Clasa 1 OXIDOREDUCTAZE OXIDOREDUCT AZE EC: 1
1
OXIDOREDUCTAZE - Definiție și caracteristici generale Catalizeaz ă procesele celulare de oxidoreducere, oxidoreducere, procese ce se desfăşoară prin transport de hidrogen, electroni şi oxigen de la un substrat donor la acceptor. Cofactorii oxidoreductazelor se pot diferenţia în - transportori de hidrogen - transporto transportori ri de electroni electroni - transporto transportori ri de oxigen oxigen.
Dehidrogenaze - catalizează (de obicei reversibil) transferul de hidrogen de la un substrat donor de hidrogen (notat DH2) la acceptorul de hidrogen (notat A) •
DH2 + A
D + AH2
Denumirea sistematică: donor de echivalenţi reducător reducătorii : acceptor de echivalenţi reducăto reducători ri oxidoreductaze .
2
Oxidaze sau oxigenaze = catalizează scoaterea hidrogenului de pe un substrat (DH 2)
utilizând oxigenul ca acceptor. Produşi de reacţie: apa (H2O) sau peroxidul de hidrogen (H 2O2). DH2 (Red)
O2
DH2
Oxidaze (Oxigenaze)
D (Ox)
H2O
O2 Oxidaze (Oxigenaze)
D
H2O2
Oxigenazele - două grupe: A. Dioxigenaze Dioxigenaze – încorporeaz atomi de oxigen oxigen în – încorporeazăă ambii atomi în molecula substr substratului atului (notat D): D + O2
DO2
B. Monooxigenaze Monooxigenaze sau hidroxilaze – catalizează catalizează încorporar încorporarea ea unui singur singur atom de oxigen în molecula molecula de substrat substrat (notat, (notat, în acest caz, caz, DH), iar celălalt este este redus redus la apă: DH + O2 + AH AH2
D-OH + A + H2O
unde DH – substrat donor de hidrogen; AH2 – cosubstrat donor de hidrogen; D-OH este substrat hidroxilat 3
Transportori de hidrogen COENZIME NICOTINICE (COENZIME PIRIDINICE)
4
COENZIME TRANSPORTOARE DE HIDROGEN
COENZIME NICOTINICE (COENZIME PIRIDINICE).
Structură chimică: cele două forme biologic active ale amidei nicotinice (vitamina B 3): Nicotinamid adenindinucleotid - NAD+ (în forma oxidată) Nicotinamid adenindinucleotid fosfat fosfat -NADP+ (forma oxidată).
NH2
+ N
N
Nicotinamidã
N O
O
1'
2'
3'
OH
OH
două nucleotide legate între ele prin intermediul
NH2
O C
Acestea sunt compuse din
5' CH2 4'
O
P OH
O
P OH
O
5' CH2
N N Adeninã
NADP+ posedă o grupare fosforil
în plus, legată legată de C2 al restului
O
de riboză legat de adenină
1'
4' 3'
O
grupărilor fosfat, printr-o legătură fosfoanhidridică
2'
NAD+ OH
OH
esterificat cu H3PO4 NADP+
OPO3H2
5
Mecanism de acţiune Nucleotidele NAD+ şi NADP+ funcţionează ca acceptori reversibili ai echivalenţilor reducători: protoni şi electroni, şi deci ca transportori de hidrogen.
Reacţia generală :
NADH + H+
NAD+ + 2H (2e- + 2H+)
NADP+ + 2H (2e- + 2H+)
H
O C
NH2
+ N R
NAD+ sau NADP + (forma oxidatã)
2[H]
NADPH + H+
H
H O C
NH2
+
2[H]
H+
N R
NADH + H+ sau NADPH + H+ (forma redusã)
6
O
H 4 5 6
C
H NH2 H
3 + N1
2
+
D H
H
4
H
Substrat oxidat (D) Substrat redus (DH2)
O C
NH2
1 N
+
R Formula generalã a coenzimelor nicotinice oxidate (NAD+ sau NADP+)
H
+
H+
R
Formula generalã a coenzimelor nicotinice reduse (NADH+ sau NADPH+)
Unul din electroni este utilizat pentru neutralizarea sarcinii atomului de azot
cuaternar în poziţia 1 iar un electron şi un proton dau naştere atomului de hidrogen care se fixează în poziţia 4, formâdu -se NADH şi NADPH. Cel de-al doilea proton (H+) eliberat de substrat rămâne liber în mediul de reacţie.
7
Caracteristici funcționale •
NAD+ și NADP+ au funcție de coenzime, adică sunt slab legate de suportul
proteic apoenzimatic •
au potențial de oxidoreducere foarte scăzut: E’o= - 0,32 V
•
reacțiile catalizate de enzimele NAD + și NADP+ dependente sunt, în general
reversibile •
formele reduse NADH + H+ intervin în prima etapă în transportul de hidrogen
din cadrul lanțului respirator mitocondrial (reacționează direct cu substratul). •
formele reduse NADH + H+ și NADPH + H+ reprezintă o rezervă de echivalenți
reducători necesari pentru diverse reacții de biosinteză •
formele reduse NADPH + H+ nu intervin în lanțul respirator mitocondrial.
•
formele reduse NADPH + H+ intervin în reacțiile de hidroxilare microzomală. 8
Exemple de enzime NAD+ dependente
CH3-CH2-OH + Alcool etilic
NAD+
alcool dehidrog enaza
O H3C
C
+
NADH + H+
H
Acetaldehidã
Alcool dehidrogenaza – denumire convențională
Alcool : NAD + oxidoreductaza, EC: 1.1.1.1
9
Enzime NAD+ dependente CH3 C
NADH
+H+
CH3
NAD+
HO
O
COOH
Acid piruvic
lactat-dehidrogenaza (EC:1.1.1.27)
CH COOH
Lactat : NAD + oxidoreductaza
(enzimă Zn2+ dependentă)
Acid L-lactic
NADH + H+
COOH HO
NAD+
CH CH3 COOH
Acid L-malic
COOH C O
malat-dehidrogenaza (EC:1.1.1.37)
Malat: NAD+ oxidoreductaza
CH2 COOH
Acid oxalilacetic
10
Enzime NAD+ dependente α-Glicerofosfat : NAD+ oxidoreductaza, EC 1.1.1.95
CH2
OH
CH2
OH -glicerofosfat-DH
HC CH2
OH
O
O
P
C OH
NAD
CH2
+
-glicerofosforic
O
P
OH
OH
OH Acid
O
O
NADH + H +
Dihidroxiacetonfosfat
11
Enzime NAD+ dependente H2O
COOH
NAD(P)H+H+
NAD(P)+
H2 N
CH
COOH C
glutamat-D H (EC: 1.4.1.3)
CH2
O
CH2
CH2
CH2
COOH
COOH
Acid L-glutamic
+ NH3
Acid -cetoglutaric
Glutamat: NAD(P)+ oxidoreductaza
12
Enzime NADP+ dependente H2 C O PO3H2 O
H2 C O PO3 H2
Glucozo-6-fosfat-dehidrogenaza (EC: 1.1.1.49)
O
OH
OH OH
OH OH
-D-Glucozo-6-fosfat
Gly
Cys
Glu
OH
NADP+ NADPH + H +
OH
Acid 6-fosfo-gluconic
NADP+ NADPH+H+
S
2 Gly glu tati on reductaza (EC:1.6.4.2)
S Gly
Cys
O
Glu
Glutation oxidat (G-S-S-G)
D-glucozo-6-fosfatNADP+ oxidoreductaza
Gly- glicinã (glicocol) Cys-SH- cisteinã Glu- acid glutamic
Cys
Glu
SH
NADPH2 : glutation oxidoreductaza
Glutation redus (G-SH)
13
Enzime NADP+ dependente CH3 HOOC
CH2 C
O CH2 C ~ SCoA
OH
-Hidroxi- -metilglutaril~SCoA (HMG~SCoA) 2NADPH + 2H+
H M G~SCoA r eductaza (EC: 1.1.1.34)
HS-CoA
2NADP+
CH3 HOOC
CH2 C OH
CH2 CH2
OH
Acid mevalonic
Enzima care intervine în biosinteza colesterolului 14
Enzime NADP+ dependente H2 N
H2 N C
H N
H N CH2
H2 N
CH
CH2
NADP+
NADPH+H+
2 O2
CH2 CH2
O
C
NH2
CH2 +
ni tri c oxi d sin taza (EC: 1.14.13.39)
COOH L-Argininã
CH2
H2 N
CH
NO
+
2H2O
Monoxid de azot
COOH L-Citrulinã
FACTOR DE RELAXARE
ENDOTELIALĂ
terahidrobiopterinã (BH 4)
Reacția este complexă și are mai mulți cofactori:
flavin mononucleotid (FMN) flavin adenindinucleotid (FAD) calmodulinã (CaM)
15
Flavin-enzime. Cofactori transportori de hidrogen
cu structură flavinică FAD FMN
16
Cofactori cu structură flavinică- transportori de hidrogen. Flavin-enzime Flavin mononucleotid – FMN Flavin adenindinucleotid – FAD •
Sunt grupări prostetice pentru un număr relativ mare de flavoproteine şi flavin-enzime (strâns legate de partea proteică a enzimei)
•
•
•
•
Alte denumiri: fermentul galben al lui Warburg, ovoflavină, lactoflavină sunt forme biologic active ale vitaminei B2 (riboflavina).
FMN are structură mononucleotidică , FAD are o structură dinucleotidică . 17
Structura flavin mononucleotidului (FMN) = izoaloxazină-ribitil-fosfat O H3C
5 6 7
H3C
8
N 10
4
3 NH
2
9
N
Nucleul izoaloxazinã
N
O
1
1'CH2 2'CH
OH
3'CH
OH
4'CH
OH
5'CH2
O
6,7 dimetil, 9 ribitil izoaloxazină = RIBOFLAVINĂ (vitamina B2)
Ribitil
OH P
OH
O
Riboflavină - fosfat 18
Structura flavin adenindinucleotidului (FAD) O H3C
5 6 7
H3C
8
N 10
4
3 NH
2
9
N
Nucleul izoaloxazinã
N
O
1
Adeninã
CH 2 CH
OH
CH
OH
NH2
N N
CH OH OH CH 2
O
P O
N
N
OH O
P
O
CH2 O
O
OH
OH
Izoaloxazină -ribitil- fosfat - fosfat - riboză - Adenină 19
Mecanism de acţiune 10
H3C H3C
N 9
N
H
O 2[H]
4
N
H3C
NH
O NH
10 1
N 1
O
H3C
2[H]
N
R
R H+ + e-
N
O
H
H+ + e-
FAD sau FMN (forma oxidatã)
FADH2 sau FMNH 2 (forma redusã)
H
. N
O
+
H3C drept transportori FMN şi FAD pot funcţiona de hidrogen datorită 4 NH 10 capacităţii lor de a lega reversibil hidrogenul la atomii N 1 şi N10 din nucleul H3C
N izoaloxazinic.
N
O
În forma oxidată nucleul izoaloxazinic este plan iar în forma redusă are loc R o pliere a sa în jurul unei axe imaginare N1-N10. .
FADH sau FMN (semichinonã)
.
20
Caracteristici structurale •
•
•
•
Legătura dintre ribitil şi dimetil-izoaloxazină nu este N-heterozidică Legătura cu partea proteică a enzimelor este puternică (grupare prostetică) O grupare funcţională de alcool primar din ribitil este esterificată cu H 3PO4, (FMN reprezintă de fapt esterul fosforic al vitaminei B 2) sunt metal-flavoproteine, cu ioni metalici în structură : –
•
succinat-dehidrogenaza are fier neheminic,
–
xantinoxidaza conţine fier şi molibden,
–
butiril ~ SCoA dehidrogenaza are cupru
Potenţialul de oxidoreducere a enzimelor flavinice are valoare negativă: FAD - Eo’= - 0,05V FMN - Eo’= - 0,10V FAD şi FMN participă la lanţul respirator mitocondrial , preluând hidrogenii de la coenzimele nicotinice pe care îi cedează coenzimelor Q (ubichinonelor) –
–
•
21
Legătura cu partea proteică a enzimelor este puternică (grupare prostetică) 22
Exemple de enzime dependende de FAD Succinat dehidrogenaza (SDH) EC:1.3.99.1
COOH CH2
+
Enz
HOOC
C
H + Enz
FAD
CH2
H
C
COOH
COOH Acid fumaric
Acid succinic
Succinat:FAD oxidoreductaza (4 atomi de Fe FADH2 neheminic, 4 atomi
de S legați de proteină)
O CH3
CH2
CH2
C ~SCoA
butiril~SCoA FAD butiri l~SCoA - D H (EC: 1.3.99.2)
CH3
FADH2 H C
O
C C ~SCoA H crotonil ~SCoA
23
Enzime dependende de FAD
FAD
O N
HN
FADH2
O
Xanti n oxidaza
N
HN
Molibden
N
N H
Hipoxantina
N N H H Xantina
O
O2 H2 O2
O2
FAD
Xanti n oxi daza (EC: 1.1.3.22)
FADH2
O HN O
Are FAD, molibden și Fe-S proteine în structură
H2O2
H N O
N H
N H
Acid uric 24
Oxidarea aminoacizilor : flavin-enzimele în reacţia catalizată de L/D aminoacid oxidaze FMN/FAD dependente (EC 1.4.32)
CH COOH + Enz
R
FMN
R
C
COOH +
R
HOH
Iminoacid
FMNH2 + O2 H2O2
Reactia globalã: R
FMNH2
C
COOH
+
NH3
O Cetoacid
NH
Enz
+ Enz
NH Iminoacid
NH2 Aminoacid R
C COOH
Enz Catalaza
CH COOH+ 1/2 O2 NH2 Aminoacid
FMN +
H2O +
R
C
H2O2
1/2 O2
COOH + NH3
O Cetoacid
25
Localizarea flavoproteinelor cu FMN şi FAD în complexele enzimatice din lanţul respirator mitocondrial cuplat cu fosforilarea oxidativă (sinteza ATP). ATP
NADH+H+
ATP
Complexul V
Complexul I FMN Fe-Sulf proteine
ATP
CoQ
1 / O 2 2
NAD+ Citocromi b Succinat
FAD Fe-Sulf proteine
CoQH2
c1
Complexul III
a-a3 H2O Complexul IV
Fumarat
Complexul I I
26
UBICHINONELE (COENZIMELE Q) COFACTORI ENZIMATICI TRANSPORTORI DE HIDROGEN
27
•
Ubichinonele sau coenzimele Q = grup de compuşi liposolubili omologi, cu structură benzochinonică , specifici mitocondriei
Denumire: •
ubi = răspândire ubicuitară: la plante, la microorganisme, la animale
•
chinone - au structură chinonică
•
prezentă în toate celulele şi ţesuturile
Structură: nucleu de benzochinonă substituit cu: 2 gr. metoxi, 1 gr. metil și 1 lanț poliizoprenoidic CH3
O H3 C
O
6
1
2
H3 C
O
5
4
3
O
CH2
CH3
CH
C
CH2
H n
n = 6 pentru ubichinonele de la levuri n = 8 sau 9 pentru ubichinonele de la microorganisme n = 10 pentru ubichinonele de la animale si om
2-decaprenil--5,6-dimetoxi-3-metil-1,4-bezochinona
28
Particularități structurale ale moleculelor de ubichinone •
denumirea de “coenzimă” este improprie deoarece ea nu intră în
componenţa unei enzime; •
lanţul poliizoprenic din structura coenzimei Q 10 îi permite integrarea în zonele bogate în lipide din celulă, în special în
structurile de membrană; •
sunt solubilizate în complexe fosfolipidice => rol de transportor de hidrogen mobil, făcând naveta între transportorii fixaţi la nivel mitocondrial.
29
Mecanism de acțiune •
acceptă şi cedează reversibil 2 atomi de hidrogen: O CH3O
OH R
CH3
CH3O
+ 2H
Ubichinona (Q) (forma oxidatã)
•
•
R
- 2H
O
•
CH3O
Potenţial de oxidoreducere
CH3
CH3O OH
Ubichinol (QH2) (forma redusã)
Eo’= -0,01V
=> deci în celulă ele oxidează enzimele cu potențial redox mai scăzut , cum sunt enzimele flavinice
în lanţul respirator mitocondrial se plasează între sistemele enzimatice cu potenţial redox negativ –flavinele, şi cele cu potenţial pozitiv -citocromii 30
Mecanism de acțiune CH3
O CH3O
CH2
CH
CH2
C
H 10
CH3
CH3O O
Ubichinona (Q)
+ e-
- e-
CH3
OCH3O
CH2
CH
C
CH2
H 10
CH3
CH3O
.-
O + 2H+ + e-
Anion semichinonic (Q )
- 2H+ - e-
CH3
OH CH3O
Reducerea ubichinonei la ubichinol poate avea direct cu doi atomi de hidrogen, în trepte, prin trei nivele de oxidare ce includ şi un compus intermediar semichinonic, care este un radical liber (Q •)
CH2
CH
C
CH2
H 10
CH3O
CH3
31
Ubichinona- componentă a lanţului respirator mitocondrial
SH 2
Co mplexul I
NA D+
S
NA DH +H +
Fumarat
Succinat
FMNH 2
FADH2
CoQH 2
/2 O2
Com plexul IV
Com plexul II
FMN
FAD
1
CoQ Fe2+
Fe3+
Fe2+
Cyto b
Cyto c
Cyto a+a3
Fe3+
Fe2+
Fe3+
H2 O
Com plexul II 32
Schema generală de biosinteză a coenzimei Q 10 2 Acetil-CoA
Fenilalanina
Acetoacetil-CoA Tirozina HMG-CoA HMG-CoA reductaza 4-OH-Fenilpiruvat
Mevalonat Mevalonat - P
4-OH-Fenillactat
Mevalonat - PP Izopentenil - PP
4-OH-Cinamat
4-OH-Benzoat
trans Preniltransferaza + Decaprenoil - PP
Geranil - PP
Geranil-geranil -PP
Farnesil - PP cis-Preniltransferaza Scualen
Decaprenil4-OH-benzoat transferaza
Poliprenil - PP (IZOPRENE)
Colesterol
Decaprenoil-4-OH-benzoat
Coenzima Q10
Lanţ lateral pentru vitamina E, vitamina A, vitamina K.
Izoprenilarea proteinelor Dolicol-
33
ALȚI COFACTORI TRANSPORTORI DE HIDROGEN
ACIDUL LIPOIC
34
•
Acidul lipoic (acid tioctic) – STRUCTURĂ CHIMICĂ
Acidul 6,8 – ditio-octanoic
8
H2C
H2 C 7
1
6
COOH
(CH2)4
CH
5
S
S Acid -lipoic
H2 C
8
H2C
O
5 6
3
CH2
CH
CH2 4
S
1
CH2
C
CH2
OH
2
S Acid lipoic 35
Acidul lipoic - Particularități structurale
•
compus biologic activ, vitamin-like, sintetizat în
organismele vegetale şi animale, inclusiv în
8
H2C
H2 C 7
potenţialul de oxidoreducere Eo’ = -0,29 V
S
funcționează, reversibil, ca acceptor-donor de hidrogen
(CH2)4 5
COOH
S Acid -lipoic - forma oxidată
-2H 8
H2C •
CH
1
organismul uman •
6
H2 C 7
6
CH
+2H 1
(CH2)4 5
COOH
SH
SH
Acid -lipoic - forma redusă (acid dihidro-lipoic) 36
Acidul lipoic - Particularități structurale și funcționale •
Îndeplineşte rolul de cofactor, după legarea sa de proteina apoenzimatică; această legătură se stabileşte între gruparea - COOH a acidului lipoic şi gruparea ε-amino a lizinei din catena polipeptidică Rest de lizină din proteina enzimatică HN
O C
S
S
N H
CH2 CH2 CH2 CH2 CH C O
Acid lipoic oxidat legat de partea proteica a enzimei (lipoil- -aminolizina) 37
ACIDUL LIPOIC particularități
funcționale
Rest de lizinã din proteina enzimaticã
8
H2C
H2 C
6
H2 C
CH
S
C H2
H2 C
O C C 1 H2
HN N H
CH2 CH 2 CH2 CH2 CH C O
S
Acid lipoic legat de proteina enzimaticã (forma oxidatã)
O C
R
OH
Acid gras •
Prin ruperea punţii
disulfurice, acidul lipoic are capacitatea de a transporta
şi o grupare acil.
8
H2C
H2 C
SH
O 6
S Acil
transportul concomitent
de hidrogen şi de grupări acil
8
H2C
H2 C
SH
C
CH
HN N H
CH2 CH2 CH 2 CH2 CH C O
HSCoA Acil~SCoA
O 6
CH
C
HN N H
CH2 CH 2 CH 2 CH2 CH
SH
Acid lipoic legat de proteina enzimaticã
C O
38
Acidul lipoic - cofactor pentru complexe enzimatice dehidrogenazice •
Acidul α-lipoic, legat în forma de lipoamidă , funcţionează drept cofactor (grupare prostetică) î n structura unor complexe enzimatice mitocondriale, care catalizează reacții de decarboxilare oxidativă a cetoacizilor potenţial de oxidoreducere Eo’ = -0,29 V, ceea ce îi dă posibilitatea de
a funcţiona împreună cu molecula de FAD CH3 C
O
COOH
Acid piruvic
TPP, acid lipoic, HS-CoA, FAD, NAD+
COOH C O CH2 CH2
O
piruvat-dehidrogenaza
H3C
C ~SCoA
+ CO2 + NADH + H+
Acetil coenzima A COOH
a-cetoglutarat-dehidrogenaza
TPP, acid lipoic, HS-CoA, FAD, NAD+
COOH Acid -cetoglutaric
CH2 CH2
+ CO2 + NADH + H +
O C ~SCoA Succinil-coenzima A 39
ACIDUL LIPOIC
Utilizare terapeutică Produse farmaceutice
Este un antioxidant natural, cu reactivitate înaltă față de
radicalii liberi Este bine absorbit la nivel gastro-intestinal Este neuroprotector
Interacționează sinergic cu alți antioxidanți și regenerează vitaminele E și C Crește nivelul tisular al glutationului, unul dintre principalii antioxidanși endogeni, al cărui nivel scade odată cu vârsta Util în: neuropatiile diabetice, ateroscleroză, boli neurodegenerative, (Parkinson, Alzheimer), protector hepatic 40
Oxidoreductaze transportoare de electroni
TRANSELECTRONAZE
41
Oxidoreductaze cu fier heminic. Hem-enzime Citocromii •
Keilin – 1925
•
Fier-proteine cu localizare mitocondrială
•
Participanți activi la lanțul respirator
•
Unii sunt localizați în microzomi
•
Se cunosc aproximativ 100 citocromi
•
Gruparea prostetică: fier-porfirinică
•
Au structură heminică
•
Realizează transferul reversibil al unui singur electron- prin intermediul
atomului de fier situat în centrul hemului Fe(II)
Fe(III).
42
CITOCROMII – Structură chimică Citocromii a Fier-proteine având o structura de tip protoporfirinic (nucleu tetrapirolic) ce are la bază pirolul •
•
Denumirea de porfirine (din
limba greacă) se datorează culorii purpurii a acestor compuşi •
Porfirin ă + FIER = HEM
•
HEMUL reprezintă subunitatea
prostetică a numeroase hemoproteine, printre care şi citocromii
pirol
Atomul de fier (Fe 2+ sau Fe3) se leagă prin legături coordinative de cei patru atomi de azot tetrapirolici. •
43
Structuri tridimensionale ale citocromului c •
Citocromul c = heteroproteină
globulară prezentă în mitocondria de la toate organismele eucariote. •
un singur lanţ polipeptidic format
din 104 de aminoacizi. 40% din structura polipeptidului •
este constituit din lanţuri de tip -helix, iar restul de tip , sau plieri neregulate
44
Mecanism de acţiune •
•
•
•
Citocromiii a, b, şi c sunt prezenţi la nivelul membranei mitocondriale şi fac
parte din complexele lanţului respirator. Structurile heminice din citocromii a şi b nu sunt leagate covalent de partea proteică. Potenţialele de oxidoreducere ale citocromilor sunt pozitive, ei fiind plasaţi în lanţul respirator mitocondrial în ordinea crescătoare a potenţialelor lor redox. Transportul electronilor se face pe baza transformărilor redox reversibile ale atomului de fier heminic : Citocrom - Fe3+
+
e-
Citocrom - Fe2+
45
•
Citocromii P450 şi b5 Componente active ale lanţului transportor de electroni situat la nivelul reticulului endoplasmic neted (microzomi).
•
Citocromii P450 (EC: 1.14.14.1) = o familie multigenică de hemoproteine cu proprietăţi diferite de cataliză, de specificitate pentru substrat, şi de
sensibilitate la tratamentul cu diferiţi inductori. •
•
•
•
•
Complexul citocromului cu monoxidul de carbon (CO) este un pigment (P)
cu un maxim de absorbţie la 450 nm. Apoproteina are o masă moleculară cuprinsă între 45.000 şi 50.000 daltoni. Multiplicitatea şi eterogenitatea citocromilor P450 a necesitat elaborarea unei nomenclaturi bazată pe procentul de omologie al secvenţelor proteice, această nomenclatură fiind adusă la zi o dată la doi ani. În 2009: a 55-a aniversare a descoperirii citocromilor P450, fiind identificate la om numeroase izoenzime ce prezintă un interes farmacologic şi toxicologic. La om, cele mai implicate enzime în metabolismul medicamentelor sunt izoformele: CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9, CYP1A2, CYP2C19
46
Citocromii P450 şi b5 Citocromul P450 este o oxidază terminală într-un lanţ multienzimatic cu funcţie mixtă în care mai intervin NADPH-citocrom P450 reductaza şi NADH-citocrom b5 reductaza. Aceşti citocromi participă la 1) reacţiile de hidroxilare din biosinteza unor molecule endogene: colesterol, hormoni steroizi, calciferoli, acizi graşi hidroxilaţi, acizi •
•
biliari, aminoacizi aromatici 2) reacțiile de metabolizare a compuşilor xenobiotici: medicamente, pesticide, aditivi alimentari •
Citocromul P450 are rol de monooxigenază cu funcţie mixtă: Cit. P450
R-H + NADPH + H+ + O2
R-OH + NADP+ + H2O
Capacitatea P450 de a biotransforma numeroase molecule exogene diferite permite organismelor vii de a se adapta la mediul înconjurător !! 47
Transelectronaze Subclasa 1.11 (acceptor de H 2O2)
CATALAZA EC: 1.11.1.6 HEM-ENZIME
48
•
Catalaza (EC: 1.11.1.6) = hem-enzimă, cu masa moleculară de 250.000
•
Daltoni, constituită din 18 lanţuri polipeptidice notate cu A, B, C şi D. Fiecare catenă conţine 120 resturi de aminoacizi , în care predomină acidul aspartic
•
Catalaza are drept grupare prostatică patru molecule de hem, deci patru atomi de fier
Catalaza produce reacţia de dismutare a peroxidului de hidrogen; 1 mol de catalază descompune 5 x 106 moli H2O2. H2O2
+
H2O2
2H2O
+
O2 49
Oxidoreductaze cupru-dependente
Transelectronaze cu cupru (cupru-enzime)
50
•
Transelectronazele cu cupru sunt oxidaze care transferă electroni de pe un metabolit pe oxigenul molecular ( deci reacţionează direct cu O 2)
•
Transportul electronilor se face pe baza transformărilor redox reversibile ale atomului de cupru, mecanismul de acţiune fiind: Cu2+
+
e-
Cu+
Exemple de transelectronaze cu cupru :
uricaza fenol oxidazele ascorbat oxidaza ceruloplasmina superoxid-dismutaza •
•
•
•
•
51
Uricaza (sau urat-oxidaza, EC: 1.7.3.3; urat:oxigen-oxidoreductaza) •
Enzima care transformă acidul uric în alantoină la toate mamiferele, cu excepţia
primatelor şi a omului. Uricaza recombinată (preparată prin inginerie genetică, ADN recombinat) a fost studiată şi propusă de curând ca posibil medicament în hiperuricemie (gută). •
O H N
HN O
1/2 O2 O
N H
N H
O NH2
URICAZA
Acid uric
NH2
H2O
O
O
N
N H
Alantoina
CO2
COOH
N
NH2
NH2 2O
C
COOH 52
Fenol-oxidazele Enzime care catalizează hidroxilarea monofenolilor la difenoli , şi apoi a difenolilor la chinone. •
Polimerizarea rapidă a acestor chinone conduce mai departe la formarea pigmenţilor coloraţi (polifenoli), proces întâlnit sub numele uzual de “brunificare” a fructelor şi legumelor (mere, pere, gutui, cartofi), în prezenţa •
oxigenului.
În funcţie de substratul catalizat fenol-oxidazele sunt clasificate în tirozinaze (sau monofenol oxidaze) şi catecol -oxidaze (sau difenol oxidaze). Fenilalanină -4-hidroxilaza (EC: 1.14.16.1) este o monooxigenază care catalizează hidroxilarea fenilalaninei la tirozină . •
•
COOH COOH H2 N
H2 N
CH
CH CH2
CH2
fenil-alanin-4-hidroxilaza + NADPH+H+ + O2 L-Fenilalaninã
+ NADP+ + H2 O citocrom P450
acid ascorbic Cu+
OH
L-Tirozinã 53
Ascorbat oxidaza (sau ascorbaza, EC: 1.10.3.3; L-ascorbat : O2 oxidoreductaza) participă la metabolismul oxidativ al acidului ascorbic, cu formarea celor două forme vitaminice redox active: acid ascorbic şi acid dehidroascorbic. •
O
C
HO
C
HO
C
O a s c o r b a t o x i d a za
HC HO
C
O
C
O
C
Cu+ OH
Acid L-ascorbic
O
+ H2O
HC
+ 1 /2 O2
CH
H2C
O
HO
CH
H2C
OH
Acid L-dehidroascorbic
54
Ceruloplasmina
Feroxidază (Fe2+:oxigen oxidoreductază, EC:1.16.3.1) este o metal-proteină multifuncţională transportor de cupru, agent anti-inflamator, antioxidant plasmatic captator de radicali liberi 2-glicoproteină ce conţine 8 atomi de cupru în moleculă. sintetizată la nivel hepatic • •
• •
acţionează ca oxidază rol în metabolismul fierului, împreună cu transferina (care îl transportă numai sub formă ferică) catalizează oxidarea Fe3+ în Fe2+, favorizând captarea fierului de către transferină şi utilizarea sa mai departe în biosinteza hemoglobinei. • •
•
Ceruloplasmina
4Fe2+
+
4H+
+
O2
4Fe3+
+
2H2O
55
