Citohrom P450

Citohromi P450 (CYP) su natporodica enzima koji sadrže hem kao kofaktor koji funkcioniraju kao monooksigenaze From Wikipedia, the free encyclopedia

Citohrom P450
Remove ads

Citohromi P450 (CYP) su natporodica enzima koji sadrže hem kao kofaktor koji funkcioniraju kao monooksigenaze.[1][2][3] Kod sisara, ovi proteini oksidiraju steroide, masne kiseline i ksenobiotike, a važni su i za klirens različitih spojeva, kao i što se tiče sinteze i raspada hormona. Godine 1963. Estabrook, Cooper i Rosenthal opisali su ulogu CYP kao katalizatora u sintezi steroidnih hormona i metabolizmu lijekova. U biljkama, ovi proteini su važni za biosintezu odbrambenih spojeva, masnih kiselina i hormona.[2]

Kratke činjenice Identifikatori, Simbol ...

CYP enzimi su identificirani u svim carstvima života: životinje, biljke, gljive, protisti, bakterije, i archaea, kao i u virusima.[4] Međutim, oni nisu sveprisutni; naprimjer, nisu pronađeni u Escherichia coli.[3][5] Od 2018., poznato je više od 300.000 različitih CYP proteina.[6][7]

CYP su, općenito, terminalni enzimi oksidaze u lancima transfera elektrona, široko kategorizirani kao sistemi koji sadrže P450. Termin "P450" je izveden iz spektrofotometrijskog vrha na talasnoj dužini apsorpcionog maksimuma enzima (450 nm) kada je nalazi se u redukovanom stanju i u kompleksu sa ugljik-monoksidom. Većina CYP zahtijeva proteinskog partnera da isporuči jedan ili više elektrona, kako bi se smanjilo gvožđe (i na kraju molekulski kisik).

Remove ads

Nomenklatura

Genikoji kodiraju CYP enzime, i sami enzimi, označeni imaju korijenski simbol CYP za natporodicu, nakon čega slijedi broj koji označava porodicu gena, veliko slovo koje označava potporodicu i još jedan broj za pojedinačni gen. Konvencija je da se piše kurzivno ime kada se odnosi na gen. Naprimjer, CYP2E1 je gen koji kodira enzim CYP2E1—jedan od enzima uključenih u metabolizam paracetamola (acetaminofena). Nomenklatura CYP je zvanična konvencija o imenovanju, iako se kao povremeno koristi sinonim CYP450 ili CYP450. Međutim, neki nazivi gena ili enzima za CYP mogu se razlikovati od ove nomenklature, označavajući katalitsku aktivnost i naziv spoja koji se koristi kao supstrat. Primjeri uključuju CYP5A1, tromboksan A2-sintazu, skraćeno TBXAS1 (ThromBoXane A2 Synthase 1), i CYP51A1, lanosterol 14-α-demetilaza, ponekad nezvanično skraćeno LDM, prema njenom supstratu (Lanosterol) i aktivnosti (DeMetilacija).[8]

Sadašnje smjernice za nomenklaturu sugeriraju da članovi novih CYP porodica dijele najmanje 40% aminokiselinskog identiteta, dok članovi potporodica moraju dijeliti najmanje 55% aminokiselinskog identiteta. Nomenklaturne komisije dodjeljuju i prate oba osnovna imena gena (Cytochrome P450 Homepage) i alelna imena (CYP Komitet za alelnu nomenklaturu).[9][10]

Remove ads

Klasifikacija

Thumb
Citohrom 1R9O
Thumb
Citohrom CYPC9
Glavni članak: Sistemi koji sadrže P450

Na osnovu prirode proteina za prijenos elektrona, CYP se mogu klasificirati u nekoliko grupa:[11]

Mikrosomni P450 sistemi
u kojima se elektroni prenose sa nikotinamid adenin dinukleotid-fosfat preko citohrom P450-reduktaze (različito CPR, POR ili CYPOR). Citohrom b5 (cyb5) također može doprinijeti smanjenju snage ovog sistema nakon što je reduciran putem citohrom b5-reduktaze (CYB5R).
Mitohondrijski P450 sistemi
koji koriste adrenodoksin-reduktazu i adrenodoksin za prijenos elektrona sa NADPH na P450.
Bakterijski P450 sistemi
koji koriste feredoksin-reduktazu i feredoksin za prijenos elektrona na P450.
CYB5R/cyb5/P450 sistemi
u kojima oba elektrona potrebna za CYP dolaze iz citohroma b5.
FMN/Fd/P450 sistemi
izvorno pronađeni u vrstama roda Rhodococcus, kod kojih je FMN-domen koji sadrži reduktazu spojen sa CYP.
P450 sami sistemi
koji ne zahtijevaju eksternu redukcijsku snagu. Značajne su tromboksan-sintaza (CYP5), prostaciklin-sintaza (CYP8) i CYP74A (alen-oksid sintaza).

Najčešća reakcija koju kataliziraju citohromi P450 je reakcija monooksigenaze, npr. umetanje jednog atoma kisika u alifatski položaj organskog supstrata (RH), dok se drugi atom kisika reducira u vodu: <centar> RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+

Mnoge reakcije hidroksilacija (ubacivanje hidroksil grupa) koriste CYP enzime.

Remove ads

Mehanizam

Thumb
"Fe(V) intermedijer" u donjem lijevom uglu je pojednostavljenje: to je Fe(IV) sa radikalnim hem ligandom.

Struktura

Aktivno mjesto citohroma P450 sadrži centar hemskog gvožđa. Gvožđe je vezano za protein preko cistein tiolatskog liganda. Ovaj cistein i nekoliko pratećih ostataka su visoko konzervirani u poznatim CYP-ima i imaju formalni PROSITE obrazac konsenzusa potpisa [FW] - [SGNH] – x – [GD] – {F} – [RKHPT] – {P} – C – [LIVMFAP] – [GAD].[12] Zbog velike raznolikosti reakcija koje kataliziraju CYP, aktivnosti i svojstva mnogih CYP se razlikuju u mnogim aspektima.[13] Općenito, katalitski ciklus P450 odvija se na sljedeći način:

Katalitski ciklus

  1. Supstrat se vezuje u blizini grupe hema, na strani suprotnoj od aksijalnog tiolata. Vezivanje supstrata izaziva promjenu u konformaciji aktivnog mjesta, često istiskujući molekulu vode iz distalnog aksijalnog koordinacionog položaja hemskog gvožđa,[14] i promjenu stanja hemskog gvožđa sa niskog na visoko-spinovano.[15]
  2. Vezivanje supstrata inducira prijenos elektrona iz NAD(P)H preko citohrom P450-reduktaze ili druge povezane reduktaze.[16]
  3. Molekulski kisik se vezuje za rezultujući centar hemskog gvožđa na distalnoj aksijalnoj koordinacionoj poziciji, u početku dajući dioksigenski adukt sličan oksi-mioglobinu.
  4. Drugi elektron se prenosi, bilo iz citohrom P450-reduktaze, feredoksina ili citohroma b5, smanjujući Fe-O2 adukta da bi se dobilo kratkotrajno perokso stanje.
  5. Perokso grupa formirana u 4. koraku brzo se protonira dvaput, oslobađajući jednu molekulu vode i formirajući visoko reaktivnu vrstu koja se naziva P450 Spoj 1 (ili samo spoj I). Ovaj visoko reaktivni intermedijer izolovan je 2010.[17] P450 spoj 1 je gvožđe(IV) okso (ili feril) vrsta sa dodatnim oksidacionim ekvivalentom delokalizovano preko porfirinskog i tiolatnog liganda. Dokazi za alternativni perferil gvožđe(V)-okso[14] nedostaju.[17]
  6. Ovisno o uključenom supstratu i enzimu, enzimi P450 mogu katalizirati bilo koju od širokog spektra reakcija. Na ovoj ilustraciji prikazana je hipotetSka hidroksilacija. Nakon što se proizvod oslobodi sa aktivnog mjesta, enzim se vraća u prvobitno stanje, a molekula vode se vraća i zauzima distalnu koordinacijsku poziciju gvožđevog jezgra.
Thumb
Mehanizam povratka kisika koji koristi citohrom P450 za pretvaranje ugljikovodika u alkohole, delovanjem "spoja I", gvožđe(IV) oksida vezanog za kation hemskog radikala.
  1. Alternativni put za monooksigenaciju je preko "peroksidnog šanta" (put "S" na slici). Ovaj put podrazumijeva oksidaciju kompleksa gvožđe-supstrat donorima atoma kisika kao što su peroksidi i hipohloriti.[18] Hipotetski peroksid "XOOH" je prikazan na dijagramu.

Spektroskopija

Vezivanje supstrata se ogleda u spektarskim svojstvima enzima, sa povećanjem apsorbancije na 390 nm i smanjenjem na 420 nm. Ovo se može izmjeriti spektroskopijom razlike i naziva se spektrom razlike "tip I" (pogledajte umetnuti grafikon na slici). Neki supstrati uzrokuju suprotnu promjenu spektarskih svojstava, "obrnuti tip I" spektra, procesima koji su još uvijek nejasni. Inhibitori i određeni supstrati koji se direktno vezuju za hemsko gvožđe dovode do spektra razlike tipa II, sa maksimumom na 430 nm i minimumom na 390 nm (pogledajte umetnuti grafikon na slici). Ako nema dostupnih redukcijskih ekvivalenata, ovaj kompleks može ostati stabilan, omogućavajući određivanje stepena vezivanja iz mjerenja apsorpcije in vitro[18] C: Ako se ugljik-monoksid (CO) veže na reducirani P450, katalitski ciklus se prekida. Ova reakcija daje klasični spektar razlike CO s maksimumom na 450 nm. Međutim, prekidni i inhibitorni efekti CO variraju u zavisnosti od različitih CYP tako da je porodica CYP3A relativno manje pogođena.[19]

Remove ads

P450 kod ljudi

Ljudski CYP su prvenstveno proteini povezani sa membranom [20] koji se nalaze ili u unutrašnjoj membrani mitohondrija ili u endoplazmatskom retikulumu ćelija. CYP metaboliziraju hiljade endogenih i egzogenih hemikalija. Neki CYP metaboliziraju samo jedan (ili vrlo malo) supstrata, kao što je CYP19 (aromataza), dok drugi mogu metabolisati više supstrata. Obje ove karakteristike objašnjavaju njihov centralni značaj u medicini. Enzimi citohroma P450 prisutni su u većini tkiva u tijelu i imaju važnu ulogu u sintezi i razgradnji hormona (uključujući sintezu estrogena i testosterona i metabolizam), sintezi holesterola, i metabolizam vitamina D. Enzimi citohroma P450 također funkcioniraju za metabolizam potencijalno toksičnih spojeva, uključujući lijekove i proizvode endogenog metabolizma kao što je bilirubin, uglavnom u jetri.

Projekt ljudskog genoma identifikovao je 57 ljudskih gena koji kodiraju različite enzime citohroma P450.[21]

Metabolizam lijekova

Thumb
Udio antigljivičnih lijekova metaboliziranih u različitim porodicama CYP-a.[22]
Također pogledajte: Metabolizam lijekova

CYP su glavni enzimi uključeni u metabolizam lijekova, koji čine oko 75% ukupnog metabolizma.[23] Većina lijekova se deaktivira pomoću CYP-a, bilo direktno ili olakšanim izlučivanjem iz tijela. Također, mnoge tvari se bioaktiviraju pomoću CYP-a, kako bi se formirali njihovi aktivni spojevi kao što su antitrombocitni lijek klopidogrel i opijat kodein.

Interakcija lijekova

Mnogi lijekovi mogu povećati ili smanjiti aktivnost različitih CYP izozima bilo indukcijom biosinteze izoenzima (indukcija enzima) ili direktnim inhibiranjem aktivnosti CYP (inhibicija enzima). Klasičan primjer uključuje antiepileptike, kao što je fenitoin, koji indukuje CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 i CYP3A4.

Efekti na aktivnost CYP izozima su glavni izvor štetnih interakcija lijekova, budući da promjene u aktivnosti enzima CYP mogu uticati na metabolizam i klirens različitih lijekova. Naprimjer, ako jedan lijek inhibira CYP-posredovan metabolizam drugog lijeka, drugi lijek se može akumulirati u tijelu do toksičnih nivoa. Stoga, ove interakcije lijekova mogu zahtijevati prilagođavanje doze ili odabir lijekova koji nemaju interakciju sa CYP sistemom. Takve interakcije lijekova posebno je važno uzeti u obzir kada se koriste lijekovi od vitalnog značaja za pacijenta, lijekovi sa značajnim nuspojavama ili lijekovi sa uskim terapijskim indeksom, ali svaki lijek može biti podložan do promijenjene koncentracije u plazmi zbog promijenjenog metabolizma lijeka.

Mnogi supstrati za CYP3A4 su lijekovi sa uskim terapeutskim indeksom, kao što je amiodaron[24] ili karbamazepin.[25] Budući da se ovi lijekovi metaboliziraju pomoću CYP3A4, srednji nivoi u plazmi ovih lijekova mogu se povećati zbog inhibicije enzima ili smanjiti zbog indukcije enzima.

Interakcija drugih supstanci

Prirodni spojevi mogu također inducirati ili inhibirati aktivnost CYP. Naprimjer, bioaktivni spoevi pronađeni u soku grejpfruta i nekim drugim voćnim sokovima, uključujući bergamotin, dihidroksibergamotin i paradicin-A, bili su otkriveni da inhibiraju metabolizam određenih lijekova, posredovan CYP3A4, što dovodi do povećane bioraspoloživosti, a time i velike mogućnosti za predoziranje.[26] Zbog ovog rizika, obično se savjetuje potpuno izbjegavanje soka od grejpfruta i svježih grejpfruta dok se uzimaju lijekovi.[27]

Ostali primjeri
  • Kantarion, uobičajeni biljni lijek inducira CYP3A4, ali također inhibira CYP1A1, CYP1B1.[28][29]
  • Pušenje inducira CYP1A2 (primjeri supstrata CYP1A2 su klozapin, olanzapin i fluvoksamin)[30]
  • U relativno visokim koncentracijama, pokazalo se da sok zvjezdanog voća inhibira CYP2A6 i druge CYP.[31] Potočar je također poznati inhibitor citohroma P450 CYP2E1, što može dovesti do izmijenjenog metabolizma lijekova kod osoba koje uzimaju određene lijekove (npr. hlorzoksazon).[32]
  • Utvrđeno je da tributiltin inhibira funkciju citohroma P450, što dovodi do maskulinizacije mehkušaca.[33]
  • Zlatni pečat (žutika), sa svoja dva značajna alkaloida, berberin i hidrastin, pokazalo se da mijenja enzimske aktivnosti P450-markera (uključujući CYP2C9, CYP2D6 i CYP3A4).[34]

Ostale specifične funkcije CYP

Steroidni hormoni

Thumb
Steroidogeneza pokazuje mnoge aktivnosti enzima koje izvode enzimi citohroma P450.[35] HSD = hidroksisteroid-dehidrogenaza.

Podskup enzima citokroma P450 ima važnu ulogu u sintezi steroidnih hormona (steroidogeneza) od strane nadbubrežnih žlijezda, gonada i perifernog tkiva:

Polinezasićene masne kiseline i eikozanoidi

Određeni enzimi citokroma P450 su kritični u metabolizmu polinezasićenih masnih kiselina (PUFA) u biološki aktivne, međućelijske ćelijskosignalizacijske molekule (eikozanoid) i/ili metaboliziraju biološki aktivne metabolite PUFA u manje aktivnih ili neaktivnih proizvoda. Ovi CYP poseduju aktivnost enzima citokrom P450 omega-hidroksilaza i/ili epoksigenaze.

  • CYP1A1, CYP1A2 i CYP2E1 metaboliziraju endogene PUFA do signalnih molekula: metaboliziraju arahidonsku kiselinu (tj. AA) u 19-hidroksieikozatetraensku kiselinu (tj., vidi 19-HETE; 20-hidroksieikozatetraensku kiselinu); eikozapentaenska kiselina (tj. EPA) do epoksieikozatetraenske (tj. EEQ) i dokozaheksaenske kiseline (tj. DHA) do epoksidozapentaenska kiselina (tj. EDP).
  • CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, i CYP2J2 metaboliziraju endogene PUFA do signalnih molekula: metaboliziraju AA u epoksieikozatetraensku kiselinu (tj. EET); EPA do EEQ; i DHA u EDP.
  • CYP2S1 metaboliše PUFA u signalne molekule: metaboliše AA u EET i EPA u EEQ.
  • CYP3A4 metaboliše AA u EET signalne molekule.
  • CYP4A11 metaboliše endogene PUFA u signalne molekule: metaboliše AA u 20-HETE i EET; takođe hidroksilira DHA u 22-hidroksi-DHA (tj. 12-HDHA).
  • CYP4F2, CYP4F3A i CYP4F3B (vidi CYP4F3 za posljednja dva CYP) metaboliziraju PUFA do signalnih molekula: metaboliziraju AA u 20-HETE. Također metaboliziraju EPA u 19-hidroksieikozapentaensku kiselinu (19-HEPE) i 20-hidroksieikozapentaensku kiselinu (20-HEPE), kao i metaboliziraju DHA u 22-HDA. Oni također inaktiviraju ili smanjuju aktivnost signalnih molekula: metaboliziraju leukotrien B4 (LTB4) u 20-hidroksi-LTB4, 5-hidroksieikozatetraensku kiselinu (5-HETE) u 5,20-diHETE, 5-okso-eikozatetraensku kiselin (5-okso-ETE) do 5-okso,20-hidroksi-ETE, 12-hidroksieikozatetraensku kiselinu (12-HETE) do 12,20-diHETE, EETs do 20 -hidroksi-EETs i lipoksine do 20-hidroksi proizvoda.
  • CYP4F8 i CYP4F12 metaboliziraju PUFA do signalnih molekula: metaboliziraju EPA u EEQ i DHA u EDP. Oni također metaboliziraju AA u 18-hidroksieikozatetraensku kiselinu (18-HETE) i 19-HETE.
  • CYP4F11 inaktivira ili smanjuje aktivnost signalnih molekula: metabolizira LTB4 u 20-hidroksi-LTB4, (5-HETE) u 5,20-diHETE, (5-okso-ETE) u 5-okso,20 -hidroksi-ETE, (12-HETE) do 12,20-diHETE, EETs do 20-hidroksi-EETs, i lipoksins do 20-hidroksi proizvoda.
  • CYP4F22 ω-hidroksilira ekstremno duge "masne kiseline veoma dugog lanca", tj. masne kiseline koje imaju 28 ili više ugljenika. ω-hidroksilacija ovih posebnih masnih kiselina je kritična za stvaranje i održavanje funkcije vodene barijere kože; autosomno recesivne inaktivirajuće mutacije CYP4F22 povezane su sa lamelstom ihtiozom podtipom kongenitalnog ihtioziformnog eritrodema kod ljudi.[36]

CYP porodice kod ljudi

Ljudi imaju 57 gena i više od 59 pseudogena podijeljenih između 18 porodica gena citohroma P450 i 43 potporodice.[37] Slijedi sažetak gena i proteina koje oni kodiraju. Za detaljne informacije, pogledajte početnu stranicu Komiteta za nomenklaturu citohroma P450.[21]

PorodicaFunkcijaČlanoviGeniPseudogeni
CYP1Metabolizam lijekova i steroida (posebno estrogena), benzo[a]piren toksikacija (formiranje (+)-benzo[a]piren-7,8-dihidrodiol-9,10-epoksid)3 potporodice, 3 gena, jedan pseudogenCYP1A1, CYP1A2, CYP1B1CYP1D1P
CYP2Metabolizam lijekova i steroida13 potporodica, 16 gena, 16 pseudogenaCYP2A6, CYP2A7, CYP2A13, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP2F1, CYP2J2, CYP2R1, CYP2S1, CYP2U1, CYP2W1Previše ih je nabrojati
CYP3Metabolizam lijekova i steroida (uključujući testosteron)Jedna potporodica, 4 gena, 4 pseudogenaCYP3A4, CYP3A5, CYP3A7, CYP3A43CYP3A51P, CYP3A52P, CYP3A54P, CYP3A137P
CYP4Arahidonska kiselina ili metabolizam masnih kiselinaŠest potporodica, 12 gena, 10 pseudogenaCYP4A11, CYP4A22, CYP4B1, CYP4F2, CYP4F3, CYP4F8, CYP4F11, CYP4F12, CYP4F22, CYP4V2, CYP4X1, CYP4Z1Previše ih je nabrojati
CYP5tromboksan A2 sintazaJedna potporodica, jedan genCYP5A1
CYP7Žučna kiselina biosinteza 7-alfa hidroksilaze steroidnog jezgraDvije potporodice, dva genaCYP7A1, CYP7B1
CYP8RaznovrsnoDvije potporodice, dva genaCYP8A1 (prostaciklin-sintaza), CYP8B1 (biosinteza žučne kiseline)
CYP11Biosinteza steroidaDvije potporodice, tri genaCYP11A1, CYP11B1, CYP11B2
CYP17Biosinteza steroida, 17-alfa hidroksilazaJedna potporodica, jedan genCYP17A1
CYP19Biosinteza steroida: aromataza sintetizira estrogenJedna potporodica, jedan genCYP19A1
CYP20Nepoznata funkcijaJedna potporodica, jedan genCYP20A1
CYP21 Biosinteza steroidaJeddna potporodica, jedan gen, jedan pseudogenCYP21A2CYP21A1P
CYP24Degradacija vitamina DJedna potporodica, jedan genCYP24A1
CYP26Rwtinojskokiselinska hidroksilazaTri potporodice, tri genaCYP26A1, CYP26B1, CYP26C1
CYP27RaznovrsnoTri potporodice, tri genaCYP27A1 (biosinteza žučne kiseline), CYP27B1 (vitamin D3 1-alfa hidroksilaza, aktivira vitamin D3), CYP27C1 (nepoznata funkcija)
CYP397-Alfa hidroksilacija 24-hidroksiholesterolaJedna potporodica, jedan genCYP39A1
CYP46Holesterolska 24-hidroksilazaJedna potporodicaa, jedan gen, jedan pseudogenCYP46A1CYP46A4P
CYP51Biosinteza holesterolaJedna potporodicaa, jedan gen, tri pseudogenaCYP51A1 (lanosterol 14-alfa demetilaza)CYP51P1, CYP51P2, CYP51P3
Remove ads

P450 u ostalim vrstama

Životinje

Životinje često imaju više CYP gena nego ljudi. Prijavljeni brojevi kreću se od 35 gena u spužvi Amphimedon queenslandica do 235 gena u glavonožcu Branchiostoma floridae.[38] Miševi imaju gene za 101 CYP, a morski ježevi imaju čak i više (možda čak i 120 gena).[39] Pretpostavlja se da većina enzima CYP ima aktivnost monooksigenaza, kao što je slučaj s većinom CYP-ova sisara koji su ispitivani (osim, npr. CYP19 i CYP5). Gensko i genomsko sekvenciranje daleko nadmašuje biohemijsku karakterizaciju enzimske funkcije, iako su pronađeni mnogi geni s bliskom homologijom CYP-ima s poznatom funkcijom, što daje naznake njihove funkcionalnosti.

Klase CYP-a koje se najčešće istražuju kod životinja a koje nisu ljudi su one koje su uključene u razvoj (npr. metabolizam retinoinsk kiseline ili hormona ili uključene u metabolizam toksičnih spojeva (kao što su heterociklički amini ili poliaromatski ugljikovodici). Često postoje razlike u regulaciji gena ili enzimskoj funkciji CYP-a u srodnih životinja koje objašnjavaju uočene razlike u osjetljivosti na toksične spojeve (npr. nesposobnost pasa da metaboliziraju ksantine kao što je kofein). Neki lijekovi se metaboliziraju kod obje vrste putem različitih enzima, što rezultira različitim metabolitima, dok se drugi lijekovi metaboliziraju kod jedne vrste, ali se izlučuju nepromijenjeni kod druge. Iz tog razloga, reakcija jedne vrste na tvar nije pouzdan pokazatelj učinaka tvari na ljude. Vrsta sonorska pustunjska Drosophila koja koristi pojačanu ekspresiju CYP28A1 gena za detoksikaciju truhleži kaktusa je Drosophila mettleri. Mušice ove vrste prilagodile su pojačanu regulaciju ovog gena zbog izloženosti visokim razinama alkaloida u biljkama domaćinima.

CYP su opsežno ispitani kod miševa, pacova, pasa, a manje kod zebrica, kako bi se olakšala upotreba ovih modelnih organizama u otkrivanju lijekova i toksikologiji. Nedavno su CYP također otkriveni kod ptičjih vrsta, posebno purana, što bi se moglo pokazati korisnim modelom za istraživanje raka kod ljudi.[40] Utvrđeno je da su CYP1A5 i CYP3A37 u purana vrlo slični ljudskim CYP1A2, odnosno CYP3A4 u smislu njihovih kinetičkih svojstava kao i u metabolizmu aflatoksina B1.[41]

CYP su također intenzivno proučavani kod insekata, često kako bi se razumjela otpornost na pesticide. Naprimjer, CYP6G1 povezan je s otpornošću na insekticide u DDT-rezistentnoj Drosophila melanogaster[42] a CYP6M2 u vektoru malarijskog komarca Anopheles gambiae sposoban je izravno metabolizirati piretroide.[43]

Mikrobi

Mikrobni citohromi P450 često su topljivi enzimi i uključeni su u različite metaboličke procese. U bakterijama je distribucija P450 vrlo promjenjiva s mnogim bakterijama koje nemaju identificirane P450 (npr. E. coli). Neke bakterije, uglavnom aktinomicete, imaju brojne P450 (npr.[44][45]). Ovi koji su do sada identificirani općenito su uključeni ili u biotransformaciju ksenobiotskih spojeva (npr. CYP105A1 iz Streptomyces griseolus metabolizira sulfonilurejin herbicid u manje toksične derivate,[46]) ili su dio specijaliziranih biosintetskih puteva metabolita (npr. CYP170B1 katalizira proizvodnju seskviterpenoida albaflavenona u Streptomyces albus[47]). Iako se još nije pokazalo da je P450 neophodan u mikrobu, porodica CYP105 visoko je konzervirana s predstavnikom u svakom genomu streptomiceta koji je dosad sekvenciran.[48] Zbog topivosti bakterijskih enzima P450, općenito se smatra da je s njima lakše raditi nego s pretežno membranski vezanim eukariotskim P450. Ovo, u kombinaciji s izvanrednom hemijom koju kataliziraju, dovelo je do mnogih studija koje su koristile heterologno eksprimirane proteine in vitro. Malo je studija istraživalo što P450-ove radi in vivo, koji su prirodni supstrati i kako P450 doprinose preživljavanju bakterija u prirodnom okruženju. Ovdje su navedena tri primjera koji su značajno pridonijeli strukturnim i mehaničkim studijama, ali mnogo različitih obitelji postoje.

  • Citohrom P450 cam (CYP101A1) izvorno iz Pseudomonas putida korišten je kao model za mnoge citohrome P450 i bio je prva trodimenzijska proteinska struktura citohroma P450 riješena rendgenskom kristalografijom. Ovaj enzim dio je katalitskog ciklusa hidroksilacije kamfora koji se sastoji od dva koraka prijenosa elektrona iz putidaredoksina, proteinskog kofaktora koji sadrži klaster 2Fe-2S.
  • Citohrom P450 eryF (CYP107A1) porijeklom iz bakterije aktinomicete Saccharopolyspora erythraea odgovoran je za biosintezu antibiotika eritromicina C6-hidroksilacijom makrolida 6-dezoksieritronolida B.
  • Citohrom P450 BM3 (CYP102A1) iz bakterije tla Bacillus megaterium katalizira NADPH-ovisnu hidroksilaciju nekoliko dugolančanih masnih kiselina na ω–1 do ω – 3 pozicije. Za razliku od gotovo svakog drugog poznatog CYP (osim CYP505A1, citohroma P450 foxy), on predstavlja prirodni fuzijski protein između CYP domena i kofaktora doniranja elektrona. Stoga je BM3 potencijalno vrlo koristan u biotehnološkim primjenama.[49][50]
  • Citohrom P450 119 (CYP119A1) izoliran iz termofilne arheje Sulfolobus solfataricus [51] has been used in a variety of mechanistic studies.[17] Budući da su termofilni enzimi evoluirali da funkcioniraju na visokim temperaturama, imaju tendenciju da funkcionišu sporije na sobnoj temperaturi (ako uopće) i stoga su odlični mehanički modeli.

Gljive

Obično korišteni antgljivični lijekovi iz klase 2C triazol.2C i tiazolni deluju inhibicijom gljivične citohrom P450 14α-demetilaze. Ovo prekida konverziju lanosterola u ergosterol, komponentu gljivične ćelijske membrane. (Ovo je korisno samo zato što ljudski P450 ima drugačiju osjetljivost; ovako funkcionira ova klasa fungicida).[52]

U toku su značajna istraživanja gljivičnih P450, jer su brojne gljive patogene za ljude (kao što su Candida kvasac i Aspergillus) i do biljaka.

Cunninghamella elegans je kandidat za upotrebu kao modela za metabolizam lijekova kod sisara.

Biljke

Citohromi P450 su uključeni u različite procese rasta, razvoja i odbrane biljaka. Procjenjuje se da geni CYP P450 čine otprilike 1% biljnog genoma.[53][54] Ovi enzimi dovode do konjugata različitih masnih kiselina, biljnih hormona, sekundarnih metabolita, lignina i raznih odbrambenih spojeva.[55]

Citohrom P450 ima važnu ulogu u odbrani biljaka – uključenje u biosintezu fitoaleksina, metabolizam hormona i biosintezu različitih sekundarnih metabolita.[56] Ekspresija gena citohroma p450 regulirana je kao odgovor na stresove okoline što ukazuje na ključnu ulogu u odbrambenim mehanizmima biljaka.[57]

Pokazalo se da su fitoaleksini važni u odbrambenim mehanizmima biljaka jer su antimikrobni sojevi koje biljke proizvode kao odgovor na biljne patogene. Fitoaleksini nisu specifični za patogene, već su specifični za biljke; svaka biljka ima svoj jedinstveni set fitoaleksina. Međutim, oni i dalje mogu napadati širok spektar različitih patogena. Arabidopsis je biljka blisko povezana sa kupusom i senfom i proizvodi fitoaleksin kamaleksin. Kamaleksin potiče od triptofana i njegova biosinteza uključuje pet enzima citohroma P450. Pet enzima citokroma P450 uključuju CYP79B2, CYP79B3, CYP71A12, CYP71A13 i CYP71B15. Prvi korak biosinteze kamaleksina proizvodi indol-3-acetaldoksim (IAOx) iz triptofana i katalizira ga CYP79B2 ili CYP79B3. IAOx se zatim odmah pretvara u indol-3-acetonitril (IAN) i kontrolira ga ili CYP71A13 ili njegov homolog CYP71A12. Posljednja dva koraka puta biosinteze kamaleksina katalizira CYP71B15. U ovim koracima, indol-3-karboksilna kiselina (DHCA) formira se iz cistein-indol-3-acetonitrila (Cys(IAN), nakon čega slijedi biosinteza kamaleksina. Postoje neki međukoraci unutar puta koji ostaju nejasni, ali se dobro razumije da je citohrom P450 ključan u biosintezi kamaleksina i da ovaj fitoaleksin ima glavnu ulogu u odbrambenim mehanizmima biljaka.[58]

Citohrom P450 je u velikoj mjeri odgovoran za sintezu jasmonske kiseline (JA), uobičajene hormonske odbrane od abiotskih i biotskih stresova za biljne ćelije. Naprimjer, P450, CYP74A uključen je u reakciju dehidracije za proizvodnju nezasićeng alen-oksida iz hidroperoksida.[59] JA hemijske reakcije su kritične u prisustvu biotskih stresova koji mogu biti uzrokovani ranjavanjem biljaka, posebno prikazano u biljci Arabidopsis. Kao prohormon, jasmonska kiselina mora biti pretvorena u konjugat JA-izoleucina (JA-Ile) JAR1 katalizacijom da bi se smatrala aktiviranom. Zatim, JA-Ile sinteza dovodi do sklapanja koreceptorskog kompleksa sastavljenog od COI1 i nekoliko JAZ proteina. U uslovima niske JA-Ile, JAZ proteinske komponente djeluju kao transkripcijski represori za suzbijanje nizvodnih JA gena. Međutim, pod adekvatnim JA-Ile uslovima, JAZ proteini su ubikvitinirani i podvrgnuti degradaciji kroz 26S proteazom, što rezultira funkcionalnim efektima nizvodno. Nadalje, nekoliko CYP94 (CYP94C1 i CYP94B3) povezano je sa prometom JA-Ile i pokazuje da JA-Ile oksidacijski status utiče na signalizaciju biljaka na katabolitski način.[53] Izvanredna reaktivnost i promiskuitet supstrata P450 dugo su privlačili pažnju hemičara.[60] Nedavni napredak ka ostvarivanju potencijala upotrebe P450 za teške oksidacije uključivao je: (1) eliminaciju potrebe za prirodnim kofaktorima zamjenom ih jeftinim molekulama koji sadrže peroksid,[61](2) istraživanje kompatibilnosti P450 sa organskim rastvaračima,[62] i (3) korištenje malih, nehiralnih pomoćnih sredstava za predvidljivo usmjeravanje oksidacije P450.

Remove ads

InterPro potporodice

InterPro potporodice:

Klozapin, imipramin, paracetamol, fenacetin Heterociklički aril amini Inducibilan i CYP1A2 5-10% deficit oksidiraju uroporfirinogen u uroporfirin (CYP1A2) u metabolizmu hema, ali mogu imati dodatne neotkrivene endogene supstrate. mogu se inducirati nekim policikličkim ugljikovocima, od kojih se neki nalaze u dimu cigareta i ugljenisanoj hrani.

Ovi enzimi su od interesa, jer u testovima mogu aktivirati spojevima na karcinogene. Visoki nivoi CYP1A2 povezani su s povećanim rizikom od raka debelog crijeva. Budući da se enzim 1A2 može inducirati pušenjem cigareta, to povezuje pušenje s rakom debelog crijeva.[63]

Remove ads

Također pogledajte

  • Steroidogeni enzim
  • Nedostatak oksidoreduktaze citokroma P450
  • Porodica CYP11
  • Citohrom c

Reference

Dopunska literatura

Vanjski linkovi

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads
Remove ads