anzutreiben.

Außerdem ist Cytochrom c im Rahmen der Apoptose relevant. Es bindet und fixiert Cardiolipin an der inneren Mitochondrienmembran, und verhindert dessen Austritt aus den Mitochondrien, was eine Apoptose in Gang setzen würde.

Wird durch zelluläre Stresssignale das Gleichgewicht zwischen Bax, Bak und Bcl-2 gestört, wird Cytochrom c ins Zytoplasma freigesetzt. Dort führt es über Bindung an Apaf-1 zur Bildung eines Apoptosoms, was wiederum die Procaspase 9 zur Caspase 9 aktiviert. Analog zum extrinsischen Signalweg der Apoptose führt diese Caspase zur Aktivierung der Effektorcaspasen.

Beim Menschen sind Mutationen des CYCS-Gen eine Ursache für die autosomal-dominant vererbte familiäre Thrombozytopenie.