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Enzima Citocromo P - 450
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OXIGENASAS
Enzimas que catalizan las reacciones de dioxígeno con sustratos orgánicos, en que los átomos del dioxígeno se incorporan al producto oxidado.
Reacciones de oxidación SH + O2 + NADPH + H+ SOH + H2O + NADPH+
Dioxigenasas (los 2 átomos de oxígeno se incorporan en el producto final) Monooxigenasas (sólo un átomo de oxígeno se incorpora en el producto final y se forma agua)
MONOOXIGENASAS
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Las enzimas citocromo P-450 son un grupo de monooxigenasas que oxigenan una variedad de sustratos: Hidroxilación de compuestos alifáticos y anillos aromáticos Epoxidación de olefinas Oxidación de aminas a óxidos de amina Oxidación de sulfuros a sulfóxidos Desalquilación oxidativa de heteroátomos
CITOCROMO P-450
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Algunas de estas reacciones son de gran importancia fisiológica, ya que son transformaciones claves en el metabolismo, como en el de los lípidos y la biosíntesis de los corticosteroides.
Difíciles de caracterizar pues son transmembranales
GENERALIDADES:
Fueron descubiertas en los años 40.
Debido a que presentaban un máximo de absorción en 450 nm, al formar un complejo con CO (transferencia de carga .
Además se observó que era el componente final de una
cadena transportadora de electrones que catalizaba la oxidación de diversos sustratos, lo que les dio su nombre.
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GENERALIDADES:
En 1987 ya se conocían tantas enzimas citocromo P-450, que se decidió establecer una nomenclatura sistemática.
Las enzimas citocromo P-450 son una superfamilia de hemoproteínas.
Las cuales se han encontrado también en animales, plantas, bacterias, hongos y algunos procariotes.
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GENERALIDADES:
Los seres vivos están expuestos a un gran número de sustancias extrañas al organismo (xenobióticos).
Dichas sustancias penetran por diferentes sitios en los seres vivos y en el caso de los humanos por la piel, pulmones o sangre.
Lo cual puede ocasionar transtornos inmediatos, a mediano plazo o largo plazo.
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GENERALIDADES:
Dentro de los organismos eucariotes se encuentran asociadas a las membranas del retículo endoplásmico (enzimas citocromo P-450 microsomal).
Y en las mitocondrias (enzimas citocromo P-450 mitocondrial).
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GENERALIDADES:
En el ser humano se localizan más de 53 enzimas citocromo P-450.
Dichas enzimas son promiscuamente activas molecularmente debido a la diversidad de reacciones que catalizan.
Ya que en la actualidad se sabe que el número de sustratos conocidos para estas enzimas está por encima de 1000.
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GENERALIDADES:
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GENERALIDADES:
Se localizan en las membranas del retículo endoplásmico del hepatocito, riñón, pulmón, piel, intestino, corteza adrenal, testículos, placenta entre otros.
Y es particularmente activa en el hígado.
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LOCALIZACIÓN DEL CITOCROMO P-450 EN LA MEMBRANA DEL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
GENERALIDADES:
Algunas de sus funciones son:
Funciones destoxificadoras, eliminando sustancias exógenas como: drogas, sustancias carcinogénicas, pesticidas, etcétera.
Funciones de metabolismo endógeno, es decir, la degradación de sustancias del propio organismo.
En algunos organismos sirven como defensa ante el ataque de alcaloides tóxicos derivados de plantas.
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ESTRUCTURA:
En la actualidad se tienen diversas estructuras de rayos-X de diferentes enzimas citocromo P-450.
Enzima citocromo P-450Bm-3; obtenida del Bacillus megaterium.
Enzima citocromo P-450 2C5; obtenida del Oryctolagus cuniculus.
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CITOCROMO P450-CAM
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Una sola cadena pelipeptídica (principalmente hélice ), un grupo hemo b, entre dos hélices, sin enlaces covalentes entre el anillo de la porfirina y la proteína
Un ligante axial es un tiolato de cisteina
En el estado de reposo es básicamente FeIII de bajo spin y probablemente agua en la sexta posición
Cuando se une el sustrato el estado de spin cambia a alto spin y se desplaza el ligante que no es cisteina
La enzima puede reducirse a FeII, alto spin
CITOCROMO P450-CAM
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La enzima como FeII , alto spin, es semejante espectroscópicamente a la hemoglobina
Esta forma ferrosa enlaza dioxígeno para dar la forma oxi o CO para dar la forma carbonilo
El derivado CO presenta una banda de Soret (ππ* de alta energía del anillo porfirínico) en 450 nm
Camfor-5-monooxigenasa es un sistema de tres componentes: cit P-450 y 2 proteínas que transfieren electrones: una flavoproteina y una proteina Fe-S
CITOCROMO P450-CAM, EC NO.: 1.14.15.1
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CITOCROMO P450-CAM, EC NO.: 1.14.15.1
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MECANISMO DE OXIDACIÓN
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Mayor interés en el mecanismo de activación de O2
O2 se une al complejo ferroso enzima – sustrato, el que no es suficientemente activo para atacar al sustrato
La forma oxi se reduce y se genera el oxidante activo. Esta forma no se ha deducido mediante estudios con la enzima, ni se han aislado intermediarios
Tres especies son candidatos potenciales del “oxígeno activo”:
1) Peroxo férrico o complejo hidroperoxo 2) Complejo oxo de FeIV 3)Complejo oxo de FeV (candidato favorito)
POSIBLES OXIDANTES
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FeIIP + O2 FePO2 [FeIIIP(O22-)] FeIIIP(O2H
-)
e- H+
FeIIIP(O2H-) FeIVP(O) + HO.
FeIIIP(O2H-) [FeV(P2-)(O)+ FeIV(P-)(O)+] + HO-
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CICLO CATALÍTICO DEL CITOCROMO P-450
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ESTRUCTURA:
Sevrioukova, I. F., Li, H., Zhang, H., Peterson, J. A., Poulos, T. L.: Structure of a cytochrome P450-redox partner electron-transfer complex. Proc Natl Acad Sci U S A 96 pp. 1863 (1999).
Enzima citocromo P-450Bm-3; Bacillus megaterium.
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ESTRUCTURA:
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Enzima citocromo P-450 2C5; Oryctolagus cuniculus.
Williams, P. A., et al.: Mammalian Microsomal Cytochrome P450 Monooxygenase: Structural Adaptations for Membrane Binding and Functional Diversity. Mol.Cell 5 pp. 121 (2000).
ESTRUCTURA:
La estructura de la enzima citocromo P-450cam se determinó en 1985.
El pigmento tiene un PM de 45 kDa.
Está compuesta de 12 hélices α y 5 láminas β antiparalelas.
Contiene un grupo Hemo unido a la proteína por una cisteína.
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ESTRUCTURA:
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Enzima citocromo P-450cam; Pseudomona putida.
ESTRUCTURA:
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Enzima citocromo P-450cam; Pseudomona putida. Schlichting, I., Jung, C., Schulze, H.: Crystal structure of cytochrome P-450cam complexed with the (1S)-camphor enantiomer. FEBS Lett 415 pp. 253 (1997).
GENERALIDADES:
¿Cómo se defiende los organismos
vivos de los xenobióticos?
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GENERALIDADES:
Cada organismo ha desarrollado diversos sistemas de defensa, por ejemplo en el organismo humano existe el sistema inmune.
Sin embargo hay otro sistema, que se encarga de la biotransformación de los xenobióticos.
Son las Enzimas Citocromo P-450.
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GENERALIDADES:
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MECANISMO:
Los citocromos P-450, se caracterizan por ser fácilmente inducibles por las mismas drogas o fármacos que van a ser biotransformados.
Su expresión y actividad son afectados por diversos factores: la edad, sexo, dieta, especie, tejido y estado hormonal.
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MECANISMO:
Los citocromos P-450 son susceptibles a numerosos agentes que reaccionan con los grupos sulfhidrilos o que rompen interacciones hidrofóbicas, convirtiéndolo a una forma inactiva llamada P-420 .
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MECANISMO:
La biotransformación de xenobióticos se realiza en dos fases:
Fase I: Se encuentra relacionada con el sistema de monooxigenasas que es un complejo multienzimático cuya enzima intermedia es el citocromo P-450 reductasa y de una oxidasa final, que es el citocromo P-450.
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MECANISMO:
Fase II: En esta fase participan una serie de transferasas que catalizan reacciones de conjugación de los xenobióticos con diversas moléculas de naturaleza endógena.
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Winters DK, Cederbaum AI.; Biochemistry of Cytochrome P450 in hepatic and bile secretion:Physiology and pathophysiology 1993, ed. Tavaloni and PD Berk. Raven Press, Ltd., N. Y., pp 407-420.
MECANISMO:
El objetivo final de ambas fases es aumentar la solubilidad en agua de los compuestos xenobióticos y así facilitar su excreción del organismo a través de la orina o la bilis.
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MECANISMO:
Las reacciones catalizadas por los citocromos P-450 requieren de un paso inicial:
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El cual forma un intermediario cuya estabilidad depende de la naturaleza del sustrato. Este intermediario puede presentar reacciones posteriores.
MECANISMO: Una de sus funciones principales es la monohidroxilación:
RH + NADPH + O2 + H+ ROH +H2O + NADP+
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MECANISMO: Los electrones que requiere el citocromo P-450 para la
activación del oxígeno, pasan del NADPH al citocromo P-450.
Debido a la acción de la enzima NADPH-citocromo P-450 reductasa.
El citocromo P-450 y el NADPH-citocromo P-450 reductasa se encuentran insertadas en la membrana.
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MECANISMO: Los mecanismos de acción de los citocromos P-450 son
complejos y aun no son muy claros.
Debido a la corta vida media de sus intermediarios.
Sin embargo se han realizado algunas propuestas.
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ESTRUCTURA:
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Enzima citocromo P-450cam; Pseudomona putida. Schlichting, I., Jung, C., Schulze, H.: Crystal structure of cytochrome P-450cam complexed with the (1S)-camphor enantiomer. FEBS Lett 415 pp. 253 (1997).
MECANISMO:
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MECANISMO:
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John T. Groves, et al; J . Am. Chem. Soc. 1988, 110, 8443-8452
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