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사이토크롬 c 산화효소

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목차

1. 개요

사이토크롬 c 산화효소는 미토콘드리아 내막에 위치하며, 산소 환원을 촉매하는 효소 복합체이다. 13개의 단백질 서브유닛과 여러 금속 보결 분자단으로 구성되며, 2종의 헴과 2개의 구리 중심을 포함한다. 복합체 III에서 환원된 사이토크롬 c로부터 전자를 받아 산소를 물로 환원하는 역할을 수행한다. 시아나이드, 일산화탄소, 산화 질소 등의 물질에 의해 억제될 수 있으며, 유전적 결함은 리 증후군과 같은 대사 장애를 유발할 수 있다. 뇌 대사 지도 작성에 활용되기도 한다.

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사이토크롬 c 산화효소
개요
인지질 이중층에 있는 소의 시토크롬 c 산화효소의 결정 구조.
인지질 이중층에 있는 소의 시토크롬 c 산화효소의 결정 구조. 막사이 공간은 그림 상단에 위치한다. 에서 채택됨 (이 구조에서 동종이량체이다.)
EC 번호1.9.3.1
CAS 등록번호9001-16-5
GO 코드0009485
단백질 군 정보
심볼시토크롬 c 산화효소
이름시토크롬 c 산화효소
복합체 IV의 소단위 I 및 II (다른 모든 소단위 제외)
복합체 IV의 소단위 I 및 II (다른 모든 소단위 제외),
InterPro해당 없음
SMART해당 없음
PROSITE해당 없음
SCOP해당 없음
TCDB해당 없음
OPM 패밀리4
OPM 단백질2dyr
Pfam해당 없음
PDB해당 없음
Membranome 슈퍼패밀리257

2. 구조

사이토크롬 c 산화효소는 여러 개의 금속 보조기 부위와 단백질 소단위체로 구성된 복합체이다. 포유류와 효모에서 복합체의 구조와 소단위체의 구성, 그리고 조립 과정에 대한 연구가 진행되어 왔다.

두 종류의 헴(헴 ''a'', 헴 ''a''3)과 CuB는 소단위체 I에 위치하고, 2개의 CuA는 소단위체 II에 배위한다. 소단위체 I의 헴 ''a''3과 CuB는 각각 이핵 중심을 형성하며, 산소의 환원 부위가 된다.

사이토크롬 c의 X선 결정학 연구에서는 Tyr(244)의 C6와 His(240)의 ε-N이 결합하는 독특한 번역 후 변형이 발견되었다(소의 사이토크롬 ''c'' 산화효소에서의 효소 번호).[10]

2. 1. 복합체

포유류에서 사이토크롬 c 산화효소 복합체는 여러 개의 금속 보조기 부위와 13~14개의 단백질 서브유닛으로 구성된 거대한 적분 막 단백질이다. 포유류에서 10~11개의 서브유닛은 핵 기원이며 3개는 미토콘드리아에서 합성된다. 이 복합체는 두 개의 헴(사이토크롬 a와 사이토크롬 a) 및 두 개의 구리 중심(Cu 및 Cu)을 포함한다.[3] 사이토크롬 a와 Cu는 산소 환원 부위인 이핵 중심을 형성한다. 사이토크롬 c는 호흡 사슬의 이전 구성 요소(사이토크롬 bc1 복합체, 복합체 III)에 의해 환원되어 Cu 이핵 중심 근처에 도킹하여 전자를 전달하고, Fe3+를 포함하는 사이토크롬 c로 다시 산화된다. 환원된 Cu 이핵 중심은 전자를 사이토크롬 a로 전달하고, 사이토크롬 a는 다시 사이토크롬 a-Cu 이핵 중심으로 전자를 전달한다. 이 이핵 중심의 두 금속 이온은 4.5 Å 떨어져 있으며 완전 산화 상태에서 수산화 이온을 배위한다.

사이토크롬 c 산화효소의 X선 결정학 연구는 Tyr(244)의 C6와 His(240)의 ε-N을 연결하는 특이한 번역 후 변형을 보여준다(소 효소 번호 매김).[10] 이는 사이토크롬 a-Cu 이핵 중심이 분자 산소를 환원하는 데 4개의 전자와 4개의 양성자를 물로 받아들이는 데 중요한 역할을 한다. 환원 메커니즘은 이전에는 과산화물 중간체를 포함하는 것으로 생각되었으며, 이는 초과산화물 생성을 유발하는 것으로 여겨졌다. 그러나 현재 받아들여지는 메커니즘은 초과산화물을 형성할 가능성이 있는 중간체를 피하면서 즉각적인 산소-산소 결합 절단을 포함하는 빠른 4전자 환원을 포함한다.[40]

2. 2. 보존된 소단위체

사이토크롬 c 산화효소 복합체의 보존된 서브유닛[4][5]
No.서브유닛 이름사람 단백질UniProt의 단백질 설명Pfam 가족 (사람 단백질 포함)
1Cox1COX1_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 1Cytochrome c oxidase subunit 1영어
2Cox2COX2_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 2Cytochrome c oxidase subunit 2영어
3Cox3COX3_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 3Cytochrome c oxidase subunit 3영어
4Cox4i1COX41_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 4 아이소폼 1, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 4 isoform 1, mitochondrial영어
5Cox4a2COX42_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 4 아이소폼 2, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 4 isoform 2, mitochondrial영어
6Cox5a COX5A_HUMAN 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 5A, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 5A, mitochondrial영어
7Cox5b COX5B_HUMAN 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 5B, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 5B, mitochondrial영어
8Cox6a1CX6A1_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 6A1, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 6A1, mitochondrial영어
9Cox6a2CX6A2_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 6A2, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 6A2, mitochondrial영어
10Cox6b1CX6B1_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 6B1Cytochrome c oxidase subunit 6B1영어
11Cox6b2CX6B2_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 6B2Cytochrome c oxidase subunit 6B2영어
12Cox6c COX6C_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 6CCytochrome c oxidase subunit 6C영어
13Cox7a1CX7A1_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7A1, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 7A1, mitochondrial영어
14Cox7a2CX7A2_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7A2, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 7A2, mitochondrial영어
15Cox7a3COX7S_HUMAN추정 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7A3, 미토콘드리아Putative cytochrome c oxidase subunit 7A3, mitochondrial영어
16Cox7b COX7B_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7B, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 7B, mitochondrial영어
17Cox7c COX7C_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7C, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 7C, mitochondrial영어
18Cox7rCOX7R_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 7A 관련 단백질, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 7A-related protein, mitochondrial영어
19Cox8a COX8A_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 8A, 미토콘드리아 PCytochrome c oxidase subunit 8A, mitochondrial영어
20Cox8c COX8C_HUMAN사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 8C, 미토콘드리아Cytochrome c oxidase subunit 8C, mitochondrial영어


2. 3. 조립

사이토크롬 c 산화효소(COX)는 효모인 효모에서 복잡한 조립 과정을 거친다. 이는 전체 효소 복합체를 형성하는 소수성 하위 단위체의 빠르고 돌이킬 수 없는 응집, 그리고 노출된 소수성 패치가 있는 돌연변이 하위 단위체의 응집으로 인해 완전히 이해되지 않고 있다.[10] COX 하위 단위체는 핵 및 미토콘드리아 게놈 모두에서 암호화된다. COX 촉매 코어를 형성하는 세 개의 하위 단위체는 미토콘드리아 게놈에서 암호화된다. COX 조립에는 30개 이상의 핵에서 암호화된 서로 다른 샤페론 단백질이 필요하다.[10]

헴을 포함한 보조 인자가 하위 단위체 I & II에 삽입된다. 두 개의 헴 분자는 하위 단위체 I에 있으며, 두 개의 구리 분자가 전자 계속 전달을 돕는 하위 단위체 II로의 운반을 돕는다.[11] 하위 단위체 I과 IV가 조립을 시작한다. 다른 하위 단위체는 연관되어 하위 복합체 중간체를 형성할 수 있으며, 이들은 나중에 다른 하위 단위체에 결합하여 COX 복합체를 형성한다.[10] 조립 후 변형에서 COX는 이합체를 형성한다. 이는 활성에 필요하다. 이합체는 카르디올리핀 분자[12][13][14] 에 의해 연결되는데, 이는 전체 효소 복합체의 안정화에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 하위 단위체 VIIa와 III의 해리, 그리고 카르디올리핀의 제거는 효소 활성의 완전한 손실을 초래한다.[10] 핵 게놈에서 암호화된 하위 단위체는 효소 이량체화 및 안정성에 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 하위 단위체의 돌연변이는 COX 기능을 제거한다.[10]

조립은 적어도 세 가지 뚜렷한 속도 결정 단계에서 발생한다. 이러한 단계의 생성물이 발견되었지만, 특정 하위 단위체 구성은 결정되지 않았다.[10]

COX 하위 단위체 I, II, III의 합성 및 조립은 미토콘드리아 mRNA 전사체의 5’ 비번역 영역과 상호 작용하는 번역 활성화 인자에 의해 촉진된다. 번역 활성화 인자는 핵에서 암호화된다. 이들은 번역 기계의 다른 구성 요소와 직접 또는 간접적으로 상호 작용하여 작동할 수 있지만, 시험관 내에서 번역 기계를 합성하는 것과 관련된 어려움으로 인해 정확한 분자 메커니즘은 불분명하다.[15][16] 미토콘드리아 게놈 내에서 암호화된 하위 단위체 I, II 및 III 간의 상호 작용은 이중 게놈 하위 단위체 간의 상호 작용보다 효소 안정성에 덜 기여하지만, 이러한 하위 단위체는 더 보존되어 효소 활성에 대한 탐구되지 않은 역할을 잠재적으로 나타낸다.[17]

3. 생화학

사이토크롬 c 산화효소는 사이토크롬 c에서 산소로 전자를 전달하여 물을 생성하는 반응을 촉매한다. 이 과정은 다음과 같이 요약할 수 있다.

: 4 Fe2+ – 사이토크롬 ''c'' + 4 H+ + O2 → 4 Fe3+ – 사이토크롬 ''c'' + 2 H2O Δ''G''o' = - 218 kJ/mol, ''E''o' = +565 mV

2개의 전자가 사이토크롬 ''c''에서 CuA 이핵 중심과 헴 ''a''를 거쳐 헴 ''a'' 3-CuB 이핵 중심에 도달하며, 이 Fe3+는 Fe2+로, Cu2+는 Cu+로 환원된다. 이때 각 금속 이온에 배위하고 있던 히드록실 배위자는 양성자화되어 물로서 소실되고, 금속 사이에 산소 분자가 들어갈 공간이 만들어진다. 산소는 Fe2+-사이토크롬 ''c'' 유래의 2개의 전자에 의해 빠르게 환원되어 페릴 옥소 형태(Fe4+=O)로 변환된다. CuB 측의 산소 원자는 Cu+로부터의 1개의 전자와 Tyr(244) 유래의 1개의 전자와 1개의 양성자를 받아 히드록시 배위자로 변환된다. 이때 Tyr(244)는 티로실 라디칼이 된다.

이후의 과정은 복잡하며, 더 자세한 내용은 반응 메커니즘 하위 섹션을 참조할 수 있다.

3. 1. 반응 메커니즘

두 개의 사이토크롬 c에서 두 개의 전자가 Cu와 사이토크롬 a 부위를 거쳐 사이토크롬 a–Cu 이핵 중심부로 전달되어 금속을 Fe 형태로 환원시킨다.[3] 수산화물 리간드는 양성자화되어 물로 손실되고, 금속 사이에 O가 채워지는 빈 공간이 생긴다. 산소는 빠르게 환원되며, 두 개의 전자는 Fe-시토크롬 a에서 와서 페릴 옥소 형태(Fe=O)로 전환된다. Cu에 가까운 산소 원자는 Cu에서 하나의 전자를 받고, 두 번째 전자와 수산기 Tyr(244)에서 나온 양성자를 받아 티로실 라디칼을 형성한다. 두 번째 산소는 두 개의 전자와 하나의 양성자를 받아 수산화물 이온으로 변환된다.[3]

또 다른 사이토크롬 c에서 세 번째 전자가 처음 두 개의 전자 전달체를 통해 사이토크롬 a–Cu 이핵 중심부로 전달되며, 이 전자와 두 개의 양성자는 티로실 라디칼을 다시 Tyr로 변환하고, Cu에 결합된 수산화물을 물 분자로 변환한다. 또 다른 사이토크롬 c에서 네 번째 전자가 Cu와 사이토크롬 a를 통해 사이토크롬 a–Cu 이핵 중심부로 흘러 Fe=O를 Fe로 환원시키고, 산소 원자가 동시에 양성자를 받아 이 산소를 이 사이클 시작 시와 같이 사이토크롬 a–Cu 중심부에 배위된 수산화물 이온으로 재생산한다.[3]

전반적으로 네 개의 환원된 사이토크롬 c가 산화되는 동안 O와 네 개의 양성자가 두 개의 물 분자로 환원된다.[10]

전체 반응식은 다음과 같다.[10]

: 4 Fe – 시토크롬 ''c'' + 4 H + O → 4 Fe – 시토크롬 ''c'' + 2 HO

4. 억제

사이토크롬 c 산화효소(COX)는 여러 물질에 의해 억제될 수 있다. 억제제 농도가 증가하면 이를 보상하기 위해 더 높은 농도의 분자 산소가 필요하며, 이는 억제제가 존재할 때 세포의 전반적인 대사 활동 감소로 이어진다.[21]

4. 1. 억제 기전

사이토크롬 c 산화효소(COX)는 완전히 산화된 상태, 부분적으로 환원된 상태, 완전히 환원된 상태의 세 가지 형태를 가지며, 각 억제제는 다른 상태에 대한 친화력이 높다. 시안화물, 아지드, 일산화 탄소[20]는 모두 사이토크롬 c 산화효소에 결합하여 단백질의 기능을 억제하고 세포의 화학적 질식을 유발한다. 산화 질소 및 황화 수소와 같은 다른 리간드도 효소의 조절 부위에 결합하여 COX를 억제함으로써 세포 호흡 속도를 감소시킬 수 있다.[21]

시안화물은 COX에 대한 비경쟁적 억제제이며,[22][23] 효소의 부분적으로 환원된 상태에 높은 친화력으로 결합하여 효소의 추가 환원을 방해한다.

산화 질소는 이핵 중심의 두 금속 이온에 가역적으로[25] 결합하여 아질산염으로 산화될 수 있다. 낮은 수준으로 생성되는 내인성 NO는 시안화물(CN) 억제를 증가시킨다. 복합체 IV에 대한 NO 억제는 산소 농도가 낮을 때 더 큰 영향을 미치며, 필요로 하는 조직에서 혈관 확장제로서의 유용성을 증가시킨다.[10]

황화 수소는 일산화 탄소와 유사하게 효소의 조절 부위에서 비경쟁적인 방식으로 COX에 결합한다. 황화물은 효소의 펄스 또는 부분적으로 환원된 상태에 가장 높은 친화력을 갖는다.[10]

변성 알코올의 메탄올은 개미산으로 전환되며, 이는 또한 동일한 산화효소 시스템을 억제한다. 높은 수준의 ATP는 미토콘드리아 기질 내에서 결합하여 시토크롬 c 산화효소를 알로스테릭 억제할 수 있다.[26]

시안화물, 황화물, 아지드 및 일산화 탄소[41]는 모두 시토크롬 ''c'' 산화효소에 결합하여 경쟁적 저해를 일으켜 세포를 화학적인 질식 상태로 만든다. 또한, 메탄올(메틸화제)은 포름알데히드로 변환되며, 이 역시 같은 방식으로 계를 저해한다.

4. 2. 억제제 종류

시아나이드는 사이토크롬 c 산화효소(COX)에 대한 비경쟁적 억제제이며,[22][23] 효소의 부분적으로 환원된 상태에 높은 친화력으로 결합하여 효소의 추가 환원을 방해한다. 펄스 상태에서 시아나이드는 천천히 결합하지만, 친화력은 높다. 이 리간드는 두 금속 사이에 위치하여 두 금속을 동시에 정전기적으로 안정화시키는 것으로 추정된다. 효소에 외부적으로 첨가된 고농도의 산화 질소는 COX에 대한 시아나이드 억제를 역전시킨다.[24]

산화 질소는 이핵 중심의 두 금속 이온에 가역적으로[25] 결합하여 아질산염으로 산화될 수 있다. NO와 CN는 산소와 경쟁하여 부위에 결합하여 세포 호흡 속도를 감소시킨다. 그러나 낮은 수준으로 생성되는 내인성 NO는 CN 억제를 증가시킨다. 더 높은 수준의 NO는 환원된 상태에서 더 많은 효소의 존재와 관련이 있으며, 시아나이드 억제를 더 크게 유발한다.[10] 이러한 기저 농도에서 복합체 IV에 대한 NO 억제는 혈관 조직의 산소 수준을 증가시키는 등 유익한 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 효소가 산소를 물로 환원하지 못하면 산소 축적이 발생하여 주변 조직으로 더 깊숙이 확산될 수 있다.[10] 복합체 IV에 대한 NO 억제는 산소 농도가 낮을 때 더 큰 영향을 미치며, 필요로 하는 조직에서 혈관 확장제로서의 유용성을 증가시킨다.[10]

황화 수소는 일산화 탄소와 유사하게 효소의 조절 부위에서 비경쟁적인 방식으로 COX에 결합한다. 황화물은 효소의 펄스 또는 부분적으로 환원된 상태에 가장 높은 친화력을 가지며 헴 a 중심에서 효소를 부분적으로 환원시킬 수 있다. 내인성 HS 수준이 효소를 억제하기에 충분한지는 불분명하다. 황화 수소와 COX의 완전히 환원된 형태 사이에는 상호 작용이 없다.[10]

변성 알코올의 메탄올은 개미산으로 전환되며, 이는 또한 동일한 산화효소 시스템을 억제한다. 높은 수준의 ATP는 미토콘드리아 기질 내에서 결합하여 시토크롬 c 산화효소를 알로스테릭 억제할 수 있다.[26]

5. 미토콘드리아 외 및 세포 내 위치

인간 미토콘드리아 게놈 내 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 유전자 3개의 위치: ''COXI'', ''COXII'', 및 ''COXIII'' (주황색 상자).


사이토크롬 c 산화효소는 미토콘드리아 DNA에 의해 암호화되는 3개의 서브유닛을 갖는다. 이 중 2개의 서브유닛은 미토콘드리아 외 위치에서 확인되었다. 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 외에도, 다수의 다른 미토콘드리아 단백질에 대해서도 미토콘드리아 외 위치가 관찰되었다.[28][29]

5. 1. 미토콘드리아 외 위치

미토콘드리아 DNA에 의해 암호화되는 3개의 소단위체(사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 I, 서브유닛 II, 서브유닛 III) 중 2개가 미토콘드리아 외 위치에서 확인되었다. 췌장 샘포 조직에서 이러한 소단위체는 지모겐 과립에서 발견되었고, 뇌하수체 전엽에서는 비교적 많은 양의 이들 소단위체가 성장 호르몬 분비 과립에서 발견되었다.[27] 이들 사이토크롬 c 산화효소 소단위체의 미토콘드리아 외 기능은 아직 특성화되지 않았다.

5. 2. 세포 내 이동 가능성

미토콘드리아 DNA에 의해 암호화되는 3개의 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 중 2개는 미토콘드리아 외 위치에서 확인되었다. 췌장 샘포 조직에서 이러한 서브유닛은 지모겐 과립에서 발견되었다. 또한, 뇌하수체 전엽에서 비교적 많은 양의 이들 서브유닛이 성장 호르몬 분비 과립에서 발견되었다.[27] 이들 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛의 미토콘드리아 외 기능은 아직 특성화되지 않았다. 사이토크롬 c 산화효소 서브유닛 외에도, 다수의 다른 미토콘드리아 단백질에 대해서도 미토콘드리아 외 위치가 관찰되었다.[28][29] 이는 미토콘드리아에서 다른 세포 내 목적지로의 단백질 이동에 대한 아직 확인되지 않은 특정 메커니즘의 존재 가능성을 제기한다.[27][29][30]

6. 유전적 결함 및 질환

사이토크롬 c 산화효소(COX)의 기능이나 구조를 바꾸는 유전자 돌연변이는 심각한 대사 장애를 일으킬 수 있다.[31] 이러한 질환은 주로 어린 시절에 나타나며, 뇌, 심장, 근육과 같이 에너지 요구량이 많은 조직에 영향을 미친다. COX 조립 기능 장애와 관련된 질환은 여러 미토콘드리아 질환 중에서도 가장 심각한 것으로 알려져 있다.[31]

COX 질환은 대부분 핵에서 암호화되는 조립 인자 또는 조립 단백질의 돌연변이와 관련이 있다. 조립 인자는 COX의 구조와 기능에 영향을 미치며, 여러 필수 과정에 관여한다.[32] 현재까지 SURF1, SCO1, SCO2, COX10, COX15, COX20, COA5, LRPPRC 등 7개의 COX 조립 인자에서 돌연변이가 발견되었다. 이러한 돌연변이는 리 증후군, 심근증, 백질 이영양증, 빈혈, 감각신경성 난청과 같은 질환을 유발할 수 있다.

6. 1. 관련 질환

사이토크롬 c 산화효소(COX)의 기능 또는 구조를 변경하는 유전자 돌연변이와 관련된 결함은 심각하고 종종 치명적인 대사 장애를 초래할 수 있다. 이러한 질환은 대개 어린 시절에 나타나며, 에너지 요구량이 높은 조직(뇌, 심장, 근육)에 주로 영향을 미친다. 분류된 많은 미토콘드리아 질환 중에서, COX 조립 기능 장애와 관련된 질환이 가장 심각한 것으로 여겨진다.[31]

대부분의 COX 질환은 조립 인자 또는 조립 단백질이라고 하는 핵 암호화 단백질의 돌연변이와 관련이 있다. 이러한 조립 인자는 COX 구조 및 기능에 기여하며, 미토콘드리아 암호화 서브유닛의 전사 및 번역, 전구 단백질 처리 및 막 삽입, 보조 인자 생합성 및 통합을 포함한 여러 필수 과정에 관여한다.[32]

현재 SURF1, SCO1, SCO2, COX10, COX15, COX20, COA5, LRPPRC의 7개 COX 조립 인자에서 돌연변이가 확인되었다. 이러한 단백질의 돌연변이는 하위 복합체 조립, 구리 수송 또는 번역 조절의 기능 변화를 초래할 수 있다. 각 유전자 돌연변이는 특정 질환의 발병과 관련이 있으며, 일부는 여러 질환에 영향을 미친다. 유전자 돌연변이를 통한 COX 조립 기능 장애와 관련된 질환에는 리 증후군, 심근증, 백질 이영양증, 빈혈, 감각신경성 난청이 있다.

6. 2. 조립 인자 돌연변이

대부분의 사이토크롬 c 산화효소(COX) 질환은 조립 인자 또는 조립 단백질이라고 하는 핵 암호화 단백질의 돌연변이와 관련이 있다. 이러한 조립 인자는 COX 구조 및 기능에 기여하며, 미토콘드리아 암호화 서브유닛의 전사 및 번역, 전구 단백질 처리 및 막 삽입, 보조 인자 생합성 및 통합을 포함한 여러 필수 과정에 관여한다.[32]

현재, SURF1, SCO1, SCO2, COX10, COX15, COX20, COA5 및 LRPPRC의 7가지 COX 조립 인자에서 돌연변이가 확인되었다. 이러한 단백질의 돌연변이는 하위 복합체 조립, 구리 수송 또는 번역 조절의 기능 변화를 초래할 수 있다. 각 유전자 돌연변이는 특정 질환의 발병과 관련이 있으며, 일부는 여러 질환에 영향을 미친다. 유전자 돌연변이를 통한 COX 조립 기능 장애와 관련된 질환에는 리 증후군, 심근증, 백질 이영양증, 빈혈 및 감각신경성 난청이 있다.

7. 조직화학

신경세포가 에너지 생성을 위해 산화적 인산화에 더 많이 의존하게 되면서[33], 사이토크롬 c 산화효소(COX) 조직화학을 이용하여 동물의 뇌 대사 지도를 작성하는 것이 용이해졌다.[34] COX 분포는 동물의 뇌의 다른 영역에서 일관성이 없지만, 그 분포 패턴은 동물들 사이에서 일관적이다.[35]

7. 1. 뇌 대사 지도 작성

신경세포가 에너지 생성을 위해 산화적 인산화에 더 많이 의존하게 되면서 cytochrome c oxidase|사이토크롬 c 산화효소영어(COX) 조직화학을 이용하여 동물의 뇌 대사 지도를 작성하는 것이 용이해졌는데, 이는 효소 활성과 신경 활동 간의 직접적이고 긍정적인 상관관계를 확립하기 때문이다.[34] COX 효소의 양과 활성 간의 상관관계에서 볼 수 있듯이, 이는 유전자 발현 수준에서의 COX 조절을 나타낸다. COX 분포는 동물의 뇌의 다른 영역에서 일관성이 없지만, 그 분포 패턴은 동물들 사이에서 일관적이다. 이러한 패턴은 원숭이, 생쥐 및 송아지 뇌에서 관찰되었다. 뇌의 조직화학적 분석에서 COX의 한 이소자임이 일관되게 검출되었다.[35] 이러한 뇌 지도는 릴러와 같은 소뇌 질환이 있는 자연 발생 돌연변이 생쥐[36] 및 알츠하이머병의 형질전환 모델에서 수행되었다.[37] 이 기술은 또한 동물 뇌의 학습 활동을 지도화하는 데에도 사용되었다.[38]

7. 2. 응용

신경세포가 에너지 생성을 위해 산화적 인산화에 더 많이 의존하게 되면서, 사이토크롬 c 산화효소(COX) 조직화학을 이용하여 동물의 뇌 대사 지도를 작성하는 것이 용이해졌는데, 이는 효소 활성과 신경 활동 간의 직접적이고 긍정적인 상관관계를 확립하기 때문이다.[34] COX 효소의 양과 활성 간의 상관관계에서 볼 수 있듯이, 이는 유전자 발현 수준에서의 COX 조절을 나타낸다. COX 분포는 동물의 뇌의 다른 영역에서 일관성이 없지만, 그 분포 패턴은 동물들 사이에서 일관적이다. 이러한 패턴은 원숭이, 생쥐 및 송아지 뇌에서 관찰되었다. 뇌의 조직화학적 분석에서 COX의 한 아이소자임이 일관되게 검출되었다.[35] 이러한 뇌 지도는 릴러와 같은 소뇌 질환이 있는 자연 발생 돌연변이 생쥐[36] 및 알츠하이머병의 형질전환 모델에서 수행되었다.[37] 이 기술은 또한 동물 뇌의 학습 활동을 지도화하는 데에도 사용되었다.[38]

참조

[1] 간행물 Evolution of cytochrome oxidase, an enzyme older than atmospheric oxygen 1994-06
[2] 간행물 NDUFA4 is a subunit of complex IV of the mammalian electron transport chain 2012-09
[3] 간행물 Structures of metal sites of oxidized bovine heart cytochrome c oxidase at 2.8 A 1995-08
[4] 간행물 Electron transfer by domain movement in cytochrome bc1 1998-04
[5] 간행물 A combined quantum chemical and crystallographic study on the oxidized binuclear center of cytochrome c oxidase 2011-07
[6] 간행물 Iterative orthology prediction uncovers new mitochondrial proteins and identifies C12orf62 as the human ortholog of COX14, a protein involved in the assembly of cytochrome c oxidase 2012-02
[7] 간행물 MITRAC links mitochondrial protein translocation to respiratory-chain assembly and translational regulation 2012-12
[8] 간행물 C1orf163/RESA1 is a novel mitochondrial intermembrane space protein connected to respiratory chain assembly 2014-02
[9] 간행물 The COX18 gene, involved in mitochondrial biogenesis, is functionally conserved and tightly regulated in humans and fission yeast 2006-09
[10] 간행물 A Human SCO2 Mutation Helps Define the Role of Sco1p in the Cytochrome Oxidase Assembly Pathway 2000-09
[11] 웹사이트 Cytochrome oxidase: Complex IV http://www.life.illi[...] University of Illinois at Urbana-Champaign 2018-01-28
[12] 간행물 Assembly of mitochondrial cytochrome c-oxidase, a complicated and highly regulated cellular process 2006-12
[13] 간행물 Biogenesis of cytochrome c oxidase 2005-12
[14] 간행물 Destabilization of the Quaternary Structure of Bovine Heart Cytochrome c Oxidase upon Removal of Tightly Bound Cardiolipin 2015-09
[15] 간행물 Control of protein synthesis in yeast mitochondria: the concept of translational activators 2013-02
[16] 간행물 Biogenesis and assembly of eukaryotic cytochrome c oxidase catalytic core 2012-06
[17] 간행물 Protein-protein interfaces from cytochrome c oxidase I evolve faster than nonbinding surfaces, yet negative selection is the driving force 2014-10
[18] 서적 Biochemistry John Wiley & Sons 2011
[19] 간행물 Interaction of cyanide and nitric oxide with cytochrome c oxidase: implications for acute cyanide toxicity 2008-01
[20] 간행물 Carbon monoxide specifically inhibits cytochrome c oxidase of human mitochondrial respiratory chain 2003-09
[21] 간행물 Sulfide inhibition of and metabolism by cytochrome c oxidase 2013-10
[22] 서적 Advanced Biology https://books.google[...] Nelson Thornes 2020-10-25
[23] 서적 Biology: A Functional Approach https://books.google[...] Nelson Thornes 2020-10-25
[24] 간행물 Cyanide inhibition of cytochrome c oxidase. A rapid-freeze e.p.r. investigation 1984-12
[25] 간행물 The ligand binding battle at cytochrome c oxidase: how NO regulates oxygen gradients in tissue 2009-05
[26] 간행물 Cell respiration s controlled by ATP, an allosteric inhibitor of cytochrome-c oxidase. 1997-10
[27] 간행물 Localization of mitochondrial DNA encoded cytochrome c oxidase subunits I and II in rat pancreatic zymogen granules and pituitary growth hormone granules 2005-11
[28] 서적 The Biology of Extracellular Molecular Chaperones 2008
[29] 간행물 Mitochondrial proteins at unexpected cellular locations: export of proteins from mitochondria from an evolutionary perspective
[30] 간행물 Mitochondrial-matrix proteins at unexpected locations: are they exported? 1999-05
[31] 간행물 Genetic defects of cytochrome c oxidase assembly http://www.biomed.ca[...] 2010-11-17
[32] 간행물 Defects in cytochrome oxidase assembly in humans: lessons from yeast 2006-12
[33] 간행물 Neuron-specific specificity protein 4 bigenomically regulates the transcription of all mitochondria- and nucleus-encoded cytochrome c oxidase subunit genes in neurons 2013-11
[34] 간행물 Cytochrome oxidase: an endogenous metabolic marker for neuronal activity 1989-03
[35] 간행물 Brain cytochrome oxidase: purification, antibody production, and immunohistochemical/histochemical correlations in the CNS 1989-11
[36] 논문 Regional brain variations of cytochrome oxidase activity in Relnrl-orl mutant mice 2006-04
[37] 논문 Regional brain cytochrome oxidase activity in beta-amyloid precursor protein transgenic mice with the Swedish mutation
[38] 논문 Spatial learning of the water maze: progression of brain circuits mapped with cytochrome oxidase histochemistry 2010-03
[39] 서적 Structures of metal sites of oxidized bovine heart cytochrome ''c'' oxidase at 2.8 Å 1995
[40] 서적 Biochemistry, 3rd Edition John Wiley & Sons 2004
[41] 논문 Carbon monoxide specifically inhibits cytochrome c oxidase of human mitochondrial respiratory chain
[42] 논문 Evolution of cytochrome oxidase, an enzyme older than atmospheric oxygen 1994-06


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