シトクロムCオキシダーゼの定常状態メカニズム：金属中心間の酸化還元相互作用

単離された哺乳類のシトクロムCオキシダーゼの定常状態の挙動は、シトクロムcの減少速度を増加させることにより調べられました。これらの条件下では、酵素の605（HAEM A）、655（HAEM A3/CUB）、および830（CUA）NMスペクトル機能は、シトクロムC（550 nm）とほぼ平衡状態にあるかのように動作しました。これは、可視（550、605および655 nm）および近赤外（830 nm）の光を使用した非侵襲的組織測定に影響を与えます。655 nm帯域で表される酸化種は、酸素中間体PとFの存在によって漂白されます（Pは酸化酵素と比較して607 nmの吸光度スペクトルによって特徴付けられ、Fは580 nmの吸光度スペクトルによって特徴付けられます。酸化酵素）またはHAEM A3またはCUBの還元による。しかし、これらの周囲の酸素レベル（酵素kmをはるかに上回る）では、Haem A3の減少と酸素中間体の集団は非常に低かった（<10％）。したがって、655 nmの変化は、そうでなければスペクトルに見えないカブセンターの減少として解釈します。Haem A-CUA-Cub（定常状態のポテンシャル範囲：CUA、212-258 mV; HAEM A、254-281 MV; CUB、227-272 MV）の間に小さな抗協力的酸化還元相互作用が発生するモデルを提示します。静的平衡測定とは反対に、触媒定常状態には、潜在的な酸化還元中心（> 300 mV）はありません。全体的な反応は、ミカエリス中間体がフェロシトクロムC酵素複合体である古典モデルによって正しく記述されていることがわかります。ただし、この複合体におけるフェロシトクロムCの酸化は、唯一の速度決定ステップではありません。代わりに、離職率はヘムAからヘムA3への電子移動に依存しますが、ヘムAの可能性は常にシトクロムCと密接に一致します。

The steady-state behaviour of isolated mammalian cytochrome c oxidase was examined by increasing the rate of reduction of cytochrome c. Under these conditions the enzyme's 605 (haem a), 655 (haem a3/CuB) and 830 (CuA) nm spectral features behaved as if they were at near equilibrium with cytochrome c (550 nm). This has implications for non-invasive tissue measurements using visible (550, 605 and 655 nm) and near-IR (830 nm) light. The oxidized species represented by the 655 nm band is bleached by the presence of oxygen intermediates P and F (where P is characterized by an absorbance spectrum at 607 nm relative to the oxidized enzyme and F is characterized by an absorbance spectrum at 580 nm relative to the oxidized enzyme) or by reduction of haem a3 or CuB. However, at these ambient oxygen levels (far above the enzyme Km), the populations of reduced haem a3 and the oxygen intermediates were very low (<10%). We therefore interpret 655 nm changes as reduction of the otherwise spectrally invisible CuB centre. We present a model where small anti-cooperative redox interactions occur between haem a-CuA-CuB (steady-state potential ranges: CuA, 212-258 mV; haem a, 254-281 mV; CuB, 227-272 mV). Contrary to static equilibrium measurements, in the catalytic steady state there are no high potential redox centres (>300 mV). We find that the overall reaction is correctly described by the classical model in which the Michaelis intermediate is a ferrocytochrome c-enzyme complex. However, the oxidation of ferrocytochrome c in this complex is not the sole rate-determining step. Turnover is instead dependent upon electron transfer from haem a to haem a3, but the haem a potential closely matches cytochrome c at all times.