Cytochrome sind Enzyme, die in ihrem aktiven Zentrum Eisen in Form eines Häms enthalten. Sie sind am Transport von Elektronen bei der Zellatmung beteiligt. Eine separate Klasse sind Cytochrom P450s, die Entgiftungsreaktionen durchführen und Verbindungen wie Steroide synthetisieren. Beide Arten von Enzymen kommen in Membranen vor.
Es gibt verschiedene Arten von Cytochromen, die auf verschiedene Weise unterschieden werden, unter anderem durch Spektroskopie und Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren. Sie sind Cytochrome a, b und c – und jeder hat Untertypen. Sie variieren in der Umgebung, die das Protein für seine Hämgruppe bereitstellt, und dies beeinflusst die Fähigkeit des Cytochroms, Elektronen zu übertragen.
Die Übertragung von Elektronen ist Teil des Atmungszyklus. Die Atmung findet in allen Zellen des Körpers statt und liefert Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Diese Verbindung ist eine universelle Energiequelle für Zellen. Energiereiche Glukose wird in den Mitochondrien, den Öfen für die Zellen, abgebaut. Die an der Atmungskette beteiligten Enzyme befinden sich in der Wand der Mitochondrien.
Die Elektronen aus dem Abbau von Glukose werden schrittweise über einen Gradienten von Enzymen übertragen, die überwiegend aus Cytochromen bestehen. Bei jedem Schritt wird Energie freigesetzt. Dies wird manchmal als Cytochromsystem bezeichnet.
Das Eisen im aktiven Zentrum der Cytochrome variiert zwischen reduzierter oder oxidierter Form. Der Elektronenfluss tritt auf, wenn sie von einem Reduktionsmittel zu einem Oxidationsmittel wechseln. Der letzte Schritt ist die Übertragung von zwei Elektronen von der Cytochrom-c-Oxidase auf Sauerstoff, der Wasser bildet. Dieser Schritt ist an die ATP-Bildung gekoppelt und wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.
Proteine, die Hämgruppen enthalten, werden als Hämoproteine bezeichnet, und die Häme einiger Cytochrome unterscheiden sich voneinander. Zusammen mit den Unterschieden in den Proteinstrukturen trägt dies dazu bei, dass die Cytochrome unterschiedliche Reduktionspotentiale haben. Somit befinden sie sich an verschiedenen Stellen der Atmungskette, die für ihren Elektronentransfer optimal sind. Diese Enzyme finden sich auch in den Membranen der Mitochondrien, des endoplasmatischen Retikulums und in den Chloroplasten von Pflanzen.
Cytochrom P450s sind eine völlig andere Gruppe von Enzymen. Anstatt ihre Substrate zu oxidieren, bauen sie ein Atom oder ein Molekülatom ein. Somit sind sie Monooxygenasen, keine Oxidasen wie die anderen Cytochrome. Sie haben auch eine Hämgruppe an ihrer aktiven Stelle.
P450s sind eine sehr vielfältige Gruppe von Enzymen. In der Leber gibt es verschiedene Arten, wo sie Fremdstoffe wie Medikamente entgiften. Diese entgiften auch viele der Verbindungen, die in den Pflanzen vorkommen, die Menschen essen. Es wird angenommen, dass sich viele dieser P450s als menschliche Abwehr gegen die in Pflanzen vorkommenden toxischen Verbindungen entwickelt haben. Andere Arten dieser Enzyme sind an der Biosynthese von Steroiden und Hormonen beteiligt.