Citocromos: Tipos, estructura y funciones

¿Qué es el citocromo?

Durante la respiración aeróbica o el metabolismo celular en presencia de oxígeno, la cadena de transporte de electrones facilita la síntesis de ATP. El ATP representa la moneda energética en las células y la cadena de transporte de electrones constituye el paso final en la síntesis de ATP. Los electrones y protones se canalizan hacia la cadena de transporte de electrones (ETC) para alimentar la bomba de protones que sintetiza ATP utilizando la enzima ATP sintasa.

El citocromo representa uno de los componentes principales de la cadena de transporte de electrones. Ubicados principalmente en las mitocondrias de la célula eucariota, los citocromos constituyen un grupo de proteínas que contienen al hemo como principal grupo protésico. Un grupo protésico se refiere a una molécula orgánica o no orgánica que algunas proteínas necesitan para funcionar correctamente. Un hemo constituye cualquier compuesto que contiene hierro unido a una estructura de porfirina en forma de anillo.

Como proteína hemo, los citocromos actúan como portadores de electrones en diversos procesos celulares, incluido el transporte de electrones. La capacidad de transportar un electrón se ve facilitada por la capacidad del grupo protésico hemo de cambiar entre Fe2+ y Fe3+. Fe2+ ​​representa una forma reducida de hierro, mientras que Fe3+ se refiere al hierro en estado oxidado. Estos dos estados se conocen como formas ferrosa y férrica del hierro.

Para servir como portador de electrones, los electrones viajan desde la porción lateral de la estructura del citocromo hasta el grupo protésico hemo. Los residuos de aminoácidos ayudan en el movimiento de un electrón a través de la proteína citocromo. Este proceso se ve facilitado aún más por la capacidad del hemo para aceptar y donar electrones debido a los cambios entre los estados de reducción y oxidación del hierro.

En esta lección, se explorarán los diferentes tipos de citocromos y sus funciones en términos de transporte de electrones.

Tipos de citocromo

La Unión Internacional de Bioquímica reconoce actualmente cuatro grupos diferentes de citocromos:

• Citocromo a
• Citocromo b
• Citocromo c
• Citocromo d

También existen numerosos subtipos asociados con cada grupo de citocromos. Los citocromos se clasifican por el tipo de grupo protésico hemo que se encuentra en la proteína y los grupos químicos unidos al grupo hemo. El uso de espectroscopia, que observa las ondas de luz emitidas y absorbidas por un compuesto, también se puede utilizar para identificar diferentes grupos de citocromos.

El citocromo a se encuentra en las mitocondrias. Este grupo de citocromos se caracteriza por tener el ‘heme a’ como grupo protésico constituyente. Los citocromos tipo a se encuentran en el Complejo III de la cadena de transporte de electrones. En el ETC, el citocromo a recibe electrones del citocromo c y los transporta al sistema de la citocromo oxidasa. El sistema citocromo oxidasa es responsable de transferir electrones al oxígeno durante la etapa final de la ETC.

El citocromo b se ha identificado en las mitocondrias y cloroplastos de eucariotas, así como en bacterias. Los citocromos tipo b están asociados con el Complejo II y el Complejo III de la cadena de transporte de electrones. El citocromo b es responsable de transportar electrones entre las deshidrogenasas y el citocromo c o las proteínas hierro-azufre. Un subtipo de citocromo b, el citocromo f, está asociado con el citocromo b6f y la transferencia de electrones en los tilacoides de los cloroplastos de las plantas.

El citocromo c es quizás el más conocido de todos los tipos de citocromo. Los citocromos tipo c se encuentran en una variedad de organismos eucariotas. En las mitocondrias, los electrones son transportados del Complejo III al Complejo IV mediante el citocromo c.

El citocromo d solía considerarse un subtipo del citocromo a. Los citocromos tipo d se encuentran en numerosas especies bacterianas, donde estos citocromos sirven como oxidasa terminal al final del sistema de transporte de electrones.

Estructura del complejo citocromo

La estructura básica de un complejo de citocromo consiste en un anillo de porfirina con un grupo protésico hemo incrustado. Las porfirinas están formadas por cuatro anillos de pirrol compuestos por cuatro carbonos y un nitrógeno. El centro de hierro del grupo hemo es responsable del transporte de electrones a medida que cambia entre sus formas ferrosa (Fe2+) y férrica (Fe3+). Las estructuras de los diferentes grupos de citocromos se distinguen por el tipo de grupo hemo presente en el anillo de porfirina, así como por el número de residuos que se encuentran en la molécula.

El citocromo c representa uno de los cuatro grupos de citocromos mejor estudiados. La estructura del citocromo c consta de un único grupo protésico hemo unido a dos isótopos de cisteína. Esta proteína está formada por un solo péptido que contiene 104 aminoácidos. Si bien los citocromos tipo c que se encuentran en los eucariotas suelen contener un solo hemo, algunas estructuras del citocromo c pueden poseer hasta ocho grupos hemo cuando se encuentran en algunas especies de bacterias fotosintéticas.

Funciones del citocromo C

El citocromo c es esencial para la capacidad de la cadena de transporte de electrones de producir ATP, la moneda energética de la célula. La función principal del citocromo c implica transferir un electrón del grupo protésico hemo incrustado en su estructura desde el Complejo III del ETC al Complejo IV. Cuando el hierro hemo está en estado férrico oxidado (3+), el citocromo c puede aceptar un electrón del citocromo b en el Complejo III de la cadena de transporte de electrones. Esto reduce el hierro a su estado ferroso (2+). Después de entregar este electrón al Complejo IV, el hierro hemo regresa al estado oxidado (3+). La citocromo c oxidasa representa la principal enzima responsable de eliminar este electrón y transferirlo al oxígeno durante el paso final de la respiración celular en el Complejo IV del ETC.

Estudios recientes han demostrado que el citocromo c también juega un papel importante en la apoptosis o muerte celular programada. Cuando el citocromo c se libera de una mitocondria, se activan las caspasas responsables de iniciar la apoptosis.

A diferencia de los otros citocromos asociados principalmente con la cadena de transporte de electrones, el citocromo P450 representa una enzima asociada con el metabolismo de fármacos, toxinas y otros compuestos ingeridos, así como con la producción de lípidos biológicamente esenciales como los esteroides y los ácidos grasos. En lugar de representar un portador de electrones típico, como otros tipos de citocromos, el citocromo P450 representa una monooxigenasa terminal responsable de la transferencia de oxígeno y las reacciones redox que se encuentran en una variedad de moléculas bioquímicas. En algunos casos, diferentes subtipos de citocromo P450 se asocian con la transferencia de electrones fuera de la ETC cuando se asocian con el metabolismo y la síntesis bioquímicos.

Resumen de la lección

Los citocromos representan un grupo de proteínas responsables del transporte de electrones en la cadena de transporte de electrones (ETC). Como tal, los citocromos desempeñan un papel esencial en la producción de ATP, la moneda energética de la célula, en diversos organismos. La estructura básica de un citocromo consiste en un grupo protésico hemo incrustado dentro de un anillo de porfirina. El hierro hemo facilita la transferencia de electrones al cambiar entre sus estados reducido y oxidado. Como hierro férrico (3+), el grupo hemo puede aceptar un electrón, reduciendo así el hierro a un estado ferroso (2+). Al donar este electrón en el Complejo IV de la ETC, el hierro vuelve a su estado férrico (3+).

Los diferentes tipos de citocromos se distinguen por sus grupos protésicos hemo y la longitud de onda de la luz absorbida por cada proteína. Esto ha llevado al reconocimiento de cuatro grupos de citocromos por parte de la Unión Internacional de Bioquímica. El citocromo a se encuentra en el Complejo III de la cadena de transporte de electrones, mientras que el citocromo b se encuentra en las mitocondrias de eucariotas y en algunas especies de bacterias. Un subtipo de citocromo b, el citocromo f, forma parte del complejo citocromo b6f que se encuentra en los cloroplastos de las células vegetales. El citocromo c transporta electrones del Complejo III al Complejo IV del ETC. El citocromo d sirve como oxidasa terminal al final del sistema de transporte de electrones en algunas especies bacterianas.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador