Cytokrom P450 - Cytochrome P450

Cytokrom P450
Struktur af lanosterol 14 α-demethylase (CYP51) .png
Struktur af lanosterol 14α-demethylase ( CYP51 )
Identifikatorer
Symbol p450
Pfam PF00067
InterPro IPR001128
PROSIT PDOC00081
SCOP2 2cpp / SCOPe / SUPFAM
OPM superfamilie 39
OPM -protein 2bdm
Membranome 265

Cytochromer P450 ( CYP'er ) er en superfamilie af enzymer, der indeholder hæm som en kofaktor, der fungerer som monooxygenaser . Hos pattedyr oxiderer disse proteiner steroider , fedtsyrer og xenobiotika og er vigtige for clearance af forskellige forbindelser samt for hormonsyntese og nedbrydning. I planter er disse proteiner vigtige for biosyntesen af defensive forbindelser , fedtsyrer og hormoner.

CYP -enzymer er blevet identificeret i alle livets riger : dyr , planter , svampe , protister , bakterier og archaea samt i vira . De er imidlertid ikke allestedsnærværende; for eksempel er de ikke fundet i Escherichia coli . Fra 2018 kendes mere end 300.000 forskellige CYP -proteiner.

CYP'er er generelt de terminale oxidaseenzymer i elektronoverførselskæder , stort set kategoriseret som P450-holdige systemer . Udtrykket "P450" stammer fra den spektrofotometriske top ved bølgelængden af enzymets absorptionsmaksimum (450  nm ), når det er i reduceret tilstand og kompleksbundet med carbonmonoxid . De fleste CYP'er kræver, at en proteinpartner leverer en eller flere elektroner for at reducere jernet (og til sidst molekylært ilt ).

Nomenklatur

Gener, der koder for CYP -enzymer, og enzymerne selv, er betegnet med rotsymbolet CYP for superfamilien efterfulgt af et tal, der angiver genfamilien , et stort bogstav, der angiver underfamilien, og et andet tal for det enkelte gen. Konventionen er at kursivere navnet, når der henvises til genet. For eksempel er CYP2E1 det gen, der koder for enzymet CYP2E1 - et af de enzymer, der er involveret i paracetamol (acetaminophen) metabolisme. Den CYP nomenklatur er den officielle navngivning selv lejlighedsvis CYP450 eller CYP 450 bruges synonymt. Nogle gen- eller enzymnavne for CYP'er kan imidlertid afvige fra denne nomenklatur, hvilket angiver den katalytiske aktivitet og navnet på forbindelsen, der anvendes som substrat. Eksempler omfatter CYP5A1 , thromboxan A 2 syntase, forkortet til TBXAS1 ( T hrom B o X ane A 2 S ynthase 1 ) og CYP51A1 , lanosterol 14-α-demethylase, undertiden uofficielt forkortet til LDM i henhold til dets substrat ( L anosterol) og aktivitet ( D e M ethylering).

De nuværende nomenklaturretningslinjer tyder på, at medlemmer af nye CYP-familier deler mindst 40% aminosyreidentitet , mens medlemmer af underfamilier skal dele mindst 55% aminosyreidentitet. Nomenklaturkomiteer tildeler og sporer både basisgennavne ( Cytochrome P450 hjemmeside ) og allelnavne ( CYP Allele Nomenclature Committee ).

Klassifikation

Hovedartikel: P450-holdige systemer

Baseret på elektronoverførselsproteinernes art kan CYP'er klassificeres i flere grupper:

Mikrosomale P450 -systemer
hvor elektroner overføres fra NADPH via cytochrom P450 reduktase (forskelligt CPR, POR eller CYPOR). Cytochrom b 5 (cyb 5 ) kan også bidrage til at reducere strøm til dette system efter at være reduceret med cytochrom b 5 reduktase (CYB 5 R).
Mitokondrielle P450 systemer
som anvender adrenodoxin reduktase og adrenodoxin til at overføre elektroner fra NADPH til P450.
Bakterielle P450 -systemer
som anvender en ferredoxin reduktase og en ferredoxin til at overføre elektroner til P450.
CYB 5 R /cyb 5 /P450 -systemer , hvor begge elektroner, der kræves af CYP, stammer fra cytochrom b 5 .
FMN/Fd/P450 systemer
oprindeligt fundet hos Rhodococcus -arter, hvor en FMN -domæneholdig reduktase fusioneres til CYP.
Kun P450
systemer, som ikke kræver ekstern reducerende effekt. Bemærkelsesværdige dem indbefatter thromboxansyntase (CYP5), prostacyclin syntase (CYP8), og CYP74A ( allenoxidsynthase ).

Den mest almindelige reaktion katalyseret af cytokromer P450 er en monooxygenasereaktion, f.eks. Indsættelse af et oxygenatom i den alifatiske position af et organisk substrat (RH), mens det andet oxygenatom reduceres til vand:

RH + O 2 + NADPH + H + → ROH + H 2 O + NADP +

Mange hydroxyleringsreaktioner (indsættelse af hydroxylgrupper ) anvender CYP -enzymer.

Mekanisme

Den katalytiske cyklus P450
"Fe (V) mellemproduktet" nederst til venstre er en forenkling: det er en Fe (IV) med en radikal hæmligand .

Struktur

Det aktive sted i cytokrom P450 indeholder et heme-jern-center. Jernet bindes til proteinet via en cystein thiolat ligand . Denne cystein og flere flankerester er stærkt konserverede i kendte CYP'er og har det formelle PROSITE -signaturkonsensusmønster [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [ LIVMFAP] - [GAD]. På grund af den store variation af reaktioner, der katalyseres af CYP'er, er aktiviteterne og egenskaberne for de mange CYP'er forskellige i mange aspekter. Generelt forløber den katalytiske cyklus P450 som følger:

Katalytisk cyklus

  1. Substrat binder i nærheden af hæm -gruppen på den side, der er modsat det aksiale thiolat. Substratbinding inducerer en ændring i konformationen af ​​det aktive sted, der ofte forskyder et vandmolekyle fra hemejernets distale aksiale koordinationsposition og ændrer hemejernets tilstand fra lav-spin til høj-spin.
  2. Substratbinding inducerer elektronoverførsel fra NAD (P) H via cytochrom P450 reduktase eller en anden associeret reduktase .
  3. Molekylært oxygen binder til det resulterende jernholdige hæm-center ved den distale aksiale koordinationsposition, hvilket i første omgang giver et dioxygenaddukt svarende til oxy-myoglobin.
  4. En anden elektron overføres, fra enten cytochrom P450-reduktase , ferredoxiner , eller cytochrom bs 5 , hvilket reducerer Fe-O 2 adduktet til opnåelse af en kortvarig peroxo tilstand.
  5. Peroxogruppen dannet i trin 4 protoneres hurtigt to gange, frigiver et molekyle vand og danner de meget reaktive arter, der omtales som P450 Forbindelse 1 (eller bare Forbindelse I). Dette meget reaktive mellemprodukt blev isoleret i 2010, P450 Forbindelse 1 er en jern (IV) oxo (eller ferryl ) art med en yderligere oxiderende ækvivalent delokaliseret over porphyrin- og thiolatligander. Bevis for det alternative perferryljern (V) -oxo mangler.
  6. Afhængigt af det involverede substrat og enzym kan P450 -enzymer katalysere en række forskellige reaktioner. En hypotetisk hydroxylering er vist i denne illustration. Efter at produktet er frigivet fra det aktive sted, vender enzymet tilbage til sin oprindelige tilstand, hvor et vandmolekyle vender tilbage for at indtage jernkernens distale koordinationsposition.
Oxygen rebound mekanisme anvendt af cytochrom P450 til omdannelse af carbonhydrider til alkoholer via virkningen af ​​"forbindelse I", et jern (IV) oxid bundet til en hæmadikal kation.
  1. En alternativ rute til mono-oxygenering er via "peroxid-shunten" (sti "S" i figur). Denne vej medfører oxidation af ferri-substratkomplekset med oxygenatom-donorer, såsom peroxider og hypochloritter. Et hypotetisk peroxid "XOOH" er vist i diagrammet.

Spektroskopi

Binding af substrat afspejles i enzymets spektrale egenskaber med en stigning i absorbans ved 390 nm og et fald ved 420 nm. Dette kan måles ved differensspektroskopier og betegnes som "type I" -forskelspektrum (se indflet graf i figur). Nogle substrater forårsager en modsat ændring i spektrale egenskaber, et "omvendt type I" -spektrum, ved processer, der endnu er uklare. Hæmmere og visse substrater, der binder direkte til hemejernet, giver anledning til type II -differensspektret, med et maksimum ved 430 nm og et minimum ved 390 nm (se indføjet graf i figur). Hvis der ikke findes nogen reducerende ækvivalenter, kan dette kompleks forblive stabilt, så bindingsgraden kan bestemmes ud fra absorbansmålinger in vitro C: Hvis kulilte (CO) binder til reduceret P450, afbrydes den katalytiske cyklus. Denne reaktion giver det klassiske CO -differensspektrum med et maksimum ved 450 nm. De afbrydende og hæmmende virkninger af CO varierer imidlertid efter forskellige CYP'er, således at CYP3A -familien er relativt mindre påvirket.

P450'er hos mennesker

Menneskelige CYP'er er primært membranassocierede proteiner placeret enten i den indre membran i mitokondrier eller i det endoplasmatiske retikulum af celler. CYP'er metaboliserer tusinder af endogene og eksogene kemikalier. Nogle CYP'er metaboliserer kun et (eller meget få) substrater, såsom CYP19 ( aromatase ), mens andre kan metabolisere flere substrater . Begge disse egenskaber tegner sig for deres centrale betydning inden for medicin . Cytochrom P450 -enzymer er til stede i de fleste væv i kroppen og spiller en vigtig rolle i hormonsyntese og nedbrydning (herunder østrogen- og testosteronsyntese og metabolisme), kolesterolsyntese og vitamin D -metabolisme. Cytochrom P450 -enzymer fungerer også til at metabolisere potentielt toksiske forbindelser, herunder lægemidler og produkter af endogen metabolisme, såsom bilirubin , hovedsageligt i leveren .

The Human Genome Project har identificeret 57 humane gener, der koder for de forskellige cytochrom P450-enzymer.

Lægemiddelmetabolisme

Andel af svampedræbende stoffer metaboliseret af forskellige CYP -familier.
Yderligere information: Stofskifte

CYP'er er de vigtigste enzymer, der er involveret i lægemiddelmetabolisme , og tegner sig for omkring 75% af det samlede stofskifte. De fleste lægemidler deaktiveres af CYP'er, enten direkte eller ved lettere udskillelse fra kroppen. Mange stoffer bioaktiveres også af CYP'er for at danne deres aktive forbindelser som antiplatelet -lægemidlet clopidogrel og opiatkodeinet .

Lægemiddelinteraktion

Mange lægemidler kan øge eller formindske aktiviteten af ​​forskellige CYP -isozymer enten ved at inducere biosyntesen af ​​et isozym ( enzyminduktion ) eller ved direkte at hæmme aktiviteten af ​​CYP ( enzymhæmning ). Et klassisk eksempel omfatter antiepileptiske lægemidler , såsom Phenytoin , som inducerer CYP1A2 , CYP2C9 , CYP2C19 og CYP3A4 .

Virkninger på CYP -isozymaktivitet er en vigtig kilde til uønskede lægemiddelinteraktioner , da ændringer i CYP -enzymaktivitet kan påvirke metabolisme og clearance af forskellige lægemidler. For eksempel, hvis et lægemiddel hæmmer den CYP-medierede metabolisme af et andet lægemiddel, kan det andet lægemiddel ophobes i kroppen til toksiske niveauer. Derfor kan disse lægemiddelinteraktioner nødvendiggøre dosisjusteringer eller vælge lægemidler, der ikke interagerer med CYP -systemet. Sådanne lægemiddelinteraktioner er særligt vigtige at overveje, når der bruges lægemidler af vital betydning for patienten, lægemidler med betydelige bivirkninger eller lægemidler med et snævert terapeutisk indeks , men ethvert lægemiddel kan være genstand for en ændret plasmakoncentration på grund af ændret lægemiddelmetabolisme.

Mange substrater for CYP3A4 er lægemidler med et snævert terapeutisk indeks , såsom amiodaron eller carbamazepin . Fordi disse lægemidler metaboliseres af CYP3A4, kan de gennemsnitlige plasmaniveauer af disse lægemidler stige på grund af enzymhæmning eller falde på grund af enzyminduktion.

Interaktion mellem andre stoffer

Naturligt forekommende forbindelser kan også inducere eller hæmme CYP -aktivitet. For eksempel har bioaktive forbindelser fundet i grapefrugtsaft og nogle andre frugtsaft, herunder bergamottin , dihydroxybergamottin og paradicin-A , vist sig at hæmme CYP3A4-medieret metabolisme af visse lægemidler , hvilket fører til øget biotilgængelighed og dermed en stærk mulighed for overdosering . På grund af denne risiko anbefales det normalt at undgå grapefrugtjuice og friske grapefrugter, mens de er på medicin.

Andre eksempler:

Andre specifikke CYP -funktioner

Steroidhormoner

Steroidogenese , der viser mange af de enzymaktiviteter, der udføres af cytochrom P450 -enzymer. HSD: Hydroxysteroid dehydrogenase.

En delmængde af cytokrom P450 -enzymer spiller en vigtig rolle i syntesen af steroidhormoner ( steroidogenese ) af binyrerne , gonaderne og det perifere væv:

Flerumættede fedtsyrer og eicosanoider

Visse cytokrom P450 -enzymer er kritiske ved metabolisering af flerumættede fedtsyrer (PUFA'er) til biologisk aktive, intercellulære cellesignalmolekyler ( eicosanoider ) og/eller metaboliserer biologisk aktive metabolitter af PUFA til mindre aktive eller inaktive produkter. Disse CYP'er besidder cytochrom P450 omega hydroxylase og/eller epoxygenase enzymaktivitet.

  • CYP1A1 , CYP1A2 og CYP2E1 metaboliserer endogene PUFA'er til signalmolekyler: de metaboliserer arachidonsyre (dvs. AA) til 19-hydroxyeicosatetraensyre (dvs. 19-HETE; se 20-hydroxyeicosatetraensyre ); eicosapentaensyre (dvs. EPA) til epoxyeicosatetraensyre (dvs. EEQ'er); og docosahexaensyre (dvs. DHA) til epoxydocosapentaensyrer (dvs. EDP'er).
  • CYP2C8 , CYP2C9 , CYP2C18 , CYP2C19 og CYP2J2 metaboliserer endogene PUFA'er til signalmolekyler: de metaboliserer AA til epoxyeicosatetraensyre (dvs. EET'er); EPA til EEQ'er; og DHA til EDP'er.
  • CYP2S1 metaboliserer PUFA til signalmolekyler: det metaboliserer AA til EET'er og EPA til EEQ'er.
  • CYP3A4 metaboliserer AA til EET -signalmolekyler.
  • CYP4A11 metaboliserer endogene PUFA'er til signalmolekyler: det metaboliserer AA til 20-HETE og EET'er; det hydroxylerer også DHA til 22-hydroxy-DHA (dvs. 12-HDHA).
  • CYP4F2 , CYP4F3A og CYP4F3B (se CYP4F3 for to sidstnævnte CYP'er) metaboliserer PUFA'er til signalmolekyler: de metaboliserer AA til 20-HETE. De metaboliserer også EPA til 19-hydroxyeicosapentaensyre (19-HEPE) og 20-hydroxyeicosapentaensyre (20-HEPE) samt metaboliserer DHA til 22-HDA. De inaktiverer eller reducerer også signalmolekylers aktivitet: de metaboliserer leukotrien B4 (LTB4) til 20-hydroxy-LTB4, 5-hydroxyeicosatetraensyre (5-HETE) til 5,20-diHETE, 5-oxo-eicosatetraensyre (5- oxo-ETE) til 5-oxo, 20-hydroxy-ETE, 12-hydroxyeicosatetraensyre (12-HETE) til 12,20-diHETE, EET'er til 20-hydroxy-EET'er og lipoxiner til 20-hydroxyprodukter.
  • CYP4F8 og CYP4F12 metaboliserer PUFA'er til signalmolekyler: de metaboliserer EPA til EEQ'er og DHA til EDP'er. De metaboliserer også AA til 18-hydroxyeicosatetraensyre (18-HETE) og 19-HETE.
  • CYP4F11 inaktiverer eller reducerer signalmolekylers aktivitet: det metaboliserer LTB4 til 20-hydroxy-LTB4, (5-HETE) til 5,20-diHETE, (5-oxo-ETE) til 5-oxo, 20-hydroxy-ETE, (12-HETE) til 12,20-diHETE, EET'er til 20-hydroxy-EET'er og lipoxiner til 20-hydroxyprodukter.
  • CYP4F22 ω-hydroxylater ekstremt lange " meget langkædede fedtsyrer ", dvs. fedtsyrer, der er 28 eller flere carbonatomer lange. Ω-hydroxyleringen af ​​disse særlige fedtsyrer er afgørende for at skabe og vedligeholde hudens vandbarrierefunktion; autosomale recessive inaktiverende mutationer af CYP4F22 er forbundet med Lamellar ichthyosis undertype af medfødt ichthyosiform erythrodem hos mennesker.

CYP -familier hos mennesker

Mennesker har 57 gener og mere end 59 pseudogener fordelt på 18 familier af cytokrom P450 -gener og 43 underfamilier. Dette er et resumé af generne og af de proteiner, de koder. Se hjemmesiden for cytokrom P450 Nomenklaturudvalget for detaljerede oplysninger.

Familie Fungere Medlemmer Gener Pseudogenes
CYP1 stofskifte og steroid (især østrogen ) metabolisme, benzo [ a ] pyrentoksificering (dannelse (+)-benzo [ a ] pyren-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid ) 3 underfamilier, 3 gener, 1 pseudogen CYP1A1 , CYP1A2 , CYP1B1 CYP1D1P
CYP2 stofskifte og steroidmetabolisme 13 underfamilier, 16 gener, 16 pseudogener CYP2A6 , CYP2A7 , CYP2A13 , CYP2B6 , CYP2C8 , CYP2C9 , CYP2C18 , CYP2C19 , CYP2D6 , CYP2E1 , CYP2F1 , CYP2J2 , CYP2R1 , CYP2S1 , CYP2U1 , CYP2W1 For mange til at nævne
CYP3 stofskifte og steroid (inklusive testosteron ) metabolisme 1 underfamilie, 4 gener, 4 pseudogener CYP3A4 , CYP3A5 , CYP3A7 , CYP3A43 CYP3A51P, CYP3A52P, CYP3A54P, CYP3A137P
CYP4 arachidonsyre eller fedtsyremetabolisme 6 underfamilier, 12 gener, 10 pseudogener CYP4A11 , CYP4A22 , CYP4B1 , CYP4F2 , CYP4F3 , CYP4F8 , CYP4F11 , CYP4F12 , CYP4F22 , CYP4V2 , CYP4X1 , CYP4Z1 For mange til at nævne
CYP5 thromboxan A 2 syntase 1 underfamilie, 1 gen CYP5A1
CYP7 galdesyrebiosyntese 7-alpha hydroxylase af steroidkernen 2 underfamilier, 2 gener CYP7A1 , CYP7B1
CYP8 varieret 2 underfamilier, 2 gener CYP8A1 ( prostacyclinsyntase ), CYP8B1 (galdesyrebiosyntese)
CYP11 steroid biosyntese 2 underfamilier, 3 gener CYP11A1 , CYP11B1 , CYP11B2
CYP17 steroidbiosyntese , 17-alpha hydroxylase 1 underfamilie, 1 gen CYP17A1
CYP19 steroidbiosyntese : aromatase syntetiserer østrogen 1 underfamilie, 1 gen CYP19A1
CYP20 ukendt funktion 1 underfamilie, 1 gen CYP20A1
CYP21 steroid biosyntese 1 underfamilier, 1 gen, 1 pseudogen CYP21A2 CYP21A1P
CYP24 nedbrydning af D -vitamin 1 underfamilie, 1 gen CYP24A1
CYP26 retinsyre hydroxylase 3 underfamilier, 3 gener CYP26A1 , CYP26B1 , CYP26C1
CYP27 varieret 3 underfamilier, 3 gener CYP27A1 ( galdesyrebiosyntese ), CYP27B1 (vitamin D 3 1-alpha hydroxylase, aktiverer vitamin D 3 ), CYP27C1 (ukendt funktion)
CYP39 7-alfa-hydroxylering af 24-hydroxycholesterol 1 underfamilie, 1 gen CYP39A1
CYP46 cholesterol- 24-hydroxylase 1 underfamilie, 1 gen, 1 pseudogen CYP46A1 CYP46A4P
CYP51 kolesterol biosyntese 1 underfamilie, 1 gen, 3 pseudogener CYP51A1 ( lanosterol 14-alfa demethylase) CYP51P1, CYP51P2, CYP51P3

P450'er i andre arter

Dyr

Mange dyr har lige så mange eller flere CYP -gener, end mennesker har. Rapporterede tal spænder fra 35 gener i svampen Amphimedon queenslandica til 235 gener i cephalochordate Branchiostoma floridae . Mus har gener til 101 CYP'er, og søpindsvin har endnu flere (måske hele 120 gener). De fleste CYP -enzymer formodes at have monooxygenaseaktivitet, som det er tilfældet for de fleste pattedyr -CYP'er, der er blevet undersøgt (undtagen f.eks. CYP19 og CYP5 ). Gen- og genom -sekventering overgår langt den biokemiske karakterisering af enzymatisk funktion, selvom der er fundet mange gener med tæt homologi til CYP'er med kendt funktion, hvilket giver spor til deres funktionalitet.

De klasser af CYP'er, der oftest undersøges hos ikke-menneskelige dyr, er dem, der enten er involveret i udvikling (f.eks. Retinsyre eller hormonmetabolisme ) eller involveret i metabolismen af ​​toksiske forbindelser (såsom heterocykliske aminer eller polyaromatiske kulbrinter ). Ofte er der forskelle i genregulering eller enzymfunktion af CYP'er hos beslægtede dyr, der forklarer observerede forskelle i modtagelighed for toksiske forbindelser (f.eks. Hjørnetænderes manglende evne til at metabolisere xanthiner såsom koffein). Nogle lægemidler undergår metabolisme i begge arter via forskellige enzymer, hvilket resulterer i forskellige metabolitter, mens andre lægemidler metaboliseres i en art, men udskilles uændret i en anden art. Af denne grund er en arts reaktion på et stof ikke en pålidelig indikation af stoffets virkninger på mennesker. En art af Sonoran Desert Drosophila, der bruger et opreguleret udtryk for CYP28A1 genet til afgiftning af kaktusrot er Drosophila mettleri . Fluer af denne art har tilpasset en opregulering af dette gen på grund af eksponering af høje niveauer af alkaloider i værtsplanter.

CYP'er er blevet grundigt undersøgt hos mus , rotter , hunde og mindre i zebrafisk for at lette brugen af ​​disse modelorganismer i lægemiddelopdagelse og toksikologi . For nylig er CYP'er også blevet opdaget hos fuglearter, især kalkuner, der kan vise sig at være en nyttig model for kræftforskning hos mennesker. CYP1A5 og CYP3A37 i kalkuner viste sig at være meget ens til henholdsvis det humane CYP1A2 og CYP3A4 , hvad angår deres kinetiske egenskaber såvel som i metabolismen af ​​aflatoxin B1.

CYP'er er også blevet undersøgt kraftigt hos insekter , ofte for at forstå pesticidresistens . F.eks CYP6G1 er knyttet til insekticidresistens i DDT resistent Drosophila melanogaster og CYP6M2 i myg malaria vektoren Anopheles gambiae er i stand til direkte metaboliserende pyrethroider .

Mikrobiel

Mikrobielle cytokromer P450 er ofte opløselige enzymer og er involveret i forskellige metaboliske processer. Hos bakterier er fordelingen af ​​P450'er meget variabel, idet mange bakterier ikke har nogen identificerede P450'er (f.eks. E.coli). Nogle bakterier, overvejende actinomycetes, har mange P450'er (f.eks.). De hidtil identificeret generelt involveret i enten biotransformation af miljøfremmede stoffer (f.eks CYP105A1 fra Streptomyces griseolus metaboliserer sulfonylurea herbicider til mindre toksiske derivater,) eller er en del af specialiserede metabolit biosyntetiske pathways (fx CYP170B1 katalyse produktion af sesquiterpenoid albaflavenone i Streptomyces albus ). Selvom der endnu ikke har vist sig, at der er nogen P450 som essentiel i en mikrobe, er CYP105 -familien stærkt bevaret med en repræsentant i hvert streptomycetgenom, der er sekventeret hidtil. På grund af opløseligheden af ​​bakterielle P450 -enzymer betragtes de generelt som lettere at arbejde med end de overvejende membranbundne eukaryote P450'er. Dette kombineret med den bemærkelsesværdige kemi, de katalyserer, har ført til mange undersøgelser, der anvender de heterologt udtrykte proteiner in vitro. Få undersøgelser har undersøgt, hvad P450'er gør in vivo, hvad det / de naturlige substrat (er) er, og hvordan P450'er bidrager til overlevelse af bakterierne i det naturlige miljø. Tre eksempler, der har bidraget væsentligt til strukturelle og mekanistiske undersøgelser, er anført her, men mange forskellige familier eksisterer.

  • Cytochrome P450 cam (CYP101A1) oprindeligt fra Pseudomonas putida er blevet brugt som model for mange cytokromer P450 og var den første cytokrom P450 tredimensionelle proteinstruktur løst ved røntgenkrystallografi. Dette enzym er en del af en kamfer-hydroxylerende katalytisk cyklus bestående af to elektronoverførselstrin fra putidaredoxin , en 2Fe-2S-klyngeholdig proteinkofaktor.
  • Cytochrom P450 eryF (CYP107A1) oprindeligt fra actinomycete-bakterien Saccharopolyspora erythraea er ansvarlig for biosyntesen af antibiotikumet erythromycin ved C6-hydroxylering af makrolidet 6-deoxyerythronolid B.
  • Cytokrom P450 BM3 (CYP102A1) fra jordbakterien Bacillus megaterium katalyserer den NADPH-afhængige hydroxylering af flere langkædede fedtsyrer i positionerne ω – 1 til ω – 3. I modsætning til næsten alle andre kendte CYP (undtagen CYP505A1, cytochrom P450 foxy) udgør det et naturligt fusionsprotein mellem CYP -domænet og en elektrondonerende cofaktor. Således er BM3 potentielt meget nyttig i bioteknologiske applikationer.
  • Cytochrom P450 119 ( CYP119A1 ) isoleret fra det termofile arkea Sulfolobus solfataricus er blevet brugt i en række mekanistiske undersøgelser. Fordi termofile enzymer udviklede sig til at fungere ved høje temperaturer, har de en tendens til at fungere langsommere ved stuetemperatur (hvis overhovedet) og er derfor fremragende mekanistiske modeller.

Svampe

De almindeligt anvendte azol- klasse svampedræbende midler virker ved inhibering af svampen cytochrom P450 14α-demethylase . Dette afbryder omdannelsen af lanosterol til ergosterol , en komponent i svampecellemembranen. (Dette er kun nyttigt, fordi menneskers P450 har en anden følsomhed; sådan fungerer denne klasse af svampemidler .)

Der pågår betydelig forskning i P450 -svampe, da en række svampe er patogene for mennesker (f.eks. Candida -gær og Aspergillus ) og for planter.

Cunninghamella elegans er en kandidat til brug som model for pattedyrs stofskifte.

Planter

Plantecytokrom P450'er er involveret i en lang række biosyntetiske reaktioner og målretter mod en bred vifte af biomolekyler. Disse reaktioner føre til forskellige fedtsyre- konjugater, plantehormoner , sekundære metabolitter , ligniner , og en række defensive forbindelser. Plantegenomannotationer antyder, at cytokrom P450 -gener udgør så meget som 1% af plantegenerne. Antallet og mangfoldigheden af ​​P450 -gener er delvis ansvarlig for mængden af ​​bioaktive forbindelser.

Cytochrom P450 aromatisk O-demethylase , der er lavet af to forskellige promiskuøse dele: et cytokrom P450-protein (GcoA) og tre domænereduktase, er signifikant for dets evne til at omdanne Lignin, den aromatiske biopolymer, der er almindelig i plantecellevægge, til vedvarende kulstofkæder i et katabolsk sæt reaktioner. Kort sagt er det en facilitator for et kritisk trin i Lignin -konvertering.

P450'er i bioteknologi

P450'ernes bemærkelsesværdige reaktivitet og substratfremgang har længe tiltrukket sig kemikernes opmærksomhed. Nylige fremskridt i retning af at realisere potentialet ved at bruge P450'er mod vanskelige oxidationer har inkluderet: (i) eliminering af behovet for naturlige co-faktorer ved at erstatte dem med billige peroxidholdige molekyler , (ii) at undersøge kompatibiliteten mellem P450'er og organiske opløsningsmidler og (iii) brugen af ​​små, ikke-chirale hjælpestoffer til forudsigeligt at styre P450-oxidation.

InterPro -underfamilier

InterPro -underfamilier:

Clozapin, imipramin, paracetamol, phenacetin Heterocykliske arylaminer inducerbare og CYP1A2 5-10% mangelfuld oxiderer uroporphyrinogen til uroporphyrin (CYP1A2) i hæmmetabolisme, men de kan have yderligere uopdagede endogene substrater. kan induceres af nogle polycykliske carbonhydrider, hvoraf nogle findes i cigaretrøg og forkullet mad.

Disse enzymer er af interesse, fordi de i assays kan aktivere forbindelser til kræftfremkaldende stoffer. Høje niveauer af CYP1A2 er blevet forbundet med en øget risiko for tyktarmskræft. Da 1A2 -enzymet kan induceres af cigaretrygning, forbinder dette rygning med tyktarmskræft.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links