Cytochrom P450
Modele cytochromu P450
Cytochrom P450 – cytochrom z grupy enzymów wykazujących aktywność monooksygenazy. Występują powszechnie w niemal wszystkich tkankach, największą aktywność wykazując jednak w wątrobie i rdzeniu nadnercza. Nie stwierdzono ich obecności w dojrzałych erytrocytach i mięśniach szkieletowych. W genomie człowieka znane jest około 150 różnych genów (ich nazwy zaczynają się od CYP) kodujących różne cytochromy P450. Spotykane wśród przedstawicieli wszystkich domen biologicznych: bakterii, archeonów, zwierząt, roślin, grzybów i pozostałych jądrowców, a nawet wśród wirusów[1].
Budowa |
Są to przezbłonowe białka o masie cząsteczkowej 50–55 kDa, związane z błoną retikulum endoplazmatycznego oraz wewnętrzną błoną mitochondrialną. Zawierają hem jako grupę prostetyczną. Po związaniu in vitro z tlenkiem węgla większość z nich wykazuje wyraźne maksimum absorpcji światła przy długości fali równej 450 nm.
Funkcje |
Cytochrom P450 katalizuje reakcję hydroksylowania przebiegającą zgodnie z sumarycznym wzorem:
- RH + O2 + NADPH + H+ → ROH + H2O + NADP+
Reakcja ta odgrywa bardzo ważną rolę w syntezie cholesterolu ze skwalenu, a także w dalszych przekształceniach cholesterolu w hormony steroidowe i sole kwasów żółciowych.
Cytochrom P450 jest ważnym elementem w metabolizmie ksenobiotyków, zwłaszcza o charakterze hydrofobowym. Produkty metabolizmu zwykle są bardziej hydrofilowe od substratów, co sprzyja ich dalszemu metabolizowaniu i wydalaniu. Bierze również udział w przemianach kwasów tłuszczowych i eikozanoidów.
Oprócz reakcji hydroksylowania katalizuje również epoksydację, dealkilację, oksydacyjną deaminację (np. w metabolizmie amfetaminy), N- oraz S-oksydację i dehalogenację. Bierze również udział (obok dehydrogenazy alkoholowej) w detoksykacji alkoholowej. Wszystkie te reakcje wymagają obecności tlenu i NADPH.
Większość form cytochromu P450 wykazuje niską specyficzność do substratu, katalizując przemianę wielu różnych substancji, także takich, z którymi organizm nie miał kontaktu w rozwoju filogenetycznym (a więc nie miał możliwości ewolucyjnego wykształcenia enzymów o odpowiedniej specyficzności. Niska specyficzność substratowa cytochromu P450 jest tu przystosowaniem ewolucyjnym do metabolizowania szerokiego spektrum ksenobiotyków). Biologiczny okres półtrwania wielu leków jest związany z ich inaktywacją przez cytochrom P450. Ze względu na to często jest obiektem zainteresowania farmakologii. Izoenzymy cytochromu P450 najistotniejsze z punktu widzenia farmakologii to 1A2, 3A3, 3A4 oraz 2D6.
Mechanizm działania |
Cytochrom P450 jest końcowym elementem łańcucha transportu elektronów, z którego przenoszone są one na jeden atom tlenu w cząsteczce O2, redukując go do cząsteczki H2O. Drugi atom jest włączany w substrat. Procesowi nie towarzyszy fosforylacja oksydacyjna.
Po związaniu substratu z grupą hemową, przyjmuje ona elektron z NADPH, czemu towarzyszy redukcja Fe3+ do Fe2+, co umożliwia związanie cząsteczki O2. Następnie następuje przyjęcie drugiego elektronu i przegrupowanie ładunku, wskutek czego żelazo zyskuje stopień utlenienia +3, a tlen -2. Następnie jeden atom z cząsteczki tlenu ulega redukcji do H2O, a drugi atom – rodnik O' – przypuszcza atak na cząsteczkę substratu. Końcowym etapem cyklu przemian jest odłączenie cząsteczki produktu i odtworzenie cząsteczki cytochromu.
Mechanizm redukcji cytochromu P450 związanego z błonami siateczki śródplazmatycznej i z wewnętrzną błoną mitochondrialną jest różny.
- W błonach retikulum endoplazmatycznego elektrony są przekazywane bezpośrednio z NADPH na cytochrom, przy udziale kompleksu reduktazy NADPH-cytP450 będącego flawoproteiną, zakotwiczoną w jednej warstwie błony łańcuchem hydrofobowym. Dla niektórych form cytochromu P450, przy przekazywaniu drugiego elektronu w cyklu może brać udział cytochrom b5 i reduktaza cytb5-cytP450, będąca również flawoproteiną.
- W wewnętrznej błonie mitochondrialnej, elektrony z NADPH na cytochrom P450 przekazywane są poprzez peryferyjne w stosunku do błony białka reduktazę NADPH-adrenodoksyna i adrenodoksynę.
Istnieje bardzo wiele białek wykazujących aktywność cytochromu P450. Jak zostało napisane wyżej, na poziomie organizmu funkcjonuje wiele genów kodujących różne formy cytochromu P450, które dodatkowo wykazują znaczny polimorfizm w obrębie populacji.
Cytochrom P450 jest silnie inaktywowany przez cyjanki oraz tlenek węgla, które wiążąc się mocno z żelazem grupy hemowej blokują miejsce aktywne enzymu.
Przypisy |
↑ David C. Lamb, Li Lei, Andrew G. S. Warrilow, Galina I. Lepesheva, Jonathan G. L. Mullins, Michael R. Waterman and Steven L. Kelly. The first virally encoded cytochrome p450. „Journal of Virology”. 83 (16), s. 8266–8269, 2009. DOI: 10.1128/JVI.00289-09.
Kontrola autorytatywna (Cytochromy):
BNCF: 1547
