redresse=1.15|vignette| Localisation des groupes prosthétiques du de cœur de bœuf à l'état entièrement réduit : centre binucléaire CuA et à gauche et centre binucléaire à droite ().

L'oxydase de cytochrome c, cytochrome c-oxydase ou complexe de la chaîne respiratoire aérobie, est une oxydoréductase membranaire qui catalyse la réaction de réduction du dioxygène. Cette enzyme est située dans la membrane plasmique de nombreuses bactéries et dans la membrane mitochondriale interne chez les eucaryotes aérobies.

Réaction catalysée Les 4 électrons servant à la réduction complète du dioxygène en eau sont transférés à l'enzyme par quatre cytochromes :

4 ferrocytochrome c + + 8 H+matriciel 4 ferricytochrome c + 2 + 4 H+intermembranaire.

Structure et fonctionnement Le complexe de la chaîne respiratoire, également appelé cytochrome a3, est une grosse protéine membranaire intégrale possédant plusieurs groupements prosthétiques métalliques et protéiques chez les mammifères, dont dix sont encodées par des gènes du noyau cellulaire et trois proviennent du génome mitochondrial. Il contient deux hèmes, l'un appartenant à un et l'autre appartenant à un , ainsi que deux centres à cation de cuivre, notés centres CuA et CuB.

Le et le forment un centre binucléaire qui est le site de réduction de l'oxygène en . À l'état le plus oxydé, les cations métalliques Fe3+ et Cu2+ de ce centre binucléaire sont distants de 4,5 Å; et sont coordonnés à un anion hydroxyde HO−.

Deux ferrocytochromes c réduits par le (-) à l'étape précédente de la chaîne respiratoire, se lient à proximité du centre binucléaire CuA, auquel ils cèdent leur électron. CuA cède à son tour ces électrons au , qui les transfère au centre binucléaire . Les cations métalliques de ce dernier sont réduits à l'état Fe2+ et Cu+, tandis que l'anion hydroxyde est protoné pour donner une molécule d'eau, qui est éliminée. Le site vacant entre les deux ions métalliques est occupé par une molécule d'oxygène, qui est rapidement réduite en acceptant d'une part deux électrons du Fe2+ pour former un dérivé oxo Fe4+=O, d'autre part deux électrons issus pour l'un du Cu+ et pour l'autre de l'hydroxyle ionisé –O− du résidu de Tyr-244 converti en radical tyrosyle –O•, pour former, après protionation, un anion hydroxyde HO− lié au .

Un troisième ferrocytochrome c cède son électron au centre binucléaire , lequel permet de réduire le radical –O• terminal du résidu tyrosyle en groupe –O− susceptible de redonner un hydroxyle –OH par protonation, tandis qu'un autre proton est donné à l'hydroxyde HO− lié au pour former une seconde molécule d'eau , qui est libérée. Un quatrième cède alors son électron au centre CuA, ce qui a pour effet de dissocier le complexe Fe4+=O en Fe3+ et en anion hydroxyde HO− lié au oxydé à l'état Cu2+, rétablissant l'état initial.

Les études par cristallographie aux rayons X ont mis en évidence une modification post-traductionnelle inhabituelle liant l'atome de carbone C6 du résidu de Tyr-244 à l'atome d'azote ε de la chaîne latérale du résidu d'His-240 (selon la numérotation des résidus de l'enzyme bovine). Cette modification post-traductionnelle joue un rôle déterminant dans la capacité du centre binucléaire de recevoir quatre électrons afin de pouvoir réduire une molécule d'oxygène en deux molécules d'eau . On avait d'abord pensé que la formation d'eau passait par la formation de peroxyde d'hydrogène, ce qui était susceptible de produire des anions superoxyde •−, mais il s'est avéré plus probable que le mécanisme consiste en un transfert direct de quatre électrons à une molécule d'oxygène avec rupture de la liaison O–O, ce qui éviterait la formation d'ions superoxyde.

Inhibiteurs Les anions cyanure CN−, sulfure S2−, azoture − ainsi que le monoxyde de carbone CO sont des inhibiteurs compétitifs du , ce qui conduit à l'asphyxie de la cellule. Le méthanol est métabolisé en acide formique HCOOH, lequel est un autre inhibiteur de la oxydase. Des taux élevés d'ATP dans la matrice mitochondriale conduisent également à l'inhibition de cette enzyme.

Notes et références

Catégorie:EC 1.9.3 Catégorie:Respiration cellulaire Catégorie:Protéine à cuivre