Early electron transfer in cytochrome c oxidase occurs by a chymotrypsin type relay / La transferencia temprana de electrones en el citocromo c oxidasa ocurre por un relé tipo quimotripsina

ABSTRACT

Evidence suggests that when ferrocytochrome c (the substrate) reduces cytochrome c oxidase (COX), electrons from the former enter the latter via Trp-104. What is still to be determined is the method by which electrons are transferred from ferrocytochrome c to Trp-104 and the method by which electrons arriving at Trp-104 are moved on to cua, the first of the enzyme's four redox centres to be reduced. To shed light on this process, we used the computer to create and analyse an enzyme-substrate complex formed from the published structure of the two proteins. It was found that the front haem edge of ferrocytochrome c was in close proximity to Trp-104 of COX and that inclusive of Trp-104, only nine amino acid residues from COX lie along a broad channel stretching from Trp-104 to the enzyme's CuA centre. Six of the nine residues, Trp-104, Tyr-105, His-102 Trp-106, Asp-158 and Glu-198, had the ideal chemical properties and were properly aligned to facilitate electron transfer. Here we propose that the reduction of Trp-104 and the subsequent reduction of CuA occur by a hydride/hydrogen ion relay system similar to that seen at the active site of chymotrypsin.

RESUMEN

La evidencia sugiere que cuando el ferrocitocromo C (el sustrato) reduce el citocromo c oxidasa (COX), los electrones del primero entran a este último vía Trp-104. Lo que queda aún por determinar es el método por el cual los electrones son transferidos del ferrocitocromo c al Trp-104, así como el método mediante el cual los electrones que llegan al Trp-104 son trasladados al cua, el primero de los cuatro centros de reducción-oxidación (redox) de la enzima a ser reducidos. A fin de arrojar luz sobre este proceso, usamos la computadora para crear y analizar un complejo de sustrato enzimático formado a partir de la estructura publicada de las dos proteínas. Se halló que el borde frontal del hemo del ferrocitocromo c estaba muy cercano al Trp-104 del COX, incluyendo el Trp-104. Sólo nueve residuos de aminoácidos de COX se encuentran a lo largo de un ancho canal que se extiende desde Trp-104 hasta el centro CuA de la enzima. Seis de los nueve residuos, Trp-104, Tyr-105, His-102 Trp-106, Asp-158 y Glu-198, poseían las propiedades químicas ideales y estaban alineados adecuadamente para facilitar la transferencia de electrones. En este trabajo proponemos que la reducción de Trp-104 y la subsiguiente reducción de CuA ocurre mediante un sistema de relé iónico hidrógeno-hidruro, similar al que se observa en el sitio activo de la quimotripsina.