細胞色素氧化酶

細胞色素氧化酶 英文名稱：cytochrome oxidase 定義：具有電子傳遞鏈末端的酶。具有質子泵的作用，可將H+由基質抽提到膜間隙，同時可通過血紅素中鐵原子的氧化還原變化，把電子傳遞給還原的氧形成水。細胞色素氧化酶是由多個亞基和輔因子組成的，必須要通過組裝才能形成完成的活性分子。細胞色素c被呼吸鏈複合物III還原後，會結合到CuA雙核中心，並把一個電子傳遞給雙合中心，細胞色素c本身則恢復氧化狀態（細胞色素c上的鐵從+2價氧化到+3價）。細胞色素氧化酶基因上的缺陷，包括突變，能夠導致嚴重的常常甚至是致命的代謝紊亂。

細胞色素氧化酶

科技名詞定義中文名稱：細胞色素氧化酶 英文名稱：cytochrome oxidase 定義：具有電子傳遞鏈末端的酶。具有質子泵的作用，可將H+由基質抽提到膜間隙，同時可通過血紅素中鐵原子的氧化還原變化，把電子傳遞給還原的氧形成水。 套用學科：細胞生物學（一級學科）；細胞生理（二級學科） 亦稱細胞色素C氧化酶。在細胞呼吸中處於細胞色素系統的末端。此酶是把呼吸底物的電子經過細胞色素系統直接傳遞給分子態氧（即具有自動氧化作用）。EC1．9．3．1。通常用還原型細胞色素c的氧催化氧化的作用來進行活性測定。凱林（D．Keilin，1930）在心肌提取物中首先發現此酶的活性。以前認為是靛酚氧化酶所催化，後來明確了靛酚反應是與細胞色素c和細胞色素c氧化酶二者都有關係。從那以後，凱林在心肌和酵母中發現與一氧化碳結合的一種細胞色素（細胞色素a3），並認為這就是細胞色素c氧化酶的原態。而且這種作用可被氰酸等重金屬試劑強烈抑制。特別是由於一氧化碳的（對氧具有頡頏作用的）抑制作用可以為光的照射所恢復，對細胞呼吸認為與瓦勃（O．H．Warburg，1926）假設的呼吸酶為同一物質。 （英語：Cytochrome c oxidase）是一種氧化還原酶，通用名為“細胞色素-

氧化酶”，系統名稱為“亞鐵細胞色素-

:氧氣氧化還原酶”（EC1.9.3.1）。它是一種存在於細菌或線粒體上的大型跨膜蛋白複合物。由於細胞色素氧化酶是呼吸電子傳遞鏈的第四個中心酶複合物，因此又被稱為

複合物IV

（英文Complex IV）。它可以接受來自四個細胞色素c的四個電子，並傳遞到一個氧氣分子上，將氧氣轉化為兩個水分子。在這一進程中，它結合來自基質內的四個質子來製造水分子，同時跨膜轉運四個質子，從而有助於形成跨膜的質子電化學勢能差，而這一勢能差可以被三磷酸腺苷合酶用於製造生物體中最基本的能量分子ATP結構 細胞色素c氧化酶〔同源二聚體〕的結構，位於磷脂雙分子層中。PDB1OCC 細胞色素氧化酶複合物是一個大型蛋白質，位於粒線體內膜(inner-membrane)上，含有多個金屬輔因子和13個亞基（在哺乳動物細胞中）。其中，10個亞基是來自細胞核，而另外三個亞基則是線上粒體中合成。複合物還含有兩個血紅素、一個細胞色素a和細胞色素a3以及兩個銅中心（CuA和CuB）。 實際上，細胞色素a3和CuB形成了一個雙核心中心，作為氧氣的還原位點。細胞色素c被呼吸鏈複合物III還原後，會結合到CuA雙核中心，並把一個電子傳遞給雙合中心，細胞色素c本身則恢復氧化狀態（細胞色素c上的鐵從+2價氧化到+3價）。被還原的CuA雙核中心再將一個電子通過細胞色素a傳遞給細胞色素a3-CuB雙核中心。在這一雙核中心上的兩個金屬離子相距4.5Å，並通過一個處於完全氧化狀態的氫氧根離子相連線。 對牛細胞色素氧化酶的結構研究顯示，它發生了特殊的翻譯後修飾，即其244位上的酪氨酸（Tyr244）的C6原子和240位上的組氨酸Nε原子被共價連線。這一修飾作用在細胞色素a3-CuB雙核中心接受4個電子來將氧氣還原為水分子的過程中發揮了重要作用。過去認為還原機制包括有一個可以導致超氧化物形成的過氧化物中間體。但現在普遍接受的機制是一個快速的四電子還原過程，包括迅速的氧-氧鍵剪下，以避免任何中間產物形成超氧化物的可能性。

組裝

細胞色素氧化酶是由多個亞基和輔因子組成的，必須要通過組裝才能形成完成的活性分子。它的組裝位點被認為接近TOM／TIM複合體；在這一位置，複合物中間體可以與來自原生質中的亞基結合。血紅素和輔因子被插入到亞基I和II中。亞基I和IV可以啟動組裝。其他亞基可以先形成亞複合物中間體，然後再與亞基I和IV結合形成完整的細胞色素氧化酶。在組裝後修飾中，酶分子發生二聚化以獲得有效的酶活性。二聚體是通過一個心磷脂（cardiolipin）分子來連線。整個組裝機制的信息已經得到大量的揭示， 但具體過程還有待進一步的研究。

抑制劑

氰化物、硫化氫、疊氮化合物和一氧化碳 都能夠與細胞色素氧化酶結合，並抑制其活性，從而造成細胞的“化學窒息”。

相關遺傳紊亂疾病

細胞色素氧化酶基因上的缺陷，包括突變，能夠導致嚴重的常常甚至是致命的代謝紊亂。這種紊亂通常出現在幼兒時代的早期，並且主要影響需要高能量的組織器官（腦、心臟、肌肉）。在許多分級的線粒體疾病中，與細胞色素氧化酶組裝缺陷的疾病被認為是最嚴重的。 細胞色素氧化酶所造成的紊亂主要是與細胞核編碼的作為組裝因子的亞基蛋白上的突變相關。這些組裝因子對於酶複合物的結構和功能都是非常重要的，它們參與了多個關鍵的進程，包括線粒體編碼的亞基的轉錄和翻譯、對前體蛋白的剪下以及膜的插入、輔因子的生物合成以及插入。 在病人體內發現的帶有突變的組裝因子有SURF1、SCO1、SCO2、COX10、COX15和LRPPRC。這些突變能夠導致亞複合物的組裝、銅的運輸或轉錄調控的功能發生改變。每一個基因突變都與一種特定疾病相關，其中一些還與多種紊亂疾病相關。由於基因突變引起的細胞色素氧化酶組裝缺陷相關的紊亂症包括Leigh綜合徵、心肌病（cardiomyopathy）、腦白質病（leukodystrophy）、貧血和感覺神經性耳聾。