| Citocromo P450 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Citocromo P450 oxidase (CYP2C9) | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | p450 | ||||||||
| Pfam | PF00067 | ||||||||
| InterPro | IPR001128 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00081 | ||||||||
| SCOPe | 2cpp /SUPFAM | ||||||||
| OPM superfamily | 41 | ||||||||
| OPM protein | 2bdm | ||||||||
| |||||||||
Ocitocromo P450 é unha superfamilia deencimas monooxixenases (oficialmente abreviadas comoCYP) constituída por un grupo grande e diverso de encimas que catalizan aoxidación decompostos orgánicos. Ossubstratos dos encimas CYP son intermediatosmetabólicos comolípidos ehormonasesteroides, ou substanciasxenobióticas como fármacos e compostos químicos tóxicos. As CYPs son os principais encimas implicados nometabolismo de fármacos e a bioactivación, e realizan un 75% do total de reaccións metabólicas de degradación e modificación de drogas.[1] Aínda que se chamen citocromos, non intervén nas transferencias de electróns dacadea respiratoria da membrana mitocondrial interna como outroscitocromos, senón que as súas transferencias de electróns teñen funcións catalíticas.
A reacción máis común catalizada polos citocromos P450 é a reacciónmonooxixenase; por exemplo, a inserción dun átomo deoxíxeno na posición alifática dun substrato orgánico (RH) mentres que o outro átomo de oxíxeno éreducido aauga:
RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+
Os citocromos P450 (CYPs) pertencen a unhasuperfamilia de proteínas que conteñen ocofactorhemo, polo que sonhemoproteínas. As CYPs usan como substratos diversas moléculas pequenas e grandes en reaccións encimáticas. Son en xeral os encimas oxidases terminais en cadeas de reaccións de transferencia de electróns, xeralmente denominadassistemas que conteñen P450. O termoP450 deriva do picoespectrofotométrico do máximo de absorción de luz do encima, que ten unhalonxitude de onda de 450 nm cando está en estado reducido e en complexo comonóxido de carbono (CO).
Os encimas CYP foron identificados en todos osdominios da vida:animais,plantas,fungos,protistas,bacterias,arqueas, e mesmo envirus.[2] Porén, estes encimas non se atoparon nalgunhas bacterias comoEscherichia coli.[3][4] Coñécense máis de 18.000 proteínas CYP distintas.[5]
A maioría das CYPs necesitan unha proteína compañeira para ceder un ou máis electróns para reducir o ferro (e finalmente ooxíxeno molecular). Baseándose na natureza da transferencia de electróns as proteínas CYPs poden ser clasificadas en varios grupos, que son:[6]
Osxenes que codifican os encimas CYP e os propios encimas, desígnanse coa abreviaturaCYP, seguida dun número que indica afamilia xénica, unha letra maiúscula que indica a subfamilia, e un número para o xene concreto. A convención é poñer en cursivas o nome cando se trata do xene e sen cursivas cando se trata do encima. Por exemplo,CYP2E1 é o xene que codifica o encimaCYP2E1 (un dos encimas implicados no metabolismo doparacetamol). A nomenclaturaCYP é a convención oficial para nomealos, aínda que ocasionalmente (e non moi correctamente) poden verse nomes comoCYP450 ouCYP450. Porén, algúns nomes de xenes ou encimas CYPs poden non seguir esta nomenclatura, para indicar a actividade catalítica e o nome do composto usado comosubstrato. Exemplos son:CYP5A1,tromboxano A2 sintase, abreviada comoTBXAS1 (TromBoXanoA2Sintase1), eCYP51A1, lanosterol 14-α-desmetilase, ás veces abreviada de forma non oficial como LDM segundo o seu substrato (Lanosterol) e actividade (DesMetilación).[8]
As directrices da nomenclatura actual sinalan que os membros das familias de CYPs comparten >40% de identidade na secuencia de aminoácidos, mentres que os membros das subfamilias deben compartir >55% de identidade de aminoácidos. Hai comités de nomenclatura que asignan os nomes dos xenes base (Páxina do citocromo P450Arquivado 27 de xuño de 2010 enWayback Machine.) e dosalelos (Comité de Nomenclatura dos Alelos CYPArquivado 08 de febreiro de 2009 enWayback Machine.).
Ositio activo do citocromo P450 contén un centrohemo con ferro. O ferro está ligado á proteína P450 por un enlacetiolato derivado dun residuo decisteína. Esta cisteína e varios residuos que a flanquean están moi conservados en todos os CYPs coñecidos e teñen o patrón de consenso de sinaturaPROSITE [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} -C - [LIVMFAP] - [GAD].[9] Debido á gran variedade de reaccións que catalizan os CYPs, as actividades e propiedades de moitos CYPs difiren en moitos aspectos. En xeral, o ciclo catalítico do P450 é o seguinte:
S (da figura): Unha ruta alternativa para a monooxixenación é por medio da "derivación peróxido": A interacción con doantes dun só átomo de oxíxeno como osperóxidos ehipocloritos pode levar directamente á formación do intermediario fero-oxo, permitindo que o ciclo catalítico se complete sen pasar polos pasos 2, 3, 4, e 5.[12] No diagrama móstrase un hipotético peróxido "XOOH".
C (da figura): Se omonóxido de carbono (CO) se une ao P450 reducido, o ciclo catalítico interrómpese. Esta reacción produce o clásico espectro de diferenza de CO cun máximo a 450 nm.
Os CYPs humanos son principalmente proteínas asociadas a membranas[15] localizadas na membrana mitocondrial interna ou nas membranas doretículo endoplasmático. Os CYPs metabolizan miles de compostos químicos endóxenos e exóxenos. Algúns CYPs metabolizan só un (ou moi poucos) substratos, como é o caso deCYP19 (aromatase), mentres que outros poden metabolizar moitos substratos. Destas dúas características depende a súa importancia central en medicina. Os encimas citocromos P450 están presentes na maioría dos tecidos do corpo, e xogan importantes papeis na síntese dehormonas e a súa degradación (incluíndo a síntese emetabolismo deestróxenos etestosterona), síntese docolesterol, e metabolismo davitamina D. Os encimas citocromos P450 tamén funcionan metabolizando compostos potencialmente tóxicos, comofármacos e produtos do metabolismo endóxeno como abilirrubina, principalmente nofígado.
OProxecto Xenoma Humano identificou 57xenes humanos que codifican varios encimas citocromos P450.[16]
Os CYPs son os principais encimas implicados nometabolismo de fármacos (drogas, xenobióticos), que comprende o 75% do total do metabolismo de degradación e modificación de drogas.[1] A maioría dos fármacos son desactivados polos CYPs, quer de forma directa quer porexcreción facilitada do corpo. Tamén, moitas substancias sonbioactivadas polos CYPs para formaren os seus compostos activos.
Moitas drogas poden aumentar ou diminuír a actividade de variosisoencimas CYP ao induciren a síntese dun isoencima (indución de encimas) ou por inhibiren directamente a actividade dos CYP (inhibición encimática). Esta é a orixe principal das interaccións adversas entre fármacos, xa que os cambios na actividade dos encimas CYP poden afectar aometabolismo e á eliminación do corpo de diversos fármacos. Por exemplo, se un fármaco inhibe o metabolismo mediado por CYPs doutro fármaco, o segundo fármaco pode acumularse dentro do corpo ata niveis tóxicos. Por tanto, estas interaccións entre fármacos poden necesitar axustes na dosificación ou a elección de fármacos que non interaccionen co sistema CYP. Estas interaccións entre fármacos son especialmente importantes para telas en conta cando se usan fármacos de vital importancia para o paciente, fármacos con importantesefectos adversos ou confiestras terapéuticas pequenas, pero calquera fármaco pode estar suxeito a ter unha concentración alterada no plasma debido a unha alteración do metabolismo de fármacos.
Un exemplo clásico son os fármacos antiepilépticos. APhenytoin, por exemplo, induce os encimasCYP1A2,CYP2C9,CYP2C19, eCYP3A4. Os substratos deste último poden ser fármacos cunha dosificación crítica, comoamiodarone oucarbamazepina, cuxa concentración noplasma sanguíneo pode incrementarse debido á inhibición do encima no caso do primeiro deles, ou ben diminuír debido á indución do encima no caso do último.
Os compostos naturais poden tamén inducir ou inhibir a actividade CYP. Por exemplo, certos compostosbioactivos que se encontran nozume de pomelo e algúns outros zumes de froitas, como obergamotín,dihidroxibergamotín, eparadicina-A, inhiben o metabolismo mediado por CYP3A4 de certos medicamentos, o que produce un incremento dabiodispoñibilidade e, deste modo, unha elevada posibilidade desobredose.[18] Debido a este risco, moitas veces se aconsella evitar tomar zume depomelo e pomelo fresco cando se toman certos fármacos.[19]
Outros exemplos:
Un grupo de encimas citocromos P450 exercen importantes funcións na síntese dehormonas esteroides (esteroidoxénese) que ten lugar nasglándulas adrenais,gónadas, e tecidos periféricos. Entre eles están:
Os humanos teñen 57 xenes e máis de 59pseudoxenes relacionados con estes encimas, divididos en 18 familias de xenes de citocromos P450 e 43 subfamilias.[25] Na táboa hai un resumo dos xenes e das proteínas que codifican. Véxase a páxina web do Comité de Nomenclatura dos Citocromos P450 para unha información máis detallada.[16]
| Familia | Función | Membros | Nomes |
| CYP1 | metabolismo de drogas e esteroides (especialmenteestróxenos), toxificación dobenzo(a)pireno | 3 subfamilias, 3 xenes, 1pseudoxene | CYP1A1,CYP1A2,CYP1B1 |
| CYP2 | metabolismo de drogas e esteroides | 13 subfamilias, 16 xenes, 16 pseudoxenes | CYP2A6,CYP2A7,CYP2A13,CYP2B6,CYP2C8,CYP2C9,CYP2C18,CYP2C19,CYP2D6,CYP2E1,CYP2F1,CYP2J2,CYP2R1,CYP2S1,CYP2U1,CYP2W1 |
| CYP3 | metabolismo de drogas e esteroides (incluíndo atestosterona) | 1 subfamilia, 4 xenes, 2pseudoxenes | CYP3A4,CYP3A5,CYP3A7,CYP3A43 |
| CYP4 | metabolismo doácido araquidónico ouácidos graxos | 6 subfamilias, 12 xenes, 10pseudoxenes | CYP4A11,CYP4A22,CYP4B1,CYP4F2,CYP4F3,CYP4F8,CYP4F11,CYP4F12,CYP4F22,CYP4V2,CYP4X1,CYP4Z1 |
| CYP5 | tromboxano A2 sintase | 1 subfamilia, 1 xene | CYP5A1 |
| CYP7 | 7-alfa hidroxilase de núcleo esteroide, biosíntese deácidos biliares | 2 subfamilias, 2 xenes | CYP7A1,CYP7B1 |
| CYP8 | variada | 2 subfamilias, 2 xenes | CYP8A1 (prostaciclina sintase),CYP8B1 (biosíntese de ácidos biliares) |
| CYP11 | biosíntese de esteroides | 2 subfamilias, 3 xenes | CYP11A1,CYP11B1,CYP11B2 |
| CYP17 | biosíntese de esteroides, 17-alfa hidroxilase | 1 subfamilia, 1 xene | CYP17A1 |
| CYP19 | biosíntese de esteroides: aaromatase sintesizaestróxenos | 1 subfamilia, 1 xene | CYP19A1 |
| CYP20 | función descoñecida | 1 subfamilia, 1 xene | CYP20A1 |
| CYP21 | biosíntese de esteroides | 2 subfamilias, 1 xene, 1 pseudoxene | CYP21A2 |
| CYP24 | degradación davitamina D | 1 subfamilia, 1 xene | CYP24A1 |
| CYP26 | ácido retinoico hidroxilase | 3 subfamilias, 3 xenes | CYP26A1,CYP26B1,CYP26C1 |
| CYP27 | variada | 3 subfamilias, 3 xenes | CYP27A1 (biosíntese de ácidos biliares),CYP27B1 (vitamina D3 1-alfa hidroxilase, activa a vitamina D3),CYP27C1 (función descoñecida) |
| CYP39 | 7-alfa hidroxilación do 24-hidroxicolesterol | 1 subfamilia, 1 xene | CYP39A1 |
| CYP46 | colesterol 24-hidroxilase | 1 subfamilia, 1 xene | CYP46A1 |
| CYP51 | biosíntese do colesterol | 1 subfamilia, 1 xene, 3 pseudoxenes | CYP51A1 (lanosterol 14-alfa desmetilase) |
Moitos animais teñen tantos ou máis xenes de CYPs coma os humanos. Por exemplo, osratos teñen xenes para 101 CYPs, e oourizo de mar ten aínda máis, uns 120.[26]A maioría dos encimas CYP crese que teñen actividade monooxixenase, como ocorre coa maioría dos encimas CYPs de mamíferos que foron investigados (excepto algúns como aCYP19 e aCYP5). Non obstante, a rápida secuenciación de xenes e xenomas está deixando atrás a caracterización bioquímica da función encimática, que é máis lenta, pero aínda así, atopáronse moitos xenes con moita homoloxía cos CYPs dos que se coñece a función.
Os tipos de CYPs que se investigan máis a miúdo en animais non humanos son os implicados no desenvolvemento (por exemplo, no metabolismo doácido retinoico ouhormonas) ou no metabolismo de compostos tóxicos (comoaminas heterocíclicas ouhidrocarburos poliaromáticos). Con frecuencia hai diferenzas naregulación xénica ou función encimática dos CYPs en animais relacionados que explican as diferenzas observadas na susceptibilidade a compostos tóxicos (por exemplo, a incapacidade dos caninos de metabolizaren asxantinas como acafeína). Algunhas drogas metabolízanse en dúas especies por medio de encimas diferentes, dando lugar a diferentesmetabolitos, mentres que outras drogas son metabolizadas nunha especie pero excretadas sen cambios na outra. Por esta razón, a reacción cun substrato nunha especie non é unha indicación fiable sobre os efectos dese substrato nos humanos.
Os CYPs foron examinados intensamente enratos,ratas,cans, e menos nopeixe cebra, para facilitar o seu uso comoorganismos modelo para odescubrimento de drogas etoxicoloxía. Recentemente os CYPs foron descubertos tamén en especies de aves, en particular enpavos, que poderíann chegar a ser un bo organismo modelo para a investigación do cancro en humanos.[27] Nos pavos o CYP1A5 e o CYP3A37 son moi similares aos CYP1A2 e CYP3A4 humanos, respectivamente, en canto ás súas propiedades cinéticas e no metabolismo daaflatoxinaB1.[28]
Os CYPs foron tamén moi estudados eninsectos, xeralmente para comprender aresistencia a pesticidas. Por exemplo, o CYP6G1 está ligado á resistencia a insecticidas nas moscasDrosophila melanogster resistentes aoDDT[29] e o CYP6Z1 do mosquitovector damalariaAnopheles gambiae pode metabolizar directamente oDDT,[30]
Os citocromos P450 microbianos adoitan ser encimas solubles e están implicados en procesos metabólicos fundamentais. Tres exemplos que contribuíron significativamente aos estudos do mecanismo de acción e estruturais son os que se indican a continuación, pero existen moitas familias diferentes.
O tipo de drogas antifúnxicas de uso comúnazole funciona inhibindo acitocromo P450 14α-desmetilase fúnxica. Isto interrompe a conversión delanosterol energosterol, que é un compoñente da membrana da célula fúnxica. O produto é útil porque os P450 humanos teñen unha sensibilidade diferente.[34]
Estanse a facer investigacións significativas sobre os P450 fúnxicos, xa que hai diversos fungos patoxénicos para os humanos (como olévedoCandida eAspergillus) e para as plantas, aos que se lle podería aplicar este tratamento.
Cunninghamella elegans é un candidato para ser usado comoorganismo modelo para o estudar o metabolismo de fármacos de mamíferos.
Os citocromos P450 de plantas están implicados nunha ampla variedade de reaccións biosintéticas, nas que se forman varios conxugados de ácidos graxos,hormonas de plantas, compostos defensivos, ou drogas importantes medicamente. Osterpenoides, que son o tipo máis extenso de compostos naturais de plantas caracterizados, son con frecuencia substratos para os CYPs das plantas.
A importante reactividade e diversidade de substratos dos P450s atraeu desde hai tempo a atención dos químicos.[35] Progresos recentes que indican o grande potencial do uso de P450s para realizar oxidacións difíciles son: (i) evitar a necesidade decofactores naturais ao substituílos por moléculas baratas que conteñen peróxido,[36] (ii) explorar a compatibilidade dos P450s cos solventes orgánicos,[37] e (iii) usar auxiliares non quirais pequenos para dirixir prediciblemente a oxidación do P450.
EnInterPro distínguense as seguintes subfamilias:
