Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Cytochromy - wiedza w pigułce
Cytochromy - wiedza w pigułce
Cytochromy to grupa białek biorących udział w transporcie elektronów wzdłuż łańcucha oddechowego, w ramach procesu oddychania komórkowego w mitochondriach. Są one związane z błonami komórkowymi, na przykład z wewnętrzną błoną mitochondrialną, a ich elementem wspólnym jest cząsteczka hemu, znajdująca się w centrum aktywnym białka, dzięki której cytochromy zaliczane są do hemoprotein. Zazwyczaj hem kojarzony jest z transportem cząsteczek tlenu przez hemoglobinę, tutaj natomiast jego rola polega na przenoszeniu elektronów, co jest możliwe dzięki obecności atomu żelaza w jego strukturze. Atom ten jest w stanie w bardzo prosty sposób przyjmować i oddawać elektrony, przełączając się między formą utlenioną (Fe3+) a zredukowaną (Fe2+).

Hem posiada również zdolność absorpcji promieniowania elektromagnetycznego, której maksimum zależy od stopnia utlenienia atomu żelaza. W stanie utlenionym, maksimum absorpcji występuje zawsze przy niższych długościach fali światła, niż w przypadku formy zredukowanej, przy czym wartości te i tak różnią się od siebie w zależności do rodzaju omawianej cząsteczki hemu. Idąc tym tropem, cytochromy posiadające w swojej strukturze różne cząsteczki hemu wykazują maksimum absorpcji światła przy różnych długościach jego fali. Fakt ten znalazł zastosowanie w nazewnictwie tych białek. Przykładowo, cytochrom b562 posiada w swojej strukturze cząsteczkę hemu b, a maksimum absorpcji światła przez białko w stanie zredukowanym obserwuje się przy długości fali równej 562 nanometrów. W celu określenia tej wartości do analizy stosuje się takie białka, w których hem jest dodatkowo związany z cząsteczką tlenku węgla.

 

Cytochromy zostały po raz pierwszy odkryte w 1920 roku przez niejakiego Davida Kellina, który jako pierwszy użył wyżej opisanej metody nazewnictwa, opisując cytochrom a jako a605, cytochrom b jako b565 oraz cytochrom c jako c550. Obecnie wiadomo, że istnieje ich dużo więcej, przy czym kilka najważniejszych, wchodzących w skład kompleksów łańcucha oddechowego, określa się bez użycia liczby, dodając ewentualnie indeks z pojedynczą cyfrą w celu odróżnienia poszczególnych form od siebie.

 

Funkcje najważniejszych cytochromów

Cytochrom b wchodzi w skład dwóch transbłonowych kompleksów białkowych: cytochromu bc1 i cytochromu b6f. Pierwszy z nich to nic innego jak kompleks III łańcucha oddechowego – reduktaza koenzym Q: cytochrom c (EC 1.10.2.2), której zadaniem jest transport elektronów z koenzymu Q, znajdującego się w matrix, na cytochrom c umiejscowiony w przestrzeni międzybłonowej. Drugi kompleks – b6f – to reduktaza plastochinon: plastocyjanina (EC 1.10.99.1), umiejscowiony w błonie tylakoidów chloroplastów i biorący udział w transporcie elektronów z fotoukładu II na fotoukład I w ramach fazy jasnej fotosyntezy. Reakcja ta jest analogiczna do tej prowadzonej przez cytochrom bc1, zmianie ulegają jedynie cząsteczki oddające i przyjmujące elektrony. Cytochromy c1i fposiadają podobną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu powyższych kompleksów, nawet mimo drobnych różnic w ich budowie. Pierwszy z nich przenosi elektrony na oksydazę cytochromu c (kompleks IV łańcucha oddechowego, EC 1.9.3.1), natomiast drugi z nich przenosi elektrony na cząsteczkę plastocyjaniny.

 

Cytochromy P450

Osobną grupę białek stanowią cytochromy P450, których rola polega na utlenianiu związków toksycznych oraz różnego rodzaju metabolitów w celu detoksykacji tkanek niemal wszystkich organizmów żywych. Geny kodujące różne formy cytochromu P450 znaleziono również w genomie ludzkim, a ich ilość wynosi obecnie 57. Zostały one podzielone na 18 grup, według funkcji, jaką pełnią. Nazwa każdego genu kodującego cytochrom P540 zaczyna się od sekwencji „CYP”(ang. cytochrome P450), po której następuje numer grupy oraz oznaczenie konkretnego cytochromu kodowanego przez omawiany gen z tej grupy. Dla przykładu, gen CYP7B1 koduje enzym z grupy 7, określany jako cytochrom P450 B1 – w tym przypadku jest to 7-α-hydroksylaza 25-hydroksycholesterolu (EC 1.14.13.100).

 

Mimo faktu, że każda grupa cytochromów P450 pełni nieco inną rolę, wszystkie z nich posiadają jedną wspólną cechę – jest nią maksimum absorpcji światła widzialnego, osiągane przy długości fali wynoszącej około 450 nm, co wyjaśnia objęcie wszystkich enzymów jedną nazwą. Cytochromy P450 mają w swojej strukturze cząsteczkę hemu b, z którą wiążą się za pośrednictwem wiązań koordynacyjnych utworzonych między resztami cysteiny a żelazem. Warto dodać, że w przypadku hemoglobiny bądź mioglobiny, hem b jest związany z białkiem dzięki obecności reszt histydynowych.

 

Ciekawym odkryciem jest zdolność cytochromów P450 do dimeryzacji z cząsteczkami cytochromu b5. Zjawisko takie zaobserwowano między innymi w mikrosomach hepatocytów, czyli organellach powstałych po rozpadzie komórek z fragmentów błony retikulum endoplazmatycznego. Ponadto cytochrom b5 może pełnić funkcję aktywatora bądź inhibitora dla reakcji katalizowanych przez cytochromy P450. Przykładem mogą być reakcje rozkładu metoksyfuranu czy 7-etoksykumaryny, prowadzone przez P450 w organizmie ludzkim, do których zajścia niezbędna jest obecność cytochromu b5.

 

Rola cytochromów P450 w medycynie

Jedną z najważniejszych funkcji P450 jest przekształcanie związku o nazwie cropidogrel w jego aktywny metabolit, co umożliwia jego prawidłowe funkcjonowanie w organizmie ludzkim. Clopidogrel jest organicznym związkiem chemicznym, pochodną tienopirydyny, która znalazła zastosowanie jako lek przeciwpłytkowy, zapobiegający nadmiernej agregacji płytek krwi w naczyniach krwionośnych. Lek ten jest stosowany na szeroką skalę w leczeniu miażdżycy czy dławicy piersiowej, a także w zapobieganiu zawałom serca.

 

Działanie P450 opiera się tutaj na biotransformacji klopidogrelu w 2-okso-klopidogrel, a następnie w jego formę użyteczną farmakologicznie. Cały proces jest przedstawiony na poniższym schemacie.

 


Badania in vitro, z których wynika powyższy fakt, ponownie przeprowadzono na makrosomach ludzkich hepatocytów, natomiast formy cytochromu P450, które wykazały tę właściwość to 1A2, 2B6, 2C9 i 2C19.

 

Michał Szewczuk

Źródła

Bibliografia:

 

  • Guengerich P. F., Human cytochrome P450 enzymes, Life Sciences 50/20 (1992) 1471-1478
  • Kazui M., Nishiya Y., Ishizuka T. i in., Identification of the human cytochrome P450 enzymes involved in the two oxidative steps in the bioactivation of clopidogrel to its pharmacologically active metabolite, Drug Metabolism and Disposition 38/1 (2010) 92-99
  • Korshunov S. S., Krasnikov B. F., Pereverzev M. O. I in., The antioxidant functions of cytochrome c, FEBS Letters 462 (1999) 192-198
  • Mega J. L., Close S. L., Wiviott S. D. i in., Cytochrome P450 polymorphism and response to clopidogrel, The New England Journal of Medicine 360 (2009) 354-362
  • Omura T., Sato R., The carbon monoxide-binding pigment of liver microsomes, The Journal od Biological Chemistry 239/7 (1964) 2370-2378
  • Park K. W., Park J. J., Jeon K-H. i in., Enhanced clopidogrel responsiveness in smokers: smoker’s paradox is dependent on cytochrome P450 CYP1A2 status, Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology 31 (2011) 665-671
  • Schenkman J. B., Jansson I., The many roles of cytochrome b5, Pharmacology and Therapeutics 97 (2003) 139-152
KOMENTARZE
Newsletter