السيتوكروم ج

بينما ترتبط معظم بروتينات الهيم بالمجموعة الاصطناعية عبر روابط أيون الحديد والتفاعلات الثلاثية، فإن مجموعة الهيم في السيتوكروم  ج تُكوّن روابط ثيوإيثر مع سلسلتين جانبيتين من السيستين في البروتين. ^{[ 16 ]} إحدى الخصائص الرئيسية للهيم  ج، التي تُمكّن السيتوكروم  ج من أداء وظائف متنوعة، هي قدرته على امتلاك جهود اختزال مختلفة في الطبيعة. تُحدد هذه الخاصية حركية وديناميكا حرارة تفاعل نقل الإلكترون. ^{[ 17 ]}

يلعب عزم ثنائي القطب دورًا هامًا في توجيه البروتينات نحو الاتجاهات الصحيحة وتعزيز قدرتها على الارتباط بجزيئات أخرى. ^{[ 18 ] [ 19 ]} ينشأ عزم ثنائي القطب لسيتوكروم  سي من مجموعة من السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية سالبة الشحنة في الجزء الخلفي من الإنزيم. ^{[ 19 ]} على الرغم من الاختلافات في عدد مجموعات الهيم المرتبطة والاختلافات في التسلسل، فإن عزم ثنائي القطب لسيتوكرومات  سي في الفقاريات محفوظ بشكل ملحوظ. على سبيل المثال،  تمتلك جميع سيتوكرومات سي في الفقاريات عزم ثنائي قطب يبلغ حوالي 320 ديبي، بينما تمتلك سيتوكرومات  سي في النباتات والحشرات عزم ثنائي قطب يبلغ حوالي 340 ديبي. ^{[ 19 ]}

يُعد السيتوكروم ج مكونًا أساسيًا في سلسلة نقل الإلكترون التنفسية في الميتوكوندريا. تستقبل مجموعة الهيم في السيتوكروم  ج الإلكترونات من المركب الثالث (bc ₁ Complex III) وتنقلها إلى المركب الرابع (Complex IV) ، بينما تنقل الطاقة في الاتجاه المعاكس.

يمكن للسيتوكروم ج أيضًا أن يحفز العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال مثل الهيدروكسيل والأكسدة العطرية ، ويظهر نشاط البيروكسيداز عن طريق أكسدة مانحات الإلكترون المختلفة مثل 2,2-أزينو- بيس ( 3-إيثيل بنزوثيازولين-6-حمض السلفونيك) ( ABTS )، و2-كيتو-4-ثيوميثيل حمض البيوتيريك و4-أمينو أنتيبيرين.

يعمل السيتوكروم ج البكتيري كمختزل للنتريت . ^{[ 20 ]} 

كما اكتشف شياودونغ وانغ في عام 1996 أن السيتوكروم سي يلعب دورًا وسيطًا في موت الخلايا المبرمج ، وهو شكل منظم من موت الخلايا يستخدم لقتل الخلايا في عملية النمو أو استجابةً للعدوى أو تلف الحمض النووي. ^{[ 21 ]}

يرتبط السيتوكروم ج بالكارديوليبين في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا، مما يثبته ويمنعه من التحرر خارج الميتوكوندريا وبدء عملية الاستماتة الخلوية. في حين أن التجاذب الأولي بين الكارديوليبين والسيتوكروم  ج هو تجاذب كهروستاتيكي بسبب الشحنة الموجبة الشديدة على السيتوكروم  ج، فإن التفاعل النهائي يكون كارهًا للماء، حيث يندمج ذيل كاره للماء من الكارديوليبين في الجزء الكاره للماء من السيتوكروم  ج. ^{[ 22 ]}

خلال المرحلة المبكرة من موت الخلايا المبرمج، يتم تحفيز إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية في الميتوكوندريا، ويتأكسد الكارديوليبين بواسطة وظيفة البيروكسيداز لمركب الكارديوليبين-سيتوكروم  ج. ثم ينفصل الهيموبروتين عن الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويمكن إخراجه إلى السيتوبلازم الذائب عبر مسام في الغشاء الخارجي. ^{[ 23 ]}

يسبق الارتفاع المستمر في مستويات الكالسيوم إطلاق السيتوكروم ج من الميتوكوندريا. يؤدي إطلاق كميات صغيرة من السيتوكروم ج إلى تفاعله مع مستقبل IP3 (IP3R) على الشبكة الإندوبلازمية ، مما يتسبب في إطلاق الكالسيوم منها. يؤدي الارتفاع الكلي في الكالسيوم إلى إطلاق كميات هائلة من السيتوكروم ج ، الذي يعمل بدوره ضمن حلقة التغذية الراجعة الإيجابية للحفاظ على إطلاق الكالسيوم من الشبكة الإندوبلازمية عبر مستقبلات IP3R. ^{[ 24 ]}  يفسر هذا كيف يمكن أن يصل إطلاق الكالسيوم من الشبكة الإندوبلازمية إلى مستويات سامة للخلايا. بدوره، ينشط إطلاق السيتوكروم ج الكاسبيز 9 ، وهو بروتين سيستيني . يمكن للكاسبيز 9 بعد ذلك تنشيط الكاسبيز 3 والكاسبيز 7 ، اللذين يدمران الخلية من الداخل.

إحدى طرق تنشيط موت الخلايا المبرمج هي إطلاق السيتوكروم  سي من الميتوكوندريا إلى السيتوسول. وقد أظهرت دراسة أن الخلايا قادرة على حماية نفسها من الموت المبرمج عن طريق منع إطلاق السيتوكروم  سي باستخدام Bcl-x _L. ^{[ 25} ] وهناك طريقة أخرى تستطيع الخلايا من خلالها التحكم في الموت المبرمج ^، وهي فسفرة التيروزين 48، مما يحول السيتوكروم  سي إلى مفتاح مضاد للموت المبرمج. ^{[ 26 ]}

إضافةً إلى أدوارها المعروفة في سلسلة نقل الإلكترون وموت الخلايا المبرمج، تشير دراسة أجريت عام 2008 إلى أن السيتوكروم ج  يعمل أيضًا كإنزيم مضاد للأكسدة في الميتوكوندريا؛ حيث يقوم بذلك عن طريق إزالة الأكسجين الفائق ( O₂⁻ ) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂ _{) من} الميتوكوندريا . [ ^{27 ] لذا} _{، فإن} السيتوكروم ج ليس ضروريًا فقط للتنفس الخلوي في الميتوكوندريا، بل هو ضروري أيضًا للحد ^{من إنتاج} الأكسجين الفائق وبيروكسيد الهيدروجين . _[ ²⁷ ] 

يُستخدم السيتوكروم ج للكشف عن إنتاج البيروكسيد في الأنظمة البيولوجية. مع إنتاج الأكسيد الفائق، يزداد عدد جزيئات السيتوكروم ج المؤكسدة ^{(3+) ، بينما يقل عدد جزيئات السيتوكروم ج المختزلة (2+)} . ^{[ 37 ]} ومع ذلك، غالبًا ما يُنتج الأكسيد الفائق مع أكسيد النيتريك. في وجود أكسيد النيتريك، يُثبط اختزال السيتوكروم ج ^{(3+) . [ 38 ]} يؤدي هذا إلى أكسدة السيتوكروم ج ( ²⁺⁾ إلى السيتوكروم ج ⁽³⁺⁾ بواسطة حمض البيروكسينيتريك ، وهو وسيط يتكون من خلال تفاعل أكسيد النيتريك مع الأكسيد الفائق. ^{[ 38 ]} قد يكون وجود بيروكسينيتريت (H₂O₂ ₎ وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂ ₎ في الميتوكوندريا قاتلًا، حيث إنها تُنيتر _بقايا التيروسين في السيتوكروم ج ، مما يؤدي إلى تعطيل وظيفة السيتوكروم ج كناقل للإلكترونات في سلسلة نقل الإلكترون. ^{[ 39 ]}  

تمت دراسة السيتوكروم ج على نطاق واسع كإنزيم ذي نشاط مشابه للبيروكسيداز.  وقد تم ربط السيتوكروم ج ببوليمر مشحون لاختبار نشاطه المشابه للبيروكسيداز. ^{[ 40 ] [ 41 ]} واستلهامًا من الأمثلة الطبيعية لتغليف الإنزيمات في هياكل قفصية بروتينية (مثل: الكاربوكسيسومات، والفيريتين، والإنكابسولين)،  تم تغليف السيتوكروم ج في قفص  بروتيني صغير الحجم (9 نانومتر) ذاتي التجميع، مُستخلص من خلايا مُفتقرة للمغذيات (Dps)، باستخدام تقنية التجميع الذاتي الهجين. لاحظ الباحثون سلوكًا تحفيزيًا فريدًا عند تغليف الإنزيم داخل القفص البروتيني، وهو سلوك مختلف عن سلوك الإنزيم في المحلول. ويُعزى ذلك إلى البيئة الدقيقة المحلية التي يوفرها التجويف الداخلي للقفص النانوي Dps، والتي تختلف عن البيئة في المحلول. ^{[ 42 ]}