チトクロム酸化酵素

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cytochrome oxidase

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チトクロムオキシダーゼ、シトクロムオキシダーゼ、シトクロム酸化酵素

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cytochrome C oxidase

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2016/02/22 03:15:49」(JST)

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シトクロムcオキシダーゼ
リン脂質二重層内にあるウシ亜科のシトクロムcオキシダーゼの構造。膜間スペースは画像の上方。PDB 1OCCより。 蛋白質構造データバンク 今月の分子005:シトクロムc酸化酵素（Cytochrome c Oxidase）
識別子
EC番号	1.9.3.1
CAS登録番号	9001-16-5
データベース
IntEnz	IntEnz view
BRENDA	BRENDA entry
ExPASy	NiceZyme view
KEGG	KEGG entry
MetaCyc	metabolic pathway
PRIAM	profile
PDB構造	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
遺伝子オントロジー	AmiGO / EGO
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シトクロムcオキシダーゼ (cytochrome c oxidase) または複合体IV（Complex IV）は、バクテリアおよびミトコンドリアで見られる膜貫通タンパク質複合体の一つである。

ミトコンドリア膜（またはバクテリア膜）における電子伝達系の最後の酵素であり、4分子のシトクロムcからそれぞれ電子を受け取り、酸素1分子に転移させ2分子の水に変換する機能を持つ。この過程では、マトリックス由来の4個のプロトンから水が生成されるのと同時に4個のプロトンがマトリックスから膜間スペースに透過する。これにより発生した膜間の電気化学ポテンシャルの差がATP合成酵素によるATP合成に用いられる。

構造

複合体IVは、哺乳類では、いくつかの金属補欠分子族部位と13のタンパク質サブユニットから構成される巨大な内在性膜タンパク質である。哺乳類では、10個のサブユニットは核由来で、残りの3個はミトコンドリアで合成される。複合体IVには2種のヘム（ヘムa 、ヘムa ₃）、2種の銅中心（Cu_AとCu_B）が含まれている。2種類のヘム（ヘムa、ヘムa ₃）とCu_BはサブユニットIに位置し、2個のCu_AはサブユニットIIに配位している。サブユニットIのヘムa ₃とCu_Bはそれぞれで二核中心を形成し、酸素の還元部位となっている。

シトクロムc は、複合体IIIのシトクロムc ₁によって還元された後、複合体IVのCu_A二核中心と結合し、シトクロムc の鉄中心はFe²⁺からFe³⁺に酸化される。還元されたCu_A二核中心はその電子をヘムa に送り、さらにそこからヘムa ₃-Cu_B二核中心に送られる。この二核中心の2個の金属イオンは4.5 Å離れており、十分な酸化状態の水酸化物イオンに配位している。

シトクロムc の結晶学的研究では、Tyr(244)のC6とHis(240)のε-Nが結合するという独特な翻訳後修飾が見られた（ウシ亜科のクロムcオキシダーゼでの酵素ナンバーリング）。これにより、ヘムa ₃-Cu_B二核中心が4電子を受け取って酸素分子を水に還元するという極めて重要な役割が可能になっている。以前は、還元機構は過酸化物中間体が関与していると考えられ、それが超酸化物の生成に繋がっていると考えられていた。しかし、現代では、4電子還元によって酸素-酸素結合が開裂する反応機構が支持されており、超酸化物が形成しそうな中間体は避けられている。

生化学

反応の概要：

4 Fe²⁺-シトクロム c + 8 H⁺_in + O₂ → 4 Fe³⁺-シトクロム c + 2 H₂O + 4 H⁺_out

まず、2個の電子がシトクロムcから、Cu_A二核中心とヘムa を通過して、ヘムa ₃-Cu_B二核中心に至り、このFe³⁺はFe²⁺に、Cu²⁺はCu⁺に還元される。このときそれぞれの金属イオンに配位していたヒドロキシル配位子はプロトン化されて水として失われ、金属間に酸素分子が入る空間が作られる。酸素はFe²⁺-シトクロム c由来の2電子により迅速に還元され、フェリオキソ型(Fe⁺⁴=O)に変換される。Cu_B側の酸素原子はCu⁺からの1電子と、Tyr(244)の由来の1電子と1プロトンを受け取りヒドロキシ配位子に変換される。このときTyr(244)はチロシルラジカルとなる。別のシトクロムc から発生する3番目の電子は始めの2種の電子キャリアーからヘムa ₃-Cu_Bに至り、この電子と2プロトンによりチロシルラジカルがチロシンに戻り、そしてヒドロキシドはCu_B²⁺に結合し後に水分子となる。同様に4番目の電子も始めの2種の電子キャリアーからヘムa ₃-Cu_Bに至ることによりFe⁺⁴=OがFe⁺³に還元され、同時に酸素原子がプロトンを受け取り、ヘムa ₃-Cu_Bがこのサイクルの始めの状態に戻る。まとめると、4分子の還元型シトクロムc と4個のプロトンが用いられ酸素分子を2分子の水に還元していることになる。

抑制

シアニド、スルフィド、アジドおよび一酸化炭素の全てがシトクロムcオキシダーゼに結合し、拮抗的阻害を及ぼし細胞を化学的な窒息状態にさせる。また、メタノール（メチル化剤）はホルムアルデヒドに変換され、こちらも同じように系を阻害する。

資料画像

• 電子伝達系

• シトクロムcオキシダーゼの反応機構の模式図

脚注

関連項目

• 呼吸鎖複合体
• 電子伝達系
• 電子伝達体
• 酸化還元酵素

外部リンク

• http://metallo.scripps.edu/PROMISE/COX.html
• http://www.life.illinois.edu/crofts/bioph354/cyt_ox.html
• http://www.sc.fukuoka-u.ac.jp/~bc1/Biochem/oxidphos.htm
• UMich Orientation of Proteins in Membranes families/superfamily-4
• Cytochrome-c Oxidase - the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

UpToDate Contents

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• 1. 新生児における筋緊張低下を引き起こす末梢神経および筋肉の障害に関する概要 overview of peripheral nerve and muscle disorders causing hypotonia in the newborn
• 2. ミトコンドリアの構造、機能、および遺伝学 mitochondrial structure function and genetics
• 3. ミトコンドリアミオパシー：臨床的特徴および診断 mitochondrial myopathies clinical features and diagnosis
• 4. ミトコンドリア細胞症における腎病変 renal involvement in the mitochondrial cytopathies
• 5. 先天性代謝異常：分類 inborn errors of metabolism classification

Japanese Journal

• フェムト秒X線レーザー結晶構造解析法を用いた無損傷休止型チトクロム酸化酵素の構造解析

• 吉川 信也
• 放射光 : 日本放射光学会誌 28(2), 56-66, 2015-03
• NAID 40020430824

• 3P098 一酸化炭素・シアン化物結合混合原子価型ウシ心筋チトクロム酸化酵素の構造解析(02.ヘム蛋白質,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))

• Muramoto Kazumasa,Mochizuki Masao,Taniguchi Maki,Yano Naomine,Maeda Tomoko,Shinzawa-Itoh Kyoko,Yamashita Eiki,Tsukihara Tomitake,Yoshikawa Shinya
• 生物物理 53(SUPPLEMENT_1-2), S228, 2013-09-13
• NAID 110009819902

• 3P095 シアン化物・アジ化物結合完全酸化型ウシ心筋チトクロム酸化酵素の構造解析(02.ヘム蛋白質,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))

• Muramoto Kazumasa,Mochizuki Masao,Yano Naomine,Maeda Tomoko,Shinzawa-Itoh Kyoko,Yamashita Eiki,Tsukihara Tomitake,Yoshikawa Shinya
• 生物物理 53(SUPPLEMENT_1-2), S227, 2013-09-13
• NAID 110009819899

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酵素の分類

• (a)酸化還元酵素(oxydoreductase) EC1:ある物質を酸化したり､還元したりします。脱水素酵素､ペルオキシダーゼなどを含みます。
• (b)転移酵素(transferase) EC2: アミノ基やリン酸基などをある物質から別の物質に転移する酵素です。アミノ基を転移する酵素はアミノトランスフェラーゼと呼ばれます。
• (c)加水分解酵素(hydrolase) EC3:ある物質(基質)に水(H2OのうちHとOH)を加えることにより､2つに分解します。多くの蛋白分解酵素が含まれます。
• (d)リアーゼ(lyase) EC4:ある物質を2つに分解します。
• (e)イソメラーゼ(isomerase) EC5:ある基質を異性体に変換します。
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