Citocrom P450 - Cytochrome P450

Citocromul P450
Structura lanosterol 14 α-demetilazei (CYP51) .png
Structura lanosterol 14α-demetilazei ( CYP51 )
Identificatori
Simbol p450
Pfam PF00067
InterPro IPR001128
PROSITE PDOC00081
SCOP2 2cpp / SCOPe / SUPFAM
Superfamilia OPM 39
Proteina OPM 2bdm
Membranom 265

Citocromii P450 ( CYP ) sunt o superfamilie de enzime care conțin hem ca cofactor care funcționează ca monooxigenaze . La mamifere, aceste proteine ​​oxidează steroizi , acizi grași și xenobiotice și sunt importante pentru eliminarea diferiților compuși, precum și pentru sinteza și descompunerea hormonilor. La plante, aceste proteine ​​sunt importante pentru biosinteza compușilor defensivi , a acizilor grași și a hormonilor.

Enzimele CYP au fost identificate în toate regatele vieții: animale , plante , ciuperci , protiști , bacterii și arhee , precum și în viruși . Cu toate acestea, ele nu sunt omniprezente; de exemplu, nu au fost găsite în Escherichia coli . Începând din 2018, sunt cunoscute peste 300.000 de proteine ​​CYP distincte.

CYP-urile sunt, în general, enzimele oxidazei terminale din lanțurile de transfer de electroni , clasificate în general ca sisteme care conțin P450 . Termenul "P450" este derivat din vârful spectrofotometric la lungimea de undă a absorbției maxime a enzimei (450  nm ) atunci când este în stare redusă și este complexat cu monoxid de carbon . Majoritatea CYP-urilor necesită un partener proteic pentru a livra unul sau mai mulți electroni pentru a reduce fierul (și în cele din urmă oxigenul molecular ).

Nomenclatură

Genele care codifică enzimele CYP și enzimele în sine sunt desemnate cu simbolul rădăcină CYP pentru superfamilie , urmat de un număr care indică familia genelor , o literă majusculă care indică subfamilia și o altă cifră pentru gena individuală. Convenția constă în cursivizarea denumirii atunci când se face referire la genă. De exemplu, CYP2E1 este gena care codifică enzima CYP2E1 - una dintre enzimele implicate în metabolismul paracetamolului (acetaminofenului). CYP nomenclatura este convenția oficială de denumire, deși ocazional CYP450 sau CYP 450 este utilizat ca sinonimi. Cu toate acestea, unele nume de gene sau enzime pentru CYP pot diferi de această nomenclatură, denotând activitatea catalitică și denumirea compusului utilizat ca substrat. Exemplele includ CYP5A1 , tromboxan A 2 sintază, abreviată la TBXAS1 ( T hrom B o X ane A 2 S ynthase 1 ) și CYP51A1 , lanosterol 14-α-demetilază, uneori abreviat neoficial la LDM în funcție de substratul său ( L anosterol) și activitate ( D e M etilare).

Ghidurile actuale de nomenclatură sugerează că membrii noilor familii CYP au cel puțin 40% identitate de aminoacizi , în timp ce membrii subfamiliei trebuie să aibă cel puțin 55% identitate de aminoacizi. Comitetele de nomenclatură atribuie și urmăresc atât numele genelor de bază ( Cytochrome P450 Homepage ), cât și numele alelelor ( CYP Allele Nomenclature Committee ).

Clasificare

Articol principal: sisteme care conțin P450

Pe baza naturii proteinelor de transfer de electroni, CYP-urile pot fi clasificate în mai multe grupuri:

Sisteme Microsomal P450
în care electronii sunt transferați de la NADPH prin intermediul citocromului P450 reductază (diferit CPR, POR sau CYPOR). Citocromul b 5 (cyb 5 ) poate contribui, de asemenea, la reducerea puterii acestui sistem după ce a fost redus de citocromul b 5 reductază (CYB 5 R).
Sisteme mitocondriale P450
care utilizează adrenodoxin reductază și adrenodoxină pentru a transfera electroni de la NADPH la P450.
Sisteme bacteriene P450
care utilizează o feredoxină reductază și o feredoxină pentru a transfera electronii către P450.
Sisteme CYB 5 R / cyb 5 / P450 , în care ambii electroni solicitați de CYP provin din citocromul b 5 .
Sisteme FMN / Fd / P450
găsit inițial la speciile Rhodococcus , în care o reductază care conține domeniu FMN este fuzionată cu CYP.
Numai P450
sisteme, care nu necesită putere de reducere externă. Printre cele mai notabile se numără tromboxan sintază (CYP5), prostaciclină sintază (CYP8) și CYP74A (alen oxid de sintază ).

Cea mai comună reacție catalizată de citocromii P450 este o reacție monooxigenază, de exemplu, inserarea unui atom de oxigen în poziția alifatică a unui substrat organic (RH), în timp ce celălalt atom de oxigen este redus la apă:

RH + O 2 + NADPH + H + → ROH + H 2 O + NADP +

Multe reacții de hidroxilare (inserarea grupărilor hidroxil ) utilizează enzime CYP.

Mecanism

Ciclul catalitic P450
„Fe (V) intermediar” din stânga jos este o simplificare: este un Fe (IV) cu un ligand hemic radical .

Structura

Situl activ al citocromului P450 conține un centru de hem-fier. Fierul este legat de proteină printr-un ligand tiolat de cisteină . Această cisteină și mai multe reziduuri flancante sunt foarte conservate în CYP-uri cunoscute și au modelul formal de semnătură PROSITE formal [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [ LIVMFAP] - [GAD]. Datorită varietății mari de reacții catalizate de CYP, activitățile și proprietățile multor CYP diferă în multe aspecte. În general, ciclul catalitic P450 se desfășoară după cum urmează:

Ciclul catalitic

  1. Substratul se leagă în apropierea grupului hem , pe partea opusă tiolatului axial. Legarea substratului induce o schimbare a conformației sitului activ, deplasând adesea o moleculă de apă din poziția de coordonare axială distală a fierului hem și schimbând starea fierului hemului de la rotire redusă la rotire ridicată.
  2. Legarea substratului induce transferul de electroni de la NAD (P) H prin citocromul P450 reductaza sau o altă reductază asociată .
  3. Oxigenul molecular se leagă de centrul hemului feros rezultat la poziția de coordonare axială distală, dând inițial un aduct de dioxigen similar cu oxi-mioglobina.
  4. Un al doilea electron este transferat, fie de P450 reductaza citocromului , feredoxina sau citocromul b 5 , reducerea Fe-O 2 aduct pentru a da o viață scurtă peroxo stat.
  5. Grupul peroxo format în etapa 4 este rapid protonat de două ori, eliberând o moleculă de apă și formând specia extrem de reactivă menționată ca P450 Compusul 1 (sau doar Compusul I). Acest intermediar foarte reactiv a fost izolat în 2010, P450 Compusul 1 este o specie de fier (IV) oxo (sau feril ) cu un echivalent oxidant suplimentar delocalizat peste ligandii porfirină și tiolat. Nu există dovezi pentru fierul perferril alternativ (V) -oxo .
  6. În funcție de substratul și enzima implicate, enzimele P450 pot cataliza oricare dintre o mare varietate de reacții. O hidroxilare ipotetică este prezentată în această ilustrație. După ce produsul a fost eliberat de pe site-ul activ, enzima revine la starea inițială, o moleculă de apă revenind la ocuparea poziției de coordonare distală a nucleului de fier.
Mecanism de recuperare a oxigenului utilizat de citocromul P450 pentru conversia hidrocarburilor în alcooli prin acțiunea „compusului I”, un oxid de fier (IV) legat de un cation radical hem.
  1. O cale alternativă pentru mono-oxigenare este prin „șunt peroxid” (calea „S” din figură). Această cale implică oxidarea complexului feric-substrat cu donatori de atomi de oxigen, cum ar fi peroxizii și hipocloritii. Un peroxid ipotetic „XOOH” este prezentat în diagramă.

Spectroscopie

Legarea substratului se reflectă în proprietățile spectrale ale enzimei, cu o creștere a absorbanței la 390 nm și o scădere la 420 nm. Acest lucru poate fi măsurat prin spectroscopii de diferență și este denumit spectrul de diferență "de tip I" (a se vedea graficul inserat în figură). Unele substraturi provoacă o schimbare opusă a proprietăților spectrale, un spectru „invers tip I”, prin procese care sunt încă neclare. Inhibitorii și anumite substraturi care se leagă direct de fierul hemului dau naștere spectrului de diferență de tip II, cu un maxim la 430 nm și un minim la 390 nm (vezi graficul inserat în figură). Dacă nu sunt disponibili echivalenți reducători, acest complex poate rămâne stabil, permițând determinarea gradului de legare din măsurători de absorbanță in vitro C: Dacă monoxidul de carbon (CO) se leagă la P450 redus, ciclul catalitic este întrerupt. Această reacție produce spectrul clasic de diferență de CO cu un maxim la 450 nm. Cu toate acestea, efectele de întrerupere și inhibiție ale CO variază în funcție de diferitele CYP, astfel încât familia CYP3A este relativ mai puțin afectată.

P450 la om

CYP-urile umane sunt în primul rând proteine ​​asociate membranei situate fie în membrana interioară a mitocondriilor, fie în reticulul endoplasmatic al celulelor. CYP metabolizează mii de substanțe chimice endogene și exogene . Unele CYP metabolizează doar unul (sau foarte puține) substraturi, cum ar fi CYP19 ( aromataza ), în timp ce altele pot metaboliza mai multe substraturi . Ambele caracteristici explică importanța lor centrală în medicină . Enzimele citocromului P450 sunt prezente în majoritatea țesuturilor corpului și joacă roluri importante în sinteza și descompunerea hormonilor (inclusiv sinteza și metabolismul estrogenului și testosteronului ), sinteza colesterolului și metabolismul vitaminei D. Enzimele citocromului P450 funcționează, de asemenea, pentru a metaboliza compușii potențial toxici, inclusiv medicamente și produse de metabolism endogen, cum ar fi bilirubina , în principal în ficat .

Proiectul genomului uman a identificat 57 de gene umane care codifică pentru diferitele enzimele citocromului P450.

Metabolismul medicamentelor

Proporția de medicamente antifungice metabolizate de diferite familii de CYP.
Informații suplimentare: metabolismul medicamentelor

CYP-urile sunt principalele enzime implicate în metabolismul medicamentelor , reprezentând aproximativ 75% din metabolismul total. Majoritatea medicamentelor suferă dezactivarea prin CYP, fie direct, fie prin excreția facilitată din organism. De asemenea, multe substanțe sunt bioactivate de CYP pentru a-și forma compușii activi, cum ar fi medicamentul antiplachetar clopidogrel și codeina opiacee .

Interacțiunea medicamentoasă

Multe medicamente pot crește sau scădea activitatea diferitelor izozime CYP fie prin inducerea biosintezei unei izozime ( inducerea enzimei ), fie prin inhibarea directă a activității CYP ( inhibarea enzimei ). Un exemplu clasic include medicamente anti-epileptice , cum ar fi fenitoina , care induce CYP1A2 , CYP2C9 , CYP2C19 și CYP3A4 .

Efectele asupra activității izozimelor CYP reprezintă o sursă majoră de interacțiuni adverse cu medicamentele , deoarece modificările activității enzimei CYP pot afecta metabolismul și eliminarea diferitelor medicamente. De exemplu, dacă un medicament inhibă metabolismul mediat de CYP al unui alt medicament, al doilea medicament se poate acumula în organism la niveluri toxice. Prin urmare, aceste interacțiuni medicamentoase pot necesita ajustări ale dozelor sau alegerea medicamentelor care nu interacționează cu sistemul CYP. Astfel de interacțiuni medicamentoase sunt deosebit de importante de luat în considerare atunci când se utilizează medicamente de importanță vitală pentru pacient, medicamente cu efecte secundare semnificative sau medicamente cu un indice terapeutic îngust , dar orice medicament poate fi supus unei concentrații plasmatice modificate din cauza metabolismului medicamentului modificat.

Multe substraturi pentru CYP3A4 sunt medicamente cu un indice terapeutic îngust , cum ar fi amiodaronă sau carbamazepină . Deoarece aceste medicamente sunt metabolizate de CYP3A4, nivelurile plasmatice medii ale acestor medicamente pot crește din cauza inhibării enzimei sau pot scădea din cauza inducției enzimei.

Interacțiunea cu alte substanțe

Compușii naturali pot, de asemenea, induce sau inhiba activitatea CYP. De exemplu, s-a descoperit că compușii bioactivi găsiți în sucul de grapefruit și în alte sucuri de fructe, inclusiv bergamottina , dihidroxibergamotina și paradicina-A , inhibă metabolismul mediat de CYP3A4 al anumitor medicamente , ducând la o biodisponibilitate crescută și, prin urmare, la o puternică posibilitate de supradozaj . Din cauza acestui risc, este de obicei recomandată evitarea în totalitate a sucului de grepfrut și a grapefruiturilor proaspete în timp ce consumați droguri.

Alte exemple:

Alte funcții specifice CYP

Hormoni steroizi

Steroidogeneza , care arată multe dintre activitățile enzimatice care sunt efectuate de enzimele citocromului P450. HSD: Hidroxisteroid dehidrogenază.

Un subset de enzime citocrom P450 joacă roluri importante în sinteza hormonilor steroizi ( steroidogeneză ) de către suprarenale , gonade și țesuturi periferice:

Acizi grași polinesaturați și eicosanoizi

Anumite enzime ale citocromului P450 sunt esențiale în metabolizarea acizilor grași polinesaturați (PUFA) în molecule de semnalizare celulară ( eicosanoide ) biologic active, și / sau metabolizează metaboliții biologic activi ai PUFA în produse mai puțin active sau inactive. Acești CYP posedă activitate enzimatică a citocromului P450 omega hidroxilază și / sau epoxigenază .

  • CYP1A1 , CYP1A2 și CYP2E1 metabolizează PUFA endogene în molecule de semnalizare: metabolizează acidul arahidonic (adică AA) în acid 19-hidroxieicosatetraenoic (adică 19-HETE; vezi acidul 20-hidroxieicosatetraenoic ); acid eicosapentaenoic (adică EPA) la acizi epoxyeicosatetraenoici (adică EEQ); și acid docosahexaenoic (adică DHA) la acizi epoxidocosapentaenoici (adică EDP).
  • CYP2C8 , CYP2C9 , CYP2C18 , CYP2C19 și CYP2J2 metabolizează PUFA endogene la molecule de semnalizare: metabolizează AA în acizi epoxyeicosatetraenoici (adică EET); EPA la EEQ-uri; și DHA la EDP.
  • CYP2S1 metabolizează PUFA în molecule de semnalizare: metabolizează AA în EET și EPA în EEQ.
  • CYP3A4 metabolizează AA în molecule de semnalizare EET.
  • CYP4A11 metabolizează PUFA endogene la molecule de semnalizare: metabolizează AA la 20-HETE și EETs; de asemenea, hidroxilează DHA la 22-hidroxi-DHA (adică 12-HDHA).
  • CYP4F2 , CYP4F3A și CYP4F3B (vezi CYP4F3 pentru ultimii doi CYP) metabolizează PUFA în molecule de semnalizare: metabolizează AA la 20-HETE. De asemenea, metabolizează EPA în acid 19-hidroxieicosapentaenoic (19-HEPE) și acid 20-hidroxieicosapentaenoic (20-HEPE), precum și metabolizează DHA în 22-HDA. De asemenea, inactivează sau reduc activitatea moleculelor de semnalizare: metabolizează leucotriena B4 (LTB4) în 20-hidroxi-LTB4, acid 5-hidroxieicosatetraenoic (5-HETE) în 5,20-diHETE, acid 5-oxo-eicosatetraenoic (5- oxo-ETE) la 5-oxo, 20-hidroxi-ETE, acid 12-hidroxieicosatetraenoic (12-HETE) la 12,20-diHETE, EET la 20-hidroxi-EET și lipoxine la 20-hidroxi.
  • CYP4F8 și CYP4F12 metabolizează PUFA în molecule de semnalizare: ele metabolizează EPA în EEQ și DHA în EDP. De asemenea, metabolizează AA în acid 18-hidroxieicosatetraenoic (18-HETE) și 19-HETE.
  • CYP4F11 inactivează sau reduce activitatea moleculelor de semnalizare: metabolizează LTB4 la 20-hidroxi-LTB4, (5-HETE) la 5,20-diHETE, (5-oxo-ETE) la 5-oxo, 20-hidroxi-ETE, (12-HETE) la 12,20-diHETE, EETs la 20-hidroxi-EET și lipoxine la 20-hidroxi.
  • Y -hidroxilații CYP4F22 extrem de lungi „ acizi grași cu lanț foarte lung ”, adică acizi grași care au 28 sau mai mulți atomi de carbon. Ω-hidroxilarea acestor acizi grași speciali este esențială pentru crearea și menținerea funcției de barieră a apei a pielii; autozomal recesiva mutații de inactivare ale CYP4F22 sunt asociate cu ihtioza lamelară subtipul de congenitale ihtiosiforme erythrodema la om.

Familiile CYP la om

Oamenii au 57 de gene și mai mult de 59 de pseudogene împărțite în 18 familii de gene citocrom P450 și 43 de subfamilii. Acesta este un rezumat al genelor și al proteinelor pe care le codifică. Pentru informații detaliate, consultați pagina de pornire a Comitetului pentru nomenclatură pentru citocromul P450.

Familie Funcţie Membri Genele Pseudogene
CYP1 metabolismul medicamentelor și al steroizilor (în special estrogenul ), toxificarea cu benzo [ a ] piren (formând (+) - benzo [ a ] piren-7,8-dihidrodiol-9,10-epoxid ) 3 subfamilii, 3 gene, 1 pseudogen CYP1A1 , CYP1A2 , CYP1B1 CYP1D1P
CYP2 metabolismul medicamentelor și steroizilor 13 subfamilii, 16 gene, 16 pseudogene CYP2A6 , CYP2A7 , CYP2A13 , CYP2B6 , CYP2C8 , CYP2C9 , CYP2C18 , CYP2C19 , CYP2D6 , CYP2E1 , CYP2F1 , CYP2J2 , CYP2R1 , CYP2S1 , CYP2U1 , CYP2W1 Prea multe de enumerat
CYP3 metabolismul medicamentelor și steroizilor (inclusiv testosteronul ) 1 subfamilie, 4 gene, 4 pseudogene CYP3A4 , CYP3A5 , CYP3A7 , CYP3A43 CYP3A51P, CYP3A52P, CYP3A54P, CYP3A137P
CYP4 metabolismul acidului arahidonic sau al acizilor grași 6 subfamilii, 12 gene, 10 pseudogene CYP4A11 , CYP4A22 , CYP4B1 , CYP4F2 , CYP4F3 , CYP4F8 , CYP4F11 , CYP4F12 , CYP4F22 , CYP4V2 , CYP4X1 , CYP4Z1 Prea multe de enumerat
CYP5 tromboxan A 2 sintază 1 subfamilie, 1 genă CYP5A1
CYP7 biosinteza acidului biliar 7-alfa hidroxilaza nucleului steroid 2 subfamilii, 2 gene CYP7A1 , CYP7B1
CYP8 variat 2 subfamilii, 2 gene CYP8A1 ( prostaciclină sintază), CYP8B1 (biosinteză a acidului biliar)
CYP11 biosinteza steroizilor 2 subfamilii, 3 gene CYP11A1 , CYP11B1 , CYP11B2
CYP17 biosinteza steroizilor , 17-alfa hidroxilaza 1 subfamilie, 1 genă CYP17A1
CYP19 biosinteza steroizilor : aromataza sintetizează estrogenul 1 subfamilie, 1 genă CYP19A1
CYP20 funcție necunoscută 1 subfamilie, 1 genă CYP20A1
CYP21 biosinteza steroizilor 1 subfamilii, 1 genă, 1 pseudogenă CYP21A2 CYP21A1P
CYP24 degradarea vitaminei D 1 subfamilie, 1 genă CYP24A1
CYP26 hidroxilaza acidului retinoic 3 subfamilii, 3 gene CYP26A1 , CYP26B1 , CYP26C1
CYP27 variat 3 subfamilii, 3 gene CYP27A1 ( biosinteza acidului biliar ), CYP27B1 (vitamina D 3 1-alfa hidroxilaza, activează vitamina D 3 ), CYP27C1 (funcție necunoscută)
CYP39 7-alfa hidroxilarea 24-hidroxicolesterolului 1 subfamilie, 1 genă CYP39A1
CYP46 colesterol 24-hidroxilaza 1 subfamilie, 1 genă, 1 pseudogenă CYP46A1 CYP46A4P
CYP51 biosinteza colesterolului 1 subfamilie, 1 genă, 3 pseudogene CYP51A1 ( lanosterol 14-alfa demetilaza) CYP51P1, CYP51P2, CYP51P3

P450 la alte specii

Animale

Multe animale au la fel de multe sau mai multe gene CYP decât oamenii. Numerele raportate variază de la 35 de gene din buretele Amphimedon queenslandica la 235 de gene din cefalocordatul Branchiostoma floridae . Șoarecii au gene pentru 101 CYP, iar ariciul are chiar mai multe (poate chiar 120 de gene). Se presupune că cele mai multe enzime CYP pentru a avea activitate monooxigenaza, așa cum este cazul pentru cele mai multe mamifere care au CYP fost investigate ( cu excepția, de exemplu, CYP19 și CYP5 ). Secvențierea genelor și a genomului depășește cu mult caracterizarea biochimică a funcției enzimatice, deși s-au găsit multe gene cu omologie apropiată de CYP cu funcție cunoscută, oferind indicii despre funcționalitatea lor.

Clasele de CYP cele mai des investigate la animalele neumane sunt cele implicate fie în dezvoltare (de exemplu, acidul retinoic sau metabolismul hormonal ), fie implicate în metabolismul compușilor toxici (cum ar fi aminele heterociclice sau hidrocarburile poliaromatice ). Adesea există diferențe în reglarea genelor sau funcția enzimatică a CYP la animalele înrudite care explică diferențele observate în sensibilitatea la compuși toxici (de exemplu, incapacitatea caninilor de a metaboliza xantinele, cum ar fi cofeina). Unele medicamente suferă metabolism la ambele specii prin intermediul unor enzime diferite, rezultând metaboliți diferiți, în timp ce alte medicamente sunt metabolizate într-o specie, dar sunt excretate neschimbate la o altă specie. Din acest motiv, reacția unei specii la o substanță nu este o indicație fiabilă a efectelor substanței la om. O specie de Drosophila din Deșertul Sonorei care folosește o expresie reglată în sus a genei CYP28A1 pentru detoxifierea putregaiului cactușilor este Drosophila mettleri . Muștele acestei specii au adaptat o reglare ascendentă a acestei gene datorită expunerii la niveluri ridicate de alcaloizi în plantele gazdă.

CYP-urile au fost examinate pe larg la șoareci , șobolani , câini și mai puțin la peștele zebră , pentru a facilita utilizarea acestor organisme model în descoperirea și toxicologia medicamentelor . Recent, CYP-urile au fost descoperite și în speciile aviare, în special curcanii, care se pot dovedi un model util pentru cercetarea cancerului la om. CYP1A5 și CYP3A37 la curcani s-au dovedit a fi foarte asemănătoare cu CYP1A2 uman și respectiv CYP3A4 , în ceea ce privește proprietățile lor cinetice, precum și în metabolismul aflatoxinei B1.

CYP-urile au fost, de asemenea, studiate intens la insecte , adesea pentru a înțelege rezistența la pesticide . De exemplu, CYP6G1 este legata de rezistenta la insecticide in DDT rezistente Drosophila melanogaster si CYP6M2 in tantar malariei vector Anopheles gambiae este capabil de metabolizarii direct piretroizi .

Microbian

Citocromii microbieni P450 sunt adesea enzime solubile și sunt implicați în diverse procese metabolice. La bacterii, distribuția P450 este foarte variabilă, multe bacterii neavând P450 identificate (de exemplu, E.coli). Unele bacterii, predominant actinomicete, au numeroase P450 (de exemplu,). Cei identificați până acum sunt în general implicați fie în biotransformarea compușilor xenobiotici (de exemplu, CYP105A1 din Streptomyces griseolus metabolizează erbicidele sulfonilureice în derivați mai puțin toxici), fie fac parte din căile biosintetice ale metabolitilor specializați (de exemplu, CYP170B1 catalizează producția sesquiterpenoidului albaflavenon în Streptomyces . Deși niciun P450 nu sa dovedit a fi încă esențial într-un microb, familia CYP105 este extrem de conservată, cu un reprezentant în fiecare genom al streptomicetelor secvențiat până acum. Datorită solubilității enzimelor bacteriene P450, acestea sunt în general considerate ca fiind mai ușor de lucrat cu P450 eucariote predominant legate la membrană. Acest lucru, combinat cu chimia remarcabilă pe care o catalizează, a condus la numeroase studii care utilizează proteinele exprimate heterologic in vitro. Puține studii au investigat ce fac P450s in vivo, care sunt substratele naturale și cum contribuie P450 la supraviețuirea bacteriilor în mediul natural. Sunt prezentate aici trei exemple care au contribuit în mod semnificativ la studiile structurale și mecaniciste, dar multe diferite familiile există.

  • Cam citocromul P450 (CYP101A1) originar din Pseudomonas putida a fost folosit ca model pentru mulți citocromi P450 și a fost prima structură proteică tridimensională a citocromului P450 rezolvată prin cristalografie cu raze X. Această enzimă face parte dintr-un ciclu catalitic camfor-hidroxilant constând din două etape de transfer de electroni de la putidaredoxină , un cofactor de proteine ​​care conține grupul 2Fe -2S.
  • Citocromul P450 eryF (CYP107A1) originar din bacteria actinomicetă Saccharopolyspora erythraea este responsabilă pentru biosinteza antibioticului eritromicină prin hidroxilarea C6 a macrolidei 6-deoxeritronolidă B.
  • Citocromul P450 BM3 (CYP102A1) din bacteria solului Bacillus megaterium catalizează hidroxilarea dependentă de NADPH a mai multor acizi grași cu lanț lung în pozițiile ω – 1 prin ω – 3. Spre deosebire de aproape orice alt CYP cunoscut (cu excepția CYP505A1, citocromul P450 foxy), acesta constituie o proteină de fuziune naturală între domeniul CYP și un cofactor donator de electroni. Astfel, BM3 este potențial foarte util în aplicații biotehnologice.
  • Citocromul P450 119 ( CYP119A1 ) izolat din arhiva termofilică Sulfolobus solfataricus a fost utilizat într-o varietate de studii mecaniciste. Deoarece enzimele termofile au evoluat pentru a funcționa la temperaturi ridicate, acestea tind să funcționeze mai lent la temperatura camerei (dacă este cazul) și, prin urmare, sunt modele mecaniciste excelente.

Ciuperci

Medicamentele antifungice utilizate în mod obișnuit în clasa azol funcționează prin inhibarea citocromului fungic P450 14α-demetilază . Acest lucru întrerupe conversia lanosterolului în ergosterol , o componentă a membranei celulare fungice. (Acest lucru este util doar pentru că P450 al oamenilor are o sensibilitate diferită; așa funcționează această clasă de antifungice .)

Cercetări semnificative sunt în curs de desfășurare asupra P450 fungice, deoarece o serie de ciuperci sunt patogene pentru oameni (cum ar fi drojdia Candida și Aspergillus ) și pentru plante.

Cunninghamella elegans este un candidat pentru utilizare ca model pentru metabolismul medicamentelor la mamifere.

Plantele

Citocromul P450 al plantelor este implicat într-o gamă largă de reacții biosintetice și vizează o gamă diversă de biomolecule. Aceste reacții duc la diverși conjugați de acizi grași , hormoni vegetali , metaboliți secundari , lignine și o varietate de compuși de apărare. Adnotările genomului plantelor sugerează că genele citocromului P450 reprezintă până la 1% din genele plantelor. Numărul și diversitatea genelor P450 este responsabilă, în parte, pentru multitudinea de compuși bioactivi.

O-demetilaza aromatică a citocromului P450 , care este alcătuită din două părți promiscue distincte: o proteină citocrom P450 (GcoA) și reductaza cu trei domenii, este semnificativă pentru capacitatea sa de a converti lignina, biopolimerul aromatic comun în pereții celulelor vegetale, în lanțuri de carbon regenerabile într-un set de reacții catabolice. Pe scurt, este un facilitator al unui pas critic în conversia Lignin.

P450 în biotehnologie

Reactivitatea remarcabilă și promiscuitatea substratului P450 au atras multă vreme atenția chimiștilor. Progresele recente către realizarea potențialului utilizării P450s către oxidări dificile au inclus: (i) eliminarea necesității co-factorilor naturali prin înlocuirea acestora cu molecule care conțin peroxid ieftin. , (ii) explorarea compatibilității P450s cu solvenți organici și (iii) utilizarea unor auxiliari mici, non-chirali pentru a direcționa în mod previzibil oxidarea P450.

Subfamilii InterPro

Subfamilii InterPro :

Clozapină, imipramină, paracetamol, fenacetină Aril amine heterociclice Inductibile și deficiente de CYP1A2 5-10% oxidează uroporfirinogenul în uroporfirină (CYP1A2) în metabolismul hemului, dar pot avea substraturi endogene nedescoperite. sunt inductibile de unele hidrocarburi policiclice, dintre care unele se găsesc în fumul de țigară și în alimentele carbonizate.

Aceste enzime sunt de interes, deoarece în teste pot activa compuși pentru agenți cancerigeni. Nivelurile ridicate de CYP1A2 au fost legate de un risc crescut de cancer de colon. Deoarece enzima 1A2 poate fi indusă de fumatul de țigări, aceasta leagă fumatul de cancerul de colon.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe