Citocromul P450

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Familia citocromului P450 (prescurtată ca CYP , P450 și, foarte frecvent, CYP450 ) este o superfamilie enzimatică de hemoproteine prezente în toate domeniile vii (sunt cunoscute peste 7.700 de macromolecule de tip CYP distincte), [1] aparținând subclasei enzimatice a oxidază cu funcție mixtă (sau monooxigenază). [2] Citocromii P450 sunt principalii actori implicați în detoxifierea organismului, putând acționa asupra unui număr mare de substraturi diferite, atât exogene (medicamente și toxine de origine externă), cât și endogene (deșeuri ale organismului). Adesea participă la complexe care funcționează ca un lanț de transport al electronilor , cunoscut sub numele de sisteme care conțin P450 .

Reacțiile catalizate de izoformele citocromului P450 sunt variate. Cea mai frecventă este o reacție clasică monooxigenază: transferul unui atom de oxigen de la oxigenul molecular la un substrat organic, cu reducerea celui de-al doilea atom de oxigen în apă:

RH + O 2 + 2H + + 2e - → ROH + H 2 O

Exemple de reacții catalizate de citocromul P450 sunt hidroxilarea compușilor alifatici sau aromatici , formarea de epoxizi și oxidarea alcoolilor. Electronii necesari reacției pot fi furnizați de NADP (H) sau NADH prin intermediul altor actori proteici precum feredoxina , citocromul b5 sau NADPH-hemoprotein reductaza , conținând FAD și FMN ca grupe protetice . Pe lângă reacțiile de eliminare a compușilor exogeni, citocromul P450 este implicat în biosinteza colesterolului și în steroidrogeneza hormonilor steroizi .

Citocromul P450 își trage numele de la vârful caracteristic Soret de absorbție maximă la o lungime de undă de 450 nm , când fierul grupului hem este în starea Fe 2+ redusă și legat de monoxid de carbon [3] .

La nivel celular, în eucariote enzimele familiei se găsesc legate în principal de membranele reticulului endoplasmatic neted și de membrana mitocondrială internă prin regiunea N-terminală hidrofobă, în special în fracțiunea microsomală a celulelor hepatice .

Nomenclatură

Enzimele unice care alcătuiesc familia citocromului P450 sunt identificate prin abrevierea comună „CYP” urmată de un număr arab care indică familia (> 40% din omologia secvenței), o literă mare care definește subfamilia (> 55% din omologia secvenței) ) și un al doilea număr arab care specifică gena unică [4] (de exemplu CYP1A1 ). În mod convențional, genele corespunzătoare enzimelor sunt indicate cu același nume, dar cu caractere scrise cu caractere italice; de exemplu, gena CYP2e1 codifică enzima CYP2E1.

Mecanism de reacție

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: sisteme care conțin P450 .

Centrul de reacție catalitică al citocromului P450 este centrul hemo-tiolatului , foarte conservat în toate izoformele cunoscute, conținând o grupă hem în care un atom de fier este legat necovalent de sulful unui reziduu de cisteină . Această cisteină și mai multe reziduuri adiacente sunt foarte conservate în CYP-uri cunoscute și au următoarea secvență consens [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [LIVMFAP ] - [GAD]. [5] Mecanismul de acțiune al citocromului diferă în funcție de tipul reacției catalizate, dar poate fi rezumat schematic în șase etape:

  • legarea substratului la citocromul P450;
  • reducerea atomului de fier al grupului hem cu electroni furnizați de NADH sau NADP (H);
  • legarea oxigenului molecular de citocrom;
  • transferul unui al doilea electron;
  • formarea unei molecule de apă;
  • cataliza reacției specifice.
P450cycle.svg

1: Substratul se leagă de locul activ al enzimei, în vecinătatea grupului hem, pe partea opusă a lanțului peptidic. Substratul legat induce o schimbare a conformației sitului activ, îndepărtând adesea o moleculă de apă din poziția de coordonare axială distală a fierului [6] și schimbând uneori starea fierului hemului de la fundamental la excitat. [7] . Acest lucru determină o schimbare a proprietăților spectrale ale enzimei, cu o creștere a absorbanței la 390 nm și o scădere la 420 nm. Această variație poate fi măsurată prin spectrometrie diferențială și această variație este denumită spectrul de diferență "Tip I". Unele substraturi provoacă o schimbare opusă a proprietăților spectrale, un spectru "anti tip I", cu procese care nu sunt încă foarte clare. Inhibitori și substraturi particulare care leagă direct fierul din grupul hem conduc la un spectru „de tip II”, cu un maxim la 420 nm și un minim la 390 nm. Dacă nu există echivalenți reducători disponibili, acest complex poate rămâne stabil, permițând stabilirea gradului de legătură prin măsurători de absorbanță "in vitro" [8]

Izoforme la om

La om, au fost identificate până acum peste 63 de gene care codifică izoformele citocromului P450, dintre care 57 de gene complete și 5 pseudogene, împărțite în 18 familii și 43 de subfamilii, exprimate în ficat și alte țesuturi, cum ar fi tractul gastro-intestinal, rinichii, plămânii, pielea și sistemul nervos central [9] . Funcțiile îndeplinite de citocromul P450 la om sunt oxidarea și eliminarea substanțelor endogene, cum ar fi bilirubina rezultată din metabolismul hemoglobinei și a substanțelor exogene, precum poluanții și medicamentele, dar includ și reglarea nivelurilor de concentrație a hormonilor steroizi. ., cum ar fi estrogenul și testosteronul , biosinteza colesterolului și metabolismul vitaminei D. O altă funcție îndeplinită de citocromul P450 la nivelul barierei hematoencefalice este autoreglarea vasculară. În marea majoritate a cazurilor, o singură izoformă a citocromului P450 poate prezenta multiple specificități și cataliza oxidarea mai multor substraturi diferite, chiar și cu diferite tipuri de reacții.

Metabolismul medicamentelor

Reprezentarea taurochenodeoxicolatului 6alfa-hidroxilazei sau CYP3A4, enzima cea mai implicată în degradarea medicamentelor

Familia citocromului P450 reprezintă principalul mecanism de detoxifiere a organismului pentru medicamente și este una dintre cauzele care stau la baza variabilității raportului doză / răspuns la diferiți subiecți care iau același medicament [10] . Gama diferită de răspuns poate, de fapt, să derive, pe lângă factori fiziologici precum vârsta, sexul și starea de sănătate a individului, dintr-o rată diferită de metabolizare a ingredientului activ, rezultând la rândul său dintr-un polimorfism genetic în citocrom. P450. O eliminare mai lentă a moleculei farmacologic active poate duce la permanența excesivă a acesteia în organism și, prin urmare, la apariția efectelor secundare datorate supradozajului, în timp ce o activitate excesivă a citocromului crește rata eliminării medicamentelor și poate duce la o scădere a efectul său sau chiar lipsa efectelor clinice. Studiul genetic a condus la identificarea a cel puțin trei clase fenotipice distincte asociate cu polimorfisme genetice din familia citocromului P450, și anume metabolizatori săraci (PM), metabolizatori rapizi (EM) și metabolizatori ultra-rapizi (UR) [11] , identificabili prin teste de fenotipare sau tipare genetică, conform cărora terapia medicamentoasă care trebuie adoptată trebuie calibrată.

Dintre toate izoformele enzimei citocromului P450 identificate până acum, doar o mică porțiune cuprinzând enzimele CYP3A4 , CYP2D6 , CYP2C9 , CYP1A2 și CYP2E1 acționează în metabolismul medicamentului [12] ; printre acestea, cea mai activă izoformă este CYP3A4, care constituie aproximativ 30% din citocromii P450 exprimați în ficat și este responsabil pentru metabolismul a 50% din medicamentele existente în prezent [13] . În faza I a eliminării compușilor xenobiotici de către organism, substraturile reacției sunt reprezentate în principal de molecule lipofile în care atacul oxigenului mărește hidrofilitatea și favorizează acțiunea enzimelor detoxifiante ulterioare și eliminarea în consecință.

Interacțiuni medicamentoase

Multe medicamente pot avea un efect inductiv sau inhibitor asupra activității uneia sau mai multor izoforme ale citocromului P450, iar aceste fenomene stau la baza, în majoritatea cazurilor, a efectelor compromițătoare asupra acțiunii terapeutice și a efectelor toxice care decurg din aport. contemporan cu diferite ingrediente active. Un efect inhibitor datorat interacțiunilor dintre două medicamente apare atunci când ambele sunt substraturi ale aceleiași izoforme ale citocromului P450; în acest caz, medicamentul care are o afinitate de legare mai mică va fi eliminat într-un timp mai lung decât dacă este luat singur, provocând un efect de supradozaj și, prin urmare, apariția unor efecte secundare toxice. În mod similar, un medicament poate fi capabil să inducă, în timp, o creștere a concentrației și activității uneia sau mai multor izoforme ale citocromului P450, scăzând astfel timpul de ședere în corpul medicamentelor care sunt substraturi și, în consecință, acțiunea lor terapeutică. Efectul inductiv apare mai lent decât inhibarea, deoarece acționează la nivelul transcripției genelor și, prin urmare, necesită mai mult timp pentru a deveni evident [14] .

Alte interacțiuni mai frecvente apar între medicamente și alimente care acționează asupra citocromului P450: suc de grapefruit, ceai verde.

P450 la animale

Studiul și caracterizarea biochimică a izoformelor citocromului P450 la animale vizează în principal definirea tipului lor de răspuns metabolic la stresul xenobiotic, astfel încât să poată fi utilizate ca organisme model în studiile de noi medicamente și în ecotoxicologie . Animalele cele mai studiate în acest scop sunt șoareci, șobolani și câini pentru experimente farmacologice și diverse specii de pești de râu și de mare în ceea ce privește aspectul ecotoxicologic. Multe studii au fost efectuate și asupra insectelor, deoarece citocromul P450 este implicat în multe cazuri de rezistență la insecticide .

Utilizați ca biomarker

Specificitatea substratului și caracteristicile de inducibilitate ale citocromelor P450, adică exprimarea lor numai în prezența unui substrat specific, fac enzimele care aparțin acestei familii indicatori buni ai prezenței poluanților xenobiotici în mediu și, prin urmare, permit utilizarea lor ca biomarkeri . Izoformele cele mai utilizate în detectarea poluanților apei sunt cele care aparțin familiei CYP1 în ficatul peștilor [15] , care sunt induse de cele mai frecvente clase de contaminanți, cum ar fi hidrocarburile policiclice aromatice (HAP), hidrocarburile poliaromatice nitrați ( NPAH), bifenili policlorurați (PCB), dioxine (TCDD) și unele pesticide. Utilizarea citocromului P450 ca biomarker are avantajul de a putea reduce limita de concentrație a poluantului detectabil în comparație cu tehnicile analitice tradiționale și, de asemenea, permite obținerea unui răspuns integrat în timpul și spațiul expunerii organismului bioindicator la contaminantul. Deoarece efectul contaminantului poate fi identificat și în doze sub-letale, înainte de apariția daunelor ireparabile organismelor și ecosistemului, variația nivelurilor citocromului P450 poate reprezenta un prim clopot de alarmă pentru necesitatea de remediere a sitului examinat. .

Inducerea citocromului P450 poate fi determinată indirect prin teste de activitate ale altor enzime aparținând sistemului monooxigenază cu funcție mixtă , iar cea mai utilizată în acest scop la pești este 7-etoxiresorufin-O-dietilază (EROD), care catalizează hidroliza etoxiresorufinei la 7-hidroxiorizorufină, un compus a cărui fluorescență este detectabilă prin analiză fluorimetrică spectrofluorimetrică . Metoda de detectare fluorimetrică este acceptată ca standard ISO [16] pentru evaluarea poluării apei de către TCDD, PAH și PCB, dar este de asemenea posibilă detectarea directă a citocromului P450 prin imunoanalize precum ELISA folosind anticorpi specifici pentru izoforma CYP1A [17]. ] .

Notă

  1. ^ Date actualizate până în septembrie 2007, pe site-ul web al Comitetului pentru nomenclatură P450 , pe cypalleles.ki.se . Accesat la 4 octombrie 2008 .
  2. ^ Danielson P, superfamilia citocromului P450: biochimie, evoluție și metabolismul medicamentelor la om , în Curr Drug Metab , vol. 3, nr. 6, 2002, pp. 561-97, DOI : 10.2174 / 1389200023337054 , PMID 12369887 .
  3. ^ Garfinkel D, Studii asupra microsomilor de ficat de porc. Compoziția enzimatică și pigmentară a diferitelor fracții microsomale , în Arch Biochem Biophys , vol. 77, 1958, pp. 493-509, PMID.
  4. ^ Nelson DR, Kamataki T, Waxman DJ, Guengerich FP, Estabrook RW, Feyereisen R, și colab., Superfamilia P450: actualizarea noilor secvențe, cartografierea genelor, numerele de acces, numele triviale timpurii ale enzimelor și nomenclatura , în ADN Cell Biol , voi. 12, 1993, pp. 1-51, PMID.
  5. ^ [1] Model de consens PROSITE pentru P450
  6. ^ Bernard Meunier, Samuël P. de Visser și Sason Shaik, Mecanismul reacțiilor de oxidare catalizate de enzimele citocromului P450 , în Chemical Reviews , vol. 104, nr. 9, 2004, pp. 3947-3980.
  7. ^ Thomas L. Poulos, Barry C. Finzel și Andrew J. Howard, Structura cristalină de înaltă rezoluție a citocromului P450 cam , în Journal of Molecular Biology , vol. 195, nr. 3, 1987, pp. 687-700.
  8. ^ PR Ortiz de Montellano (Ed.), Citocrom P450: structură, mecanism și biochimie, ed. A II-a. , New York, Plenum, 1995.
  9. ^ Philpot RM, Caracterizarea citocromului P450 în țesuturile extrahepatice , în Meth Enzymology , vol. 206, 1991, pp. 623-631, PMID.
  10. ^ Parkinson A, O privire de ansamblu asupra tehnologiei actuale a citocromului P450 pentru evaluarea siguranței și eficacității noilor materiale , în Toxicol Phatol , vol. 24, 1996, pp. 45-57, PMID.
  11. ^ Meyer UA, Pharmacogenetics-the slow, the rapid and the ultrarapid , în Proc Natl Acad Sci SUA , vol. 91, 1994, pp. 1983-1984, PMID.
  12. ^ Gonzalez FJ, Citocromi umani P450: probleme și perspective , în Trends Pharmacol Sci , vol. 13, 1992, pp. 346-352, PMID.
  13. ^ Guengerich FP, citocromul P-450 3A4: reglarea și rolul în metabolismul medicamentelor , în Revista anuală de farmacologie și toxicologie , vol. 39, 1999, pp. 1-17, PMID.
  14. ^ Lin JH, Lu AYH, Inhibarea și inducerea citocromului P450 și implicațiile clinice , în Arch Clin Pharmacokinet , vol. 35, 1998, pp. 361-390, PMID.
  15. ^ D Schlenk, Di Giulio, RT, Răspunsuri biochimice ca indicatori ai sănătății ecosistemelor acvatice , în Adams SM (ed.), Indicatori biologici ai stresului ecosistemului acvatic , Bethesda, AFS, 2002, pp. 14-17.
  16. ^ ISO / TS 23893-2: 2007 Calitatea apei - Măsurători biochimice și fiziologice la pești - Partea 2: Determinarea etoxiresorufin-O-deetilazei (EROD)
  17. ^ Tom M., Myers CR., Waterman MR., Evaluarea nivelului molar de CYP1A la microsomi hepatici ai peștilor prin ELISA competitivă utilizând proteina standard CYP1A recombinantă fără membrană , în Aquat Toxicol , vol. 59, 2002, pp. 101-114, PMID.

Bibliografie

  • Riscurile amestecului de medicamente și suplimente pe bază de plante: Ce trebuie să știe medicii și pacienții, C. Ulbricht su Alternative and Complementary Therapies , 2012
  • Revedeți documentele interacțiunilor potențial dăunătoare dintre plante medicinale, în Jurnalul Internațional de Practică Clinică , decembrie 2012, doi: 10.2165 / 00128415-201214270-00011

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 1547 · LCCN (EN) sh85035233 · BNF (FR) cb12267061x (data)
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Citocromo_P450&oldid=122258082 ”