Citocromii

Fac parte din categoria oxidoreductazelor.

Oxigenul este un agent puternic şi potenţial periculos. Dacă celula urmează să utilizeze

oxigenul în metabolism ea trebuie să pastreze o distanţă de siguranţăîntre situsurile

unde are loc oxidarea şi reacţiile metodelor foarte diferite care utilizează oxigenul drept

combustibil, această izolare se obţine cu ajutorul unor protein care transfer electronul

oxigenului la nivelul mitocondriilor, cei mai importanţi participanţi la astfel de procese

sunt citocromii-un grup de protein cu fier hem-proteine (protein care conţin ligantul

puternic legat de fier).

Funcţionarea citocromilor se realizează prin schimbarea alternativă a stării de oxidare a

fierului de la +2 la +3 şi invers la nivelul situsului active, fiind agent de transfer la un

singur electron. Atomii de fier care se află în înconjurarea coordinată a ionului porfirinic

sunt ca şi îngropaţi. Atomii de fier mai coordinează încă 2 liganzi în poziţii axiale s-au

utilizat programe pentru a simula interacţiunile sterice şi electrostatic de la nivelul

citocromilor şi s-a putut modela procesul care are loc atunci când se realizează

transferul de electroni.

Transferul de electroni în procesul în care sunt importanţi citocromii are loc prin

mecanismul de sferă exterioară.

Ox+red1→red+ox1

Ox+e-→ox-

red→red++e-

ox+red→ox║red

ox║red→ox-║red+

ox-║red+→ox-+red+

ox+red→ox-+red+

Din categoria citocromilor amintim citocromul P-450

Enzimele citocromilor P-450 formează o familie de enzime cu situsuri active cu ion Fe-

porfirinic, care catalizează legarea oxegenului de un substrat.

Denumirea P-450 provine de la poziţia benzii de absorbţie în domeniul albastru UV,

astfel spus unul dintre intermediari care se obţin în funcţionarea ciclului catalitic al

acestei enzime absoarbe în domeniul vizibil la 450 nm

Cea mai important reacţie catalizată de citocromul P-450 este cea de inserţie a

oxigenului

R-H+1/2 O2→R-OH

Inserarea oxigenului într-o legătură de tip R-H este un tip de reacţie redox realizată prin

transfer de atomi.

Pe baza acestei reacţii are loc apărarea organismului de compuşii hidrofobi (pesticide,

droguri, precursori) deoarece hidroxilarea acestora le măreşte hidrosolubilitatea,

determină eliminarea lor din organism.

Într-o primă etapă de enzimă aflată în stare de repaos [1] se leagă substratul

hidrocarbonat trecând în starea [2] la care se transfer 1 electron cu formarea fierului în

starea de oxidare +2 şi în intermediarul notat cu [3] la care se poate coordina fie

monoxidu de carbon (CO) fie oxigenul.

Reacţia competitivă celeo din ciclu enzimatic conduce (legarea cu CO) la un compus

colorat uşor de identificat care absoarbe la 450 nm de unde şi denumirea, o reacţie

cheie a ciclului enzymatic este reducerea compusului care reduce oxigenul cu formarea

în final a ionului peroxide coordinat la fierul în starea de oxidare +3, un atom de oxigen

din anionul peroxide este apoi preluat de 2 protoni cu formarea unei molecule de apă,

iar oxigenul coordinat va trece în starea de oxidare -2 pe seama oxidării fierului 3 la fier

4. Această specie reactive conţine fier în starea de oxidare +4 şi oxigenul coordinat la

fier 4 atacul organic cu inserare oxgenului şi formarea grupei hidroxil.

Compusul organic astfel format este eliminate iar în poziţia de coordinare liberă este

legată o moleculă de apă. Cheia acestui ciclu catalitic constă în formarea complexului

oxo (O2-) al fierului 4.

Structura situsului activ

Proteina creează o structură pliată în jurul hemului realizând o încurajare cu

permitivitatea scăzută care protejează astfel hemul de mediul înconjurător.

Substratul hidrocarbonat se leagă de proteină şi în timpul atacului oxigenului legătura

C-H ajunge s situată la o distanţă de 5Å de situsul fierului, legătură situată în poziţie

trans faţă de poziţia de legare a oxigenului este o catenă lateral tiolică a unui rest de

cisteină

Când se coordinează oxigenul capătul din afara molecule de oxigen este proiectat în

soluţie, iar substratul este legat de enzimă în interiorul buzunarului hidrofob.

Ca mechanism de oxidare a substratului nu este cunoscut cu exactitate se consideră 2

posibilităţi: 1 posibilitate formarea unei specii radicalice de oxigen care soată ataca

legătura C-H şi alta care presupune transferul unui atom de oxigen la legătura de

hidrogen, acest exemplu de oxidare a unui compus organic nu este cunoscut în chimia

anorganică şi tocmai de aceea studiul mecanismului de reacţie al citocromului P 425

este interest deoarece lărgeşte domeniul mecanismului de oxidare cunoscut în chimia

anorganică. A fost pus în evidenţă şi rolul atomului de sulf în această reacţie şi a fost

exprimat în termenii mecanici cuantice (cu ajutorul teoriei orbitalilor molecular)

Se pare că rolul deosebit al S din poziţia trans este acela de a corela sarcina atomului

de fier pentru a putea fi transferat atomul de oxigen.