UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL PROFESIO NAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL CURSO: Bioquímica Ami!"#a$ DOCENTE: Ma"%u&a"o A'$a( I)ma INTEGRANTES: A$*a)a%o Ca%i$$o Ro"a$%o +$*a)!, Rom!)o Y!$-i" C./*!, Co$o"ia Ric.!)# C.um!( V!)am!"%i Yo"!$ Do$o)!( Ta)a,o"a 0ia)a 1$o)!( L!,am!#a Ma)2o# Va)2a( A(!"cio( 3a$%i)
CITOCROMO 4567 I8
RESE9A Y CONCE4TOS 4REVIOS
El descubrimiento del citocromo P450 se remonta a la década de los años 50, en la que comenzaron a estudiarse unos pigmentos encontrados en células hepáticas, a los que se les denominó citocromos, del griego citos (hueco, recipiente, urna ! en biolog"a célula# ! croma (color#$ % principios de esta década &artin 'lingenberg, inestigador alemán, obseró durante sus estudios con el citocromo b5 (enzima que se encuentra en la sangre que controla la cantidad de hierro en los glóbulos ro)os ! a!uda a las células a transportar la cantidad normal de o*"geno#, la presencia de un pigmento unido al monó*ido de carbono con una banda de absorbancia má*ima a 450nm de longitud de onda$ +Podr"a ser una hemoprote"na -in embargo, esta caracter"stica no era propia de las hemoprote"nas tipo Protopor.irina / que se conoc"an hasta el momento$ 1o ser"a hasta 234 cuando suneo 6mura ! 7!o -ato, identi.ican la naturaleza hemoproteica de este pigmento, que se encontraba presente en los microsomas hepáticos de di.erentes especies de mam".eros ! que tras ser reducido por 1%8P9, era capaz de unirse al :6, mostrando un caracter"stico pico de absorción en el espectro ;< a 450 nm (pico de -oret#$ Por este motio a esta hemoprote"na se la denominó citocromo P=450 (P por pigmento ! 450 por su pico de absorción en el ;<#$ -e encuentra ampliamente distribuido en animales, plantas ! protistas (>#, ! e*iste en la naturaleza desde antes de la diisión entre organismos eucariotas ! procariotas (4#$ Pronto se relacionó su actiidad con el metabolismo de gran n?mero de *enobióticos como drogas, pesticidas, procarcinógenos, anestésicos, solentes, etc$ 9o! en d"a se sabe que el término citocromo P450 se re.iere a una .amilia de prote"nas heme presentes en todas las células de los mam".eros (e*cepto las células de la sangre ! de los m?sculos esqueléticos# que catalizan la o*idación de una amplia ariedad de sustancias qu"micas$ El sistema citocromo P450 tiene una gran importancia porque está implicado en la actiación o desactiación de muchos .ármacos, participa en la trans.ormación de productos qu"micos en moléculas mu! reactias capaces de causar graes lesiones a los te)idos o de proocar mutaciones ! participa en el metabolismo de los esteroides ! de los ácidos grasos$ El ob)etio perseguido por este sistema es el
o*idar las sustancias a productos más solubles que puedan ser .ácilmente eliminados$
II8
DE1INICIN
El término citocromo P450 se re.iere a una .amilia de prote"nas heme presentes en todas las células de los mam".eros (e*cepto las células de la sangre ! de los m?sculos esqueléticos# que catalizan la o*idación de una amplia ariedad de sustancias qu"micas$ El sistema citocromo P450 tiene una gran importancia porque está implicado en la actiación o desactiación de muchos .ármacos, participa en la trans.ormación de productos qu"micos en moléculas mu! reactias capaces de causar graes lesiones a los te)idos o de proocar mutaciones ! participa en el metabolismo de los esteroides ! de los ácidos grasos$ El ob)etio perseguido por este sistema es el o*idar las sustancias a productos más solubles que puedan ser .ácilmente eliminados$ @os citocromos P450 o :AP, son un grupo de arios cientos de enzimas cu!a .unción es la de reducir el dio*"geno en las moléculas orgánicas$ @os citocromos P450 se encuentran en el h"gado ! se eac?an a traés de las "as urinarias, después de haber sido tratados por los riñones$ @os citocromos P450 permiten luchar contra las moléculas e*trañas al organismo ! eliminarlas, sobre todo los tratamientos medicamentosos$ ambién pueden aumentar la e.icacia de ciertos productos, tales como la code"na o la ca.e"na$
III8
ESTRUCTURA Y LOCALIZACIN DEL CITOCROMO 4;567 EN EL
En las estructuras cristalinas del enzima libre, disponibles hasta el momento se obsera un grupo hemo, en el cual el hierro se encuentra unido a un grupo tiol (=-9# de una ciste"na ! a una molécula de agua$ En general los citocromos P=450 de eucariotas tiene un peso molecular que oscila entre 50 ! 0 B8$ @a estructura secundaria del P450 consiste en apro*imadamente 2C al.a hélices, de las cuales las hélices / ! @, altamente conseradas, están en contacto directo con el grupo hemo$ @a hélice / contiene también residuos
cr"ticos implicados en el suministro de protones a los
intermediarios hidropero*o ! pero*o del ciclo catal"tico$ @a zona del n?cleo está constituida por cuatro hélices (D8, DE, D/ ! D@#, hélices ! ', dos láminas F, ! una espiral
denominada meander
loop (serpentina#$ %barca
entre G=20
residuos de aminoácidos ! se supone que )uega un papel en la unión del grupo hemo, ! en la estabilización de la estructura terciaria de la prote"na$ E*isten seis regiones denominadas sitios de reconocimiento de sustrato, inolucradas en el reconocimiento ! unión de sustratos, que por lo tanto determinan la especi.icidad de los mismos$ 8e un modo resumido, emos que la molécula del enzima está constituida por una combinación de regiones a= hélice ! de ho)as (laminas b#, .undamentalmente en la región de la prote"na que rodea al grupo hemo, mientras que las regiones más ariables son las que constitu!en los lugares de ancla)e a la membrana o de unión ! reconocimiento de sustratos$ @a alta conseración de la región del hemo, que se corresponde con el centro catal"tico del enzima, re.le)a un mecanismo com?n de trans.erencia de electrones ! de protones ! de actiación de o*"geno$ El enzima permanece anclado a la membrana a traés de una hélice hidro.óbica cercana al e*tremo 1=terminal, por lo que la ma!or parte de la prote"na se sit?a en la cara citosólica de la membrana$ Esta hélice transmembrana está seguida, por regla general, por una serie de aminoácidos básicos cu!os residuos interaccionan con las cargas negatias de los l"pidos de la membrana$
-e estima que ha! alrededor de 5G genes que codi.ican para citocromo P=450 en seres humano ! se encuentran en cantidad ma!or en células hepáticas ! enterocitos, pero probablemente están presentes en todos los te)idos$ En el h"gado ! en casi todos los otros te)idos, se encuentran principalmente en las membranas del ret"culo endoplásmico liso, que constitu!en parte de la .racción microsómica cuando el te)ido queda su)eto a .raccionamiento subcelular$ En microsomas hepáticos, los citocromos P= 450 pueden comprender hasta C0H de la prote"na total$ @os citocromo P=450 están presentes en casi todos los te)idos, aunque a menudo en cantidades ba)as en comparación con el h"gado$ En las suprarrenales, se hallan en las mitocondrias, as" como en el ret"culo endoplásmico las diersas hidro*ilasas presentes en ese órgano tienen un papel importante en la bios"ntesis de colesterol ! esteroides$ El sistema de citocromo P=450 mitocondrial di.iere del sistema microsómico por cuanto usa una .laoprote"na enlazada a 1%8P9, adrenodo*ina reductasa, ! una prote"na de hierro=azu.re no hem, la adrenodo*ina$ %demás, las iso.ormas de P450 espec".icas inolucradas en la bios"ntesis de esteroides por lo general están mucho más restringidas en su especi.icidad de sustrato$
%l menos seis especies di.erentes de citocromo P=450 se encuentran en el ret"culo endoplásmico del h"gado de ser humano, cada especi.icidades
de sustrato amplias !
un
una
poco superpuestas, !
con que
act?an tanto sobre *enobióticos como sobre compuestos endógenos$
IV FAMILIAS
DEL CYP450
% la .echa se han descrito más de G4 .amilias de la super.amilia de :AP450, 24 presentes en mam".eros ! dentro de éstas C sub.amilias, de las cuales, C0 se han encontrado en el genoma humano$ Para .ines prácticos, se denominan por un s"mbolo ra"z (:AP#, seguido de un n?mero arábigo para la .amilia, una letra para la sub.amilia ! otro n?mero árabe para el gen espec".ico$ -iendo las .amilias 2%C, C:3, C:23, C8, >%4 las principales en el metabolismo humano$ @as primeras .amilias de :AP450 estudiadas corresponden a las .amilias 2, C, > ! 4$ 8escritas en el metabolismo de *enobióticos o moléculas e*ógenas entre ellos los .ármacos o medicamentos, mientras que las .amilias 5, G, 22, 2G, 23, C2 ! CG del :AP450 participan, principalmente en el metabolismo de moléculas endógenas de naturaleza liposoluble$ 1o obstante, ambas .amilias pueden participar en ambos metabolismos$ Particularmente, es el caso del :AP450 CE2, éste está comprometido en el metabolismo o*idatio de medicamentos, procancer"genos ! proto*inas, ! es inducible por consumo de grasas ! además muestra una correlación positia en pacientes diabéticos tipo 2 con un pobre control metabólico, lo que podr"a serir como un biomarcador para un buen control metabólico en personas con diabetes mellitus$ En el hombre, los citocromos de ma!or releancia en la .armacogenética son los siguientes, el :AP450 >%4, iso.orma responsable de la o*idación metabólica de más del 50H de los .ármacos de uso cl"nico (G#, los :AP450 C: ! C8 que participan en el metabolismo de antidepresios, opiáceos, neurolépticos etc$ ! el :AP450 C que participa tanto en el metabolismo de esteroides como de *enobióticos ! es el que presenta ma!or cantidad de sub.amilias, en algunos miembros de esta .amilia, como CC, C, C< ! CI hasta el momento, no se ha demostrado que participen en el metabolismo de *enobióticos$ Por otra parte, como los miembros del :AP participan en el metabolismo de esteroides, éstos resultan ser los responsables de la respuesta di.erenciada
a niel de se*o, a .ármacos ! a *enobióticos, por el hecho que la hidro*ilación de hormonas ocurre por estos mecanismos enzimáticos, de tal manera que en las mu)eres están inducibles, lo cual las hace responder de manera di.erente a .ármacos dependiendo de sus caracter"sticas inductoras o inhibidoras$ El control de la regulación en la inducción de la super.amilia de citocromos es a traés de receptores nucleares$ Para la .amilia :AP450 2, con dos sub.amilias ! > genes 2%2, 2%C, 2J2, el control transcripcional de la e*presión de la enzima es com?n ! "a receptor nuclear aril hidrocarburo (%h7#$ @a super.amilia :AP450 C, inclu!e C0 sub.amlias, no comparten "as comunes de regulación en su inducción, ! participan distintos receptores nucleares como elK receptor actio constitutio (:%7#, %h7,
receptor
pregnano (P7# ! el del ácido retinoico (77#$ :AP450 > en el hombre contiene, sólo una .amilia con cuatro genes (>%4, >%5, >%G ! >%4>#$ 8e los cuales el >%4 ! >%G, están regulados por el receptor nuclear P7 mientras que el >%5 por el receptor para glucocorticoides$
IV8
1UNICON Y MECANISMO DE ACCIN
@os P450s requieren electrones para reducir el 6 C, salo e*cepciones que utilizan peró*idos$ -e clasi.ican en cuatro clases en .unción de cómo acceden los electrones desde el 1%8P9 hasta el centro catal"tico de la enzima$ @as prote"nas de clase / utilizan una reductasa que contiene L%8 (.errido*ina reductasa# para reducir a una .errosul.oprote"na (.errido*ina#, la cual trans.iere los electrones al :AP450$ @as de clase // necesitan una reductasa del :AP450 (:AP450 reductasa=1%8P9 dependiente# que contiene L%8ML&1 para la trans.erencia de electrones$ @as de clase /// no requieren un donador de electrones, son autosu.icientes dado que los genes del :AP450 ! :AP450= reductasa 1%8P9 dependiente están integrados en una sola prote"na$ @as de clase /< reciben los electrones directamente del 1%8P9$
En las bacterias ! eucariotas, los P450s de clase / se encuentran asociados a la membrana interna de la mitocondria, sin embargo, los de clase // son los más abundantes en eucariotas$ En los mam".eros los P450s ! las 1%8P9=citocromo
P450 reductasas no están asociados ! ambos están anclados de .orma independiente en la cara e*terna de la membrana del ret"culo endoplásmico liso mediante la región hidro.óbica del e*tremo 1=terminal$ @a actiidad de algunos P450 se e .aorecida por la interrelación estrecha con el citocromo b 5 microsomal como donador del segundo electrón$
%demás de sus .unciones biosintéticas, los P450s de las clases / ! // de todos los organismos participan en la biotrans.ormación de bs$ -on enzimas responsables
del
metabolismo
de
.ármacos
!
de
los
procesos
de
desinto*icación$ 1o obstante, en ocasiones participan en procesos de actiación contribu!endo
a la aparición de .enómenos tó*icos o de
carcinogénesis$ @os P450s de clase /// participan en la s"ntesis de prostaglandinas en mam".eros, mientras que el P450 de clase /< solo se ha identi.icado en hongos$
El mecanismo de catálisis enzimático, implica una primera trans.erencia electrónica por parte de la cadena electrónica, la cual cederá un total de C e= , de uno en uno$ @a cadena de trans.erencia en el =(!u%omo"a(
=u#i%a (es una de las especies de ma!or interés industrial entre las bacterias del género pseudomonas$ 8egrada compuestos aromáticos ! *enobioticos#$ ;na ez introducido el sustrato en el sitio actio, ! trans.erido el primer electrón e*terno, por parte de la anterior cadena de trans.erencia, se produce
la
reducción
del
Le>N
a
LeCN,
lo
que
prooca
una
desestabilización del sitio actio, !a que el Le CN, tiene menor a.inidad en el e)e a*ial, bien por el azu.re de la ciste"na o por la molécula de 9 C6, que el Le>N, proocando as" el ataque nucleo."lico de la molécula de dio*"geno, que desplaza al ligando a*ial de ciste"na o de agua, ocupando esa posición de coordinación$
El resultado es una rápida actiación, con cesión de un electrón por parte del LeCN al 6C, en una reacción de trans.erencia interna del electrón, produciéndose la o*idación del Le CN a Le>N, ! la reducción del 6C a anión superó*ido 6C= $ En este momento, se produce la trans.erencia del segundo electrón e*terno, por parte de la cadena de trans.erencia 1%89=L%8=rubredo*ina, con el resultado de una nuea reducción del Le>N a LeCN, lo que ocasiona que también de nueo, el LeCN, realice una segunda trans.erencia interna de un electrón, esta ez a la molécula de superó*ido 6 C=, resultando la o*idación de Le CN a Le>N, )unto a la reducción de 6C= a anión peró*ido 6CC=$
@a cesión ahora, de C hidrógenos, en .orma de 9N, supone la introducción de uno de los átomos de o*"geno en el sustrato ! la .ormación de una molécula de 9 C6, con el otro o*"geno de la molécula de 6CC=$ @as e*periencias realizadas con o*"geno marcado
2O
6,
con.irman que un átomo de la molécula de o*"geno se incorpora al sustrato, ! el otro se reduce a agua$ :onsiderando como sustrato la itamina 8 o colecalci.erol$ 1o obstante, un enzima como el citocromo P=450, que a eces necesita una unión directa al sustrato (tipo //# con el Le hemo, además de al
o*"geno molecular, ! recibir electrones, para trans.erirlos posteriormente, resulta de complicado mecanismo ! no se presta a una interpretación sencilla ! un"oca$ Poulos, pro.undiza un poco más en este mecanismo, con sustratos de tipo /$ El sustrato orgánico se une a la prote"na en la caidad del sitio actio, en una zona pró*ima al grupo hemo, sin unión directa, pero orientando espacialmente, para .aorecer la hidro*ilación$ @a .ormación del comple)o enzima=sustrato, prooca la pérdida de la molécula de agua ligada al Le (///# situada en el e)e a*ial, ! un cambio en el esp"n de ba)o a alto, ! que iene acompañado de un cambio en el potencial redo*, con un aumento, que desestabiliza el estado de o*idación N> del Le$ Esto prooca la trans.erencia del primer electrón e*terno, por parte de la cadena de trans.erencia electrónica, iniciada por el 1%89, ! la consecuente reducción a Le (//#$ Este centro actio de Le (//# tiene una gran a.inidad para la molécula de dio*"geno, que se une al Le en la posición acante del e)e a*ial$ &ecanismo propuesto para el citocromo P=450 con sustratos de tipo /
E.ectiamente el citocromo P=450 interiene en la reacción de hidro*ilación catal"tica$ EstabrooB ! :ol$ demuestran esta relación, mediante la coordinación del :6, el cual puede ser liberado por irradiación luminosa$ %s", se puede medir la actiidad enzimática de la C2=monoo*igenasa de esteroides, en presencia de :6 ! a longitudes de onda ariables$ @os resultados obtenidos, son similares al espectro óptico de un comple)o citocromo P=450=:6$
@os detalles de los mecanismos por los que los P=450s catalizan tan eleado n?mero de reacciones son toda"a desconocidos$ @a actiación del o*"geno, que parece ser similar en todos los P=450s (o al menos en todos los estudiados#, es precisamente el aspecto me)or conocido (5#$ El centro catal"tico de los P=450 es el átomo de hierro he*acoordinado (con los 4 anillos de la protopor.irina /, con el grupo tiol de un residuo de ciste"na de la cadena polipept"dica ! con el solente, normalmente agua#$
