Nespecifická monooxygenáza (cytochrom p450)

EC 1.14.14.1 (dříve 1.14.14.2 a 1.14.99.8)

CAS 62213-32-5

Systematický název: substrát,redukovaný flavoprotein:oxygen oxidoreduktáza (RH-hydroxylující nebo epoxidující)

Synonyma: mikrosomální monooxygenáza, xenobiotická monooxygenáza, aryl-4-monooxygenáza, aryl hydrokarbon hydroxyláza, mikrosomální p450, flavoprotein-linked monooxygenáza

 

Enzym ze skupiny oxidoreduktáz katalyzující reakci

 

RH + redukovaný flavoprotein + O₂ ↔ ROH + oxidovaný flavoprotein + H₂O

 

Kofaktorem je hem-thiolát. Působí na široké spektrum substrátů včetně řady xenobiotik, steroidů, mastných kyselin, vitaminů a prostaglandinů. Katalyzované reakce zahrnují hydroxylaci, epoxidaci, N-oxidaci, suloxidaci, N-, S- a O-dealkylace, desulfataci, deaminaci a redukci azo-, nitro a N-oxid skupin. Společně s NADPH-ferrihemoprotein reduktázou (EC 1.6.2.4) tvoří systém, ve kterém se dva redukující ekvivalenty nahradí NADPH². Některé reakce přisuzované alkan 1-monooxygenáze (EC 1.14.15.3) patří do tohoto komplexu reakcí.

 

Role v biotransformaci xenobiotik

Cytochrom p450 byl popsán r.1958 a později blíže charakte­rizován jako hemoprotein. Ob­sa­­huje nekovalentně vázaný protohem IX a odpovídá cytochromu b. Je vlastním oxygenačním enzymem mikrosomového monooxygenasového systé­­mu. Cyto­chrom p450 má v redukované formě po vazbě oxidu uhelnatého absorpční maxi­mum při 450 nm. Neobvyklá absorpce světla souvisí s pátým ligandem železa, thiolátovým iontem, který se aktivně podílí na mechanismu účinku tohoto enzymu. Tím je spíše přenos kyslíku než přenos elektronů.

Cytochrom p450 se vyskytuje prakticky ve všech typech savčích buněk s výjimkou erytro­cytů a svalových buněk a vyskytuje se u všech forem aerobních orga­nismů (bakterie, nižší i vyšší rostliny a živočichové). Substrátem pro cytochrom p450 jsou jak endogenní metabolity (např. steroidy, vyšší mastné kyseliny, prostaglandiny, leukotrieny), tak i xenobiotika, jako např. léky, potravinová aditiva, průmyslové exhaláty a odpadové produkty, které se dostávají do těla potravou, inhalací ze vzduchu nebo absorpcí kůží.

Cytochrom p450 není jednotnou bílkovinou, ale představuje skupinu příbuzných proteinů, označovaných jako isoformy cytochromu p450. V současnosti je známo asi 150 isoforem, které vykazují různou substrátovou specifičnost s možností překrývání. Určitá isoforma cytochromu p450 může mít nízkou K_m vůči jednomu anebo více substrátům, avšak současně i vysokou K_m vůči jiné skupině substrátů.

Každá isoforma cytochromu p450 má svůj vlastní katalytický profil, vlastní charak­teristické spektrum substrátů, které je schopna přeměňovat. Kromě toho více isoforem cytochromu p450 je schopno metabolizovat stejný substrát, ale s různou účinností. Existuje zde tedy značné překrývání substrátových specifit jednotlivých isoforem. Jaterní mikrosomový monooxyge­nasový systém cytochromu p450 tak může metabolizovat mnoho strukturně odlišných látek (viz tabulka).

 

Isoformy purifikovaných cytochromů p450 potkana a jejich substrátová specifita

Isoforma cytochromu p450 (nmol/min/nmol p450)
Substrát	Reakce	p450a	p450b	p450c	p450d	p450e	p450f	p450g	p450h	p450i	p450j	p450k
Benzfetamin	N-demetylace	2,3	132,5	6,7	3,9	19,8	1,3	4,9	52,1	2,8	5,5	14,1
Hexobarbital	3-hydroxylace	0,5	42,7	0,9	<0,5	8,2	<0,5	1,1	22,6	1,0	<0,5	4,5
Benzpyren	hydroxylace	0,2	0,4	23,4	0,3	0,1	<0,1	<0,1	1,8	<0,1	<0,1	0,4
Zoxazolamin	6-hydroxylace	0,9	3,3	60,8	21,1	1,1	0,9	<0,5	7,4	0,7	3,4	3,4
Estradiol	2-hydroxylace	<0,5	<0,5	1,7	13,8	0,9	0,5	0,6	8,0	1,3	0,8	2,5
Etoxykumarin	O-deetylace	0,6	9,6	97,1	0,6	2,0	<0,5	1,1	0,9	0,7	1,2	0,5
4-Nitroanisol	O-demetylace	<0,5	1,8	21,6	0,7	<0,5	<0,5	<0,5	1,5	<0,5	1,6	1,3
Anilin	4-hydroxylace	<0,5	1,8	1,0	9,6	<0,5	<0,5	<0,5	1,5	<0,5	12,7	1,0
Nitrosodi-metylamin	N-demetylace	<0,3	<0,3	<0,3	0,5	<0,3	0,4	<0,3	1,1	<0,3	15,9	0,5

 

 

U několika isoforem cytochromu p450 je dnes známa primární struktura. Sekvenční podobnost některých úseků, mnohé případy zkřížené imunoreaktivity, stejně jako počítačově zpracované profily hydrofobicity umožnily poznání terciární struktury cytochromu p450. Dalším krokem k pochopení vztahů struktury a funkce v monooxygenasovém systému cytochromu p450 je membránová topologie této bíl­­ko­­viny.     

Neporušený mikrosomový cytochrom p450 existuje v endoplazmatickém retikulu jako dvoudoménová struktura, ve které větší, hem obsahující katalytická doména na C-části molekuly, je umístěna na cytosolové straně membrány a malá, membránově vázaná doména s NH₂-koncem molekuly, je zakotvená v membráně. Velká katalytická doména cytochromu p450 musí být komplementární s analogickými strukturami cytochromreduktázy a cytochromu b5. Elektronový přenos zde probíhá způsobem charakteristickým pro solubilní proteiny a membrána se ho bezprostředně nezúčastňuje (na rozdíl od oxidoredukčních proteinů fotosyntézy).

Vzhledem k tomu, že větší část molekuly cytochromu p450 je lokalizovaná na povrchu membrány, je možné, že cytochrom p450-reduktasa a cytochrom b₅ využívají pro přenos elektronů na hem odlišné části molekuly cytochromu p450. Skuteč­nost, že spojení cytochromu p450 s membránou se realizuje jak integrální, tak i "periferní" asociací, může vysvětlit větší vliv fosfolipidů na cytochrom p450 než na cytochrom b₅ a cytochrom-p450-reduktasu. Předpoklad, že katalytická část cytochromu p450 má kontakt jak s cytosolem tak i s membránou, by mohl vysvět­lit schopnost cytochromu p450 katalyzovat přeměnu hydrofobních i hydrofilních v cytosolu rozpustných substrátů. Široká substrátová paleta cytochromu p450 by proto mohla být způsobená přítomností takového zdvojeného aktivního centra, ve kterém existují dva kanály pro vstup substrátu, jeden přes membránu a jeden z cytosolu. Molekuly substrátu by pak využívaly tu cestu, která by představovala nejmenší energetickou bariéru. Přítomnost substrátového kanálu oriento­va­ného do membrány naznačuje i potenciální možnost pasáže hydroxylova­ných produktů k luminální UDP-glukuronosyl­transferase, která se účastní II. fáze biotransformace.

 

Další informace:

·         Klasifikace enzymů

·         Přeměna a vylučování xenobiotik

 

Petr Schneiderka, Antonín Jabor, Jiřina Lukášková

recenzoval Jaroslav Racek