Oxidarea microzomală este o secvență de reacții care implică oxigenazeŞi NADPH, ducând la introducerea unui atom de oxigen în compoziția unei molecule nepolare și la apariția hidrofilității în aceasta și crește reactivitatea acesteia.

Reacții oxidare microzomală efectuat de mai multe enzime situate pe membranele reticulului endoplasmatic (în cazul in vitro se numesc membrane microzomale). Enzimele organizează lanțuri scurte care se termină cu citocromul P 450.

Reacțiile de oxidare microzomală includ la reacțiile de fază 1și au scopul de a conferi proprietăți polare unei molecule hidrofobe și/sau de a crește hidrofilitatea acesteia, sporind reactivitatea moleculelor de a participa la reacțiile de faza 2. În reacțiile de oxidare are loc formarea sau eliberarea grupărilor hidroxil, carboxil, tiol și amino, care sunt hidrofile.

Enzimele de oxidare microzomală sunt situate în reticulul endoplasmatic neted și sunt oxidaze cu funcție mixtă(monooxigenaze).

Citocromul P450

Proteina principală a oxidării microzomale este hemoproteina - citocromul P 450.În natură, există până la 150 de izoforme ale acestei proteine, care oxidează aproximativ 3000 de substraturi diferite. Raportul dintre diferitele izoforme ale citocromului P450 variază în funcție de caracteristicile genetice. Se crede că unele izoforme sunt implicate în biotransformarea xenobioticelor, în timp ce altele metabolizează compuși endogeni (hormoni steroizi, prostaglandine, acizi grași etc.).

Citocromul P450 interacționează cu oxigenul molecular și include un atom de oxigen în molecula substratului, contribuind la apariția (creșterea) hidrofilității sale, iar celălalt - în molecula de apă. Principalele sale reacții sunt:

• dezalchilare oxidativă, însoțită de oxidarea grupării alchil (la atomii de N, O sau S) la aldehidă și eliminarea acesteia,
• oxidarea (hidroxilarea) compușilor nepolari cu inele alifatice sau aromatice,
• oxidarea alcoolilor la aldehidele corespunzătoare.

Lucrarea citocromului P 450 este asigurată de două enzime:

• NADH-citocrom b 5 oxidoreductaza, conține MOFT,
• NADPH-citocrom P 450 oxidoreductaza, conține FMNŞi MOFT.

Schema pozițiilor relative ale enzimelor de oxidare microzomale și funcțiile acestora

Ambele oxidoreductaze primesc electroni de la echivalenții redusi corespunzători și îi transferă în citocromul P 450. Această proteină, care a atașat anterior o moleculă a substratului redus, se leagă de o moleculă de oxigen. După ce a primit un alt electron, citocromul P 450 încorporează primul atom de oxigen în substratul hidrofob (oxidarea substratului). În același timp, are loc reducerea celui de-al doilea atom de oxigen la apă.

Secvența reacțiilor de hidroxilare a substraturilor cu participarea citocromului P450

O caracteristică esențială a oxidării microzomale este capacitatea de a induce sau inhiba, adică. la o schimbare a puterii procesului.

Inductorii sunt substanțe care activează sinteza citocromului P 450 și transcrierea ARNm-ului corespunzător. Se întâmplă

1. Spectru larg acțiuni care au capacitatea de a stimula sinteza citocromului P 450, NADPH-citocrom P 450 oxidoreductazei și glucuronil transferazei. Reprezentanții clasici sunt derivații acidului barbituric - barbiturice, Acest grup include, de asemenea diazepam, carbamazepină, rifampicina etc.

2. Spectru îngustși acțiuni, adică stimulează una dintre formele citocromului P 450 - hidrocarburi policiclice aromatice ( metilcolantren, spironolactonă), etanol.

De exemplu, etanol stimulează sinteza izoformei P 450 2E1 (alcool oxidază), care este implicată în metabolismul etanolului, nitrozaminelor, paracetamolului etc.
Glucocorticoizi induce izoforma P 450 3A.

Inhibitorii oxidării microzomale se leagă de partea proteică a fierului citocrom sau hem. Ele sunt împărțite în:

1. Reversibil

• directactiuni– monoxid de carbon ( CO), antioxidanti,
• indirectactiuni, adică influențează prin produși intermediari ai metabolismului lor, care formează complexe cu citocromul P 450 - eritromicină.

2. Ireversibil inhibitori - alopurinol, aminazină, progesteron, orală contraceptivelor, teturam, fluorouracil,

Evaluarea reacțiilor de fază 1

Oxidarea microzomală poate fi evaluată în următoarele moduri:

• determinarea activității enzimelor microzomale după biopsie,
• privind farmacocinetica medicamentelor,
• folosind markeri metabolici ( testul antipirinic).

Testul cu antipirină

Subiectul o ia dimineața pe stomacul gol amidopirină la o rată de 6 mg/kg greutate corporală. Se colectează 4 porții de urină la intervale de la 1 la 6 ore, 6-12, 12-24 și, respectiv, 45-48 ore. Se măsoară volumul de urină. Nu mai târziu de 24 de ore mai târziu, urina este centrifugată sau filtrată. În continuare, se examinează concentrația de 4-aminoantipirină și metabolitul său N-acetil-4-aminoantipirină în urină.

Citocromul P450. Autorii descoperirii, M. Klingerberg și D. Garfinkel, au stabilit că această enzimă, pe baza naturii chimice a grupului protetic, poate fi clasificată ca citocromi de tip și. T. Omura și R. Sato au descoperit în 1964 că complexul de hemoproteine ​​reduse cu monoxid de carbon are un maxim caracteristic la 450 nm, ceea ce a determinat denumirea enzimei. Cu toate acestea, utilizarea cuvântului „citocrom” în legătură cu hemoproteinele din clasa P450 nu poate fi considerată reușită, deoarece funcția citocromilor este transferul de electroni și nu cataliza reacțiilor monooxigenazei. În recomandările privind nomenclatura familiei P450 propuse de D. Nebertomb, cuvântul „citocrom” este menționat doar la descifrarea denumirii CYP (adică, citocrom Z450), care este folosit pentru a desemna genele P450.

În prezent, sunt cunoscute peste 150 de P450 diferite, găsite în animale, plante, ciuperci și bacterii. Doar bacteriile strict anaerobe duc lipsă de hemoproteine. Procariotele conțin P450 solubil. Trecerea la sistemele eucariote este însoțită de încorporarea P450 în membrană, ca în cazul drojdiilor și ciupercilor. Toți citocromii P450 ai organismelor superioare sunt enzime membranare. În termeni evolutivi, cea mai veche este monooxigenaza bacteriană

Într-un stadiu intermediar al scării evolutive se află sistemul hidroxilazei mitocondriale al glandelor suprarenale. Are toate caracteristicile unui sistem solubil bacterian și constă, de asemenea, din trei componente. Două dintre componentele sale - flavoproteina care conține FAD (reductaza dependentă de NADPH sau NADH) și proteina nehemică care conține sulf (adrenodoxină) - sunt solubile în apă și localizate în matricea mitocondrială, a treia - P450 este înglobat în membrană . De remarcat este specificitatea ridicată de substrat a hemoproteinelor mitocondriale, ceea ce face acest sistem și mai asemănător cu unul bacterian. Citocromii mitocondriali P450 sunt implicați în principal în oxidarea substraturilor endogene.

La treapta cea mai înaltă a scării evolutive se află sistemul monooxigenază al microzomilor hepatici.

P450 joacă un rol important în oxidarea a numeroși compuși, atât endogeni (steroizi, acizi biliari, acizi grași, prostaglandine, leucotriene, amine biogene), cât și exogeni (medicamente, otrăvuri, produse de poluare industrială, pesticide, agenți cancerigeni, mutageni etc.) . etc.), acestea din urmă sunt numite xenobiotice.

Pe baza tipului de reacții catalizate, P450 poate fi clasificat ca monooxigenază de tip extern. În prezența donatorilor de electroni (NAD(P)H), P450 este capabil să activeze oxigenul molecular, dintre care un atom este apoi încorporat în molecula substratului oxidat, iar celălalt este redus la apă.”

R + AH + O L ROH + A + H O unde R este substratul, ROH este produsul, AH este donorul de electroni.

Reacțiile oxigenazei catalizate de citocromul P450 sunt foarte diverse. Una dintre cele mai răspândite reacții de oxidare ale xenobioticelor este reacția de dezalchilare oxidativă, care este însoțită de oxidarea unei grupări alchil atașate la atomii N-, O- sau S. Al doilea loc în prevalență aparține reacțiilor de hidroxilare ale compușilor ciclici, care includ hidroxilarea hidrocarburilor aromatice, saturate și heterociclice. P450 poate cataliza, de asemenea, reacțiile de hidroxilare ale compușilor alifatici, N-oxidarea, dezaminarea oxidativă și reacțiile de reducere ale compușilor azo și nitro. Reacțiile de oxidare ale compușilor naturali includ w-oxidarea acizilor grași saturați, hidroxilarea hormonilor steroizi, acizilor biliari și colesterolului, biosinteza prostaglandinelor, peroxidarea acizilor grași nesaturați.

Spre deosebire de alte hemoproteine, care au de obicei o singură activitate și o funcție strict definită în celulă, P450, împreună cu monooxigenaza, poate prezenta și activitate oxidazică, generând specii reactive de oxigen sub formă de radicali superoxid și hidroxil, peroxid de hidrogen. În acest sens, în literatură, P450 este uneori numit oxidază cu funcție mixtă. A.I. Archakov și colab. a descoperit că P450 poate funcționa și ca o adevărată oxidază cu patru electroni, generând doar apă dintr-o moleculă de oxigen. P450 prezintă, de asemenea, activitate de peroxidază, folosind peroxizi organici sau peroxid de hidrogen ca cosubstrați în reacția de oxidare, în loc de NAD(P)H. Există dovezi că P450 poate cataliza reacțiile dioxigenazei. Astfel, o trăsătură caracteristică a lui P450 este multiplicitatea sa de funcții, dar principala este monooxigenaza. În fig. Figura 1.32 prezintă o diagramă generală a reacțiilor oxigenazei și oxidazei. În prima etapă a ciclului oxigenazei (ciclul a), substraturile se leagă de forma oxidată a P450 pentru a forma complexe enzimă-substrat. În acest caz, în funcție de substraturi, pot apărea trei tipuri de modificări spectrale: I, II și II modificate, caracterizate în spectrul de absorbție diferențială printr-un maxim și un minim la anumite lungimi de undă. Substraturile de tip I interacționează în principal cu forma de spin scăzut a P450, iar atomul de fier trece de la o stare de spin scăzut cu șase coordonate la o stare de spin înalt coordonată cu cinci. În formarea complexelor de tip I, rolul principal este jucat de interacțiunile hidrofobe ale substraturilor nepolare cu centrul activ al enzimei. Complexele de tip II apar ca urmare a interacțiunii grupării amino a substratului cu atomul de fier hem, care este fie într-o stare de spin înalt, fie într-o stare de spin scăzut. În acest caz, forma de fier cu spin mare se transformă într-o formă cu spin scăzut. Fierul hem din astfel de complexe este într-o stare de șase coordonate, iar locul de legare a oxigenului este ocupat de azotul substratului. Modificările spectrale de tip II modificate rezultă din interacțiunea grupării hidroxil a substratului cu forma cu spin mare a fierului. Rata de interacțiune a substraturilor de tip I cu P450 este, de regulă, cu un ordin de mărime mai mare decât cea a tipului II. La a doua etapă a ciclului monooxigenazei, complexul P450-substrat este restaurat. Electronul pentru reducerea citocromului P450 provine din flavoproteina specifică NADPH. În următoarele etape, are loc activarea oxigenului. Aceste etape sunt caracterizate prin formarea secvenţială a complexelor oxi şi peroxi P450. Oxicoplexul P450 este capabil să se disocieze cu eliberarea de radicali superoxid, din care peroxidul de hidrogen este generat în reacția de dismutare (ciclul b). Reducerea complexului oxi cu un al doilea electron duce la formarea unui complex peroxi redus cu doi electroni. Se crede că această etapă este limitativă în ciclul monooxigenazei. În timpul descompunerii complexului peroxi, se generează peroxid de hidrogen (ciclul c) și se formează o particulă reactivă de oxenoid (FeO) care conține un atom de oxigen de șase electroni ligand cu fier feric. Un atom de oxigen din această particulă poate fi transferat la legătura C-H a substratului și inserat în acesta. Un alt mecanism propus este posibilitatea acilării atomului de oxigen distal ligand pe fierul hem. Defalcarea acestui complex duce la formarea unui peracid în locul activ al P450. Reactivitatea scăzută a peracidului necesită activarea suplimentară a moleculei substratului. Reducerea cu doi electroni a unui oxenoid duce la formarea apei dintr-o moleculă de oxigen (ciclul d). Cel mai probabil mecanism unic nu există pentru reacțiile catalizate de citocromul P450.

Până în prezent, au fost identificate peste 160 de gene diferite care codifică P450. Informații despre structura primară, specificitatea substratului, inductibilitate, localizarea în celulă, structura genei și multe alte proprietăți sunt oferite în baza de date computerizată „Cytochrome P450, Baza de date” (CPD), creată la Institutul de Chimie Biomedicală al Academiei Ruse de Științe medicale.

Molek. masa diferitelor P450 variază de la 44 la 60 kDa. Monomerii hemoproteici constau dintr-un lanț polipeptidic care conține de la 45 la 55% resturi de aminoacizi nepolari. În absența detergentului, citocromul există sub formă de agregate moleculare. cântărind de la 300 la 700 kDa. Secvența completă de aminoacizi a fost stabilită pentru mai mult de 150 de citocromi P450. Cele mai bine studiate sunt CYP2B4 și CYP1A2, izolate din microzomi hepatici de iepure după inducerea cu fenobarbital și, respectiv, 3-metilcolantren. Molecula CYP2B4 constă din 491 de resturi de aminoacizi, iar CYP1A2 - din 516 resturi de aminoacizi. D. Ozols și colab. în 1981 și O. Goto și colab. în 1983, când au comparat structura primară a hemoproteinelor din familiile CYP2 și CYP1, au descoperit 2 regiuni conservate.

Citocromii P 450 (EC 1. 14. 1) sunt o familie de monooxigenaze care conțin hem care metabolizează xenobioticele, inclusiv medicamentele. Localizat în reticulul endoplasmatic neted al celulei, deschis - D. Garfinkel, M. Klingenberg, 1958.

Cytochrome P 450 (English Cytochrome P 450, CYP) Numele indică faptul că este colorat (P - din English Pigment). Citocromul P 450, legat de monoxid de carbon, are un maxim de absorbție a luminii la o lungime de undă de 450 nm, ceea ce i-a determinat denumirea (T. Omura și R. Sato în 1964). CO nu are nimic de-a face cu funcția P 450. Se adaugă pentru a facilita determinarea conținutului de P 450 prin intensitatea spectrului de absorbție.

Utilizarea termenului „citocrom” în relație cu hemoproteinele din clasa P 450 nu poate fi considerată reușită, deoarece funcția citocromilor este transferul de electroni și nu cataliza reacțiilor monooxigenazei. Citocromul P-450 aparține citocromilor de tip b. Precursorul hemului este protoporfirina IX.

Greutatea moleculară a diferitelor cit. R 450 variază de la 44 la 60 k Da. Monomerii hemoproteici constau dintr-un lanț polipeptidic care conține de la 45 la 55% resturi de aminoacizi nepolari. Secvența completă de aminoacizi a fost stabilită pentru mai mult de 150 cit. P 450. Utilizând cristalografia cu raze X, structura tridimensională a cit. P 450 din P. putida. Proteina conține 414 resturi de aminoacizi, M. m - 47 k Da, este o prismă asimetrică cu o bază de 3,0 nm și laturi de 5,5 și 6,0 nm.

Citat P 450 din P. putida conține 4 regiuni elicoidale antiparalele, un amestec de elice și structuri dezordonate intercalate cu structuri beta paralele. Hemul este situat între două elice paralele. Reziduurile Arg-112, Arg-229 și His-335 interacționează cu grupările propionice ale hemului. Ceilalți aminoacizi din jurul hemului sunt nepolari. Hema nu ajunge la suprafața moleculei. Cea mai scurtă distanță de la suprafață la hem este de aproximativ 0,8 nm.

Toți citocromii de membrană P 450 de pe fragmentul N-terminal al lanțului peptidic au o regiune hidrofobă scurtă care conține de la 12 la 21 de resturi de aminoacizi. Acționează ca o peptidă ancoră și conține o secvență semnal responsabilă de inserția proteinei în membrană. În spatele ei se află o secvență de semnal de oprire care oprește încorporarea peptidei în stratul dublu fosfolipidic.

Citocromii P 450 sunt absenți numai în organismele anaerobe obligatorii. Cel puțin 11.500 descrise? proteinele sistemului Cyt. Bacteriile P 450 și arheile sunt dizolvate în citoplasmă. Tranziția la sisteme eucariote a fost însoțită de încorporarea P450 în membrană. Toate cit. P 450 al organismelor superioare sunt enzime membranare. În termeni evolutivi, monooxigenaza bacteriană este cea mai veche.

Sistem cit. P 450 este implicat în oxidarea a numeroși compuși, atât endogeni, cât și exogeni. Citat Monooxigenazele dependente de P450 catalizează descompunerea diverse substanțe cu participarea unui donator de electroni și oxigen molecular. În această reacție, un atom de oxigen este adăugat la substrat și al doilea este redus la apă. Centrul de legare a oxigenului este foarte specific, centrul de legare al substratului convertit este relativ.

Enzimele din familia citocromului P 450 sunt diverse și diferă: prin funcții, tipuri de activitate enzimatică, regulatori de activitate (inhibitori, inductori). Izoforme individuale (izoenzime) cyt. P-450-urile au o anumită specificitate și fiecare dintre ele este implicat în metabolismul unui număr relativ mic de substanțe.

Citocromul P 450, împreună cu activitatea monooxigenazei, poate prezenta activitate oxidază (A.I. Archakov și colab.), adică, catalizează îndepărtarea hidrogenului de pe substrat, folosind oxigenul ca acceptor de hidrogen și reducându-l la apă sau generând forme active de oxigen sub formă de radicali superoxid și hidroxil, peroxid de hidrogen. P 450 prezintă activitate de peroxidază folosind peroxizi organici sau peroxid de hidrogen ca cosubstrați în reacțiile de oxidare în loc de NADPH. Există dovezi că P 450 poate cataliza reacțiile dioxigenazei și poate introduce doi atomi de oxigen în substanța oxidată. Astfel, trăsătură caracteristică P 450 are funcții multiple, dar principala este monooxigenaza.

Citat P-450-urile sunt codificate de o superfamilie de gene. În sistemul unei persoane cit. P-450 a identificat 57 de gene și mai mult de 59 de pseudogene (analogi nefuncționali ai genelor structurale care și-au pierdut capacitatea de a codifica proteine ​​și nu sunt exprimate în celulă. Termenul „pseudogen” a fost propus pentru prima dată în 1977). Nebert (1987) a elaborat o clasificare cit. P-450, bazat pe evoluția divergentă și omologia secvențelor de nucleotide/aminoacizi. Superfamilia este împărțită în 18 familii și 43 subfamilii. Nomenclatura genică cit. P-450 uman este descris în detaliu.

În prezent, sunt cunoscute mii de izoforme (izoenzime) de cyt. R-450. Izoformele cu mai mult de 40% din compoziția totală de aminoacizi sunt grupate în familii și sunt desemnate cu cifre arabe (CYP 1, CYP 2, CYP 3 etc.). Sunt desemnate subfamilii cu litere latineși combină izoforme cu o identitate de compoziție de aminoacizi de peste 55% (CYP 2 D, CYP 3 A etc.) În subfamilie, izoformele individuale sunt desemnate cu cifre arabe după litere latine (CYP 1 A 2, CYP 2 D 6, CYP 3 A 4). Un xenobiotic poate fi un substrat a două sau mai multe izoforme. Diferitele izoforme sunt capabile să metabolizeze o substanță în diferite părți ale moleculei sale

Citat P 450 catalizează ω-oxidarea acizilor grași saturați (AG), peroxidarea acizilor grași nesaturați. to., hidroxilarea hormonilor steroizi, acizilor biliari și colesterolului, biosinteza prostaglandinelor (localizate în mitocondrii, pe membrana nucleară). Microzomii citocromilor P 450 sunt implicați în biotransformarea metabolică a xenobioticelor (medicamente, otrăvuri, substanțe narcotice). Izoformele familiilor I, II și III participă la metabolismul medicamentelor, dintre care principalele sunt IA 1, 1 A 2, 2 A 6, 2 B 6, 2 D 6, 2 C 9, 2 C 19, 2 E 1 , 3A 4 .

Inductori comuni Enzime Inductor de fenobarbitol Metale grele l Sistemul citocrom P 450 Inductor Medicamente antitumorale Metilcolantren Sistemul citocrom P 448 Epoxid hidrolaze Glutation și UDPglucuroniltransferaze Sinteza GSH Metalotioneine Inductor P-glicoproteină

Fenobarbitalul activează sinteza cyt. P 450, UDPglucuroniltransferază și epoxid hidrolază. De exemplu, la animalele cărora li s-a administrat inductorul fenobarbital, aria membranelor ER crește, care ajunge la 90% din toate structurile membranare ale celulei și, în consecință, o creștere a numărului de enzime implicate în neutralizarea xenobioticelor sau substante toxice origine endogenă. Utilizarea simultană a fenobarbitalului și a anumitor medicamente care metabolizează cu participarea cit. P 450, duce la scăderea eficacității acestora din urmă datorită transformării moleculei în procesul de biotransformare sau îndepărtarea rapidă a acestora din organism.

În prezent, au fost descriși peste 250 de compuși chimici care provoacă inducerea enzimelor microzomale. Inductorii sistemelor monooxigenaze sunt împărțiți în două clase. Reprezentanții din prima clasă (insecticide, etanol etc.) provoacă o proliferare pronunțată a reticulului endoplasmatic neted în hepatocite și o creștere a activității citocromului P 450. Stimularea metabolismului cauzată de inductori din clasa a doua (HAP - hidrocarburi aromatice policiclice). : tetraclorodibenzodioxină, 3-metilcolantren, benz(a) piren etc., nu este însoțită de proliferarea reticulului endoplasmatic neted, dar activitatea multor enzime de biotransformare crește semnificativ metabolismul majorității xenobioticelor în același timp, toxicitatea unor xenobiotice crește semnificativ sub influența inductorilor De exemplu, toxicitatea tetraclorurii de carbon, gazul muștar etc.

Disponibil chimicale, capabile să inhibe atât enzimele fazei I de biotransformare (izoenzimele citocromului P-450) și fazei a II-a de biotransformare (N-acetiltransferaza etc.), cât și transportatorilor de faza a III-a (RATPaze). Cu o scădere a activității enzimelor metabolice, dezvoltarea efecte secundare asociat cu circulația pe termen lung a acestor compuși în organism. Inhibarea transportatorilor, precum și inducerea acestora, pot duce la diferite modificări (în principal o creștere) a concentrației de xenobiotice în plasma sanguină, în funcție de funcțiile unui anumit transportor.

Lanțuri de transport de electroni Lanțul ER 1 include: 1) citocromul P 450, are centri de legare pentru O 2 și un substrat hidrofob; 2) NADPH-citocrom P 450 reductază care conţine coenzimele FAD şi FMN; 3) NADPH+H+ este un donator de ē și H+ în acest lanț de transport de electroni; 4) Lanțul O 2. 2 include: 1) citocromul P 450; 2) enzima NADH-citocrom b 5 reductază, a cărei coenzimă este FAD; 3) citocromul b 5 – hemoproteină care transferă ē de la NADH-citocrom b 5 reductază la citocromul P 450; 4) NADH + H+ – donor de ē și H+; 5) O 2. Citocromul P 450 include un atom de O 2 în molecula de substrat, iar al 2-lea este redus pentru a forma H 2 O datorită transferului de ē și H+ din NADPH+H+ cu participarea citocromului P 450 reductazei (sau de la NADH+ H+ prin citocromul b 5 reductază şi citocromul b 5).

O altă diagramă a organizării lanțului de transport de electroni a ER Sursa de electroni și protoni din lanț este NADPH + H +, care se formează în reacțiile căii de oxidare a glucozei pentozelor. Acceptorul intermediar al H+ și e- este o flavoproteină care conține coenzima FAD (citocrom P 450 reductază). Veriga finală a lanțului de oxidare microzomal este citocromul P 450, care reduce oxigenul la apă. Funcționarea sistemului cit. R-450 este asociat cu exploatarea cit. b-5, sursa de electroni și protoni în care se află NADH + H +, format în glicoliză. Acceptorul intermediar al H+ și e- este o flavoproteină care conține coenzima FAD (citocrom b-5 reductază).

Exemplu RH – substrat cyt. R-450; săgețile indică reacțiile de transfer de electroni. Forma restaurată cit. -b5 oxidează stearoil-Co. A-monooxigenaza, care transferă electroni în O₂. Un atom de O₂ ia 2 e¯ și intră în forma O²¯. Donorul de electroni este NADPH, care este oxidat de NADPH-cyt. P-450 reductază. O²¯ interacționează cu protonii pentru a forma O²¯ + 2 Н⁺ → Н₂О Al doilea act al oxigenului este inclus în substratul RH, formând gruparea hidroxil a substanței R-OH.

NADP-H-citocrom P-450 reductază – flavoproteină. Un mol de enzimă conține câte un mol de mononucleotidă de flavină (FMN) și dinucleotidă de flavin adenină (FAD). Deoarece citocromul C poate servi ca acceptor de electroni (utilizat în sistemele model), această enzimă este adesea numită NADP-citocrom reductază.

Mecanismul hidroxilării substratului cu participarea citocromului P-450 În mod convențional, se pot distinge 5 etape: 1. substanța oxidată (S) formează un complex cu forma oxidată a citocromului P-450; 2. acest complex este restaurat de un electron din NADPH; 3. complexul redus se combină cu o moleculă de O2; 4. O 2 ca parte a complexului atașează un alt electron la NADPH; 5. complexul se descompune pentru a forma o moleculă de H2O, o formă oxidată de citocrom P-450 și un substrat hidroxilat (S-OH).

Spre deosebire de lanțul respirator mitocondrial, lanțul de monooxigenază nu acumulează energie sub formă de ATP în timpul transferului de electroni. Oxidarea microzomală este oxidare liberă. În cele mai multe cazuri, hidroxilarea substanțelor străine reduce toxicitatea acestora. Cu toate acestea, se pot forma produse cu proprietăți citotoxice, mutagene și carcinogene.

Citocromii P-450 sunt proteine ​​membranare, iar studiul activității lor catalitice necesită o reconstrucție complexă a sistemului monooxigenazei folosind parteneri redox și fosfolipide. În plus, izoenzimele cyt. P-450-urile sunt dezactivate rapid. Metoda electrochimică de analiză a simplificat semnificativ determinarea activității citelor. R-450. Primele lucrări au fost dedicate utilizării unui electrod ca donor de electroni pentru cataliza cyt. R-450 (CYP 3A 4): Kuznetsov B. A., Mestechkina N. M., Izotov M. V., Karuzina I. I., Karyakin A. V., Archakov A. I. (1979) Biochemistry, 44, 1569 -1574. Archakov A. I., Kuznetsov B. A., Izotov M. V., Karuzina I. I. (1981) Biophysics, 26, 352 -354.

În prezent, au fost dezvoltate sisteme de biosenzori electrochimici bazate pe citocromi P-450 imobilizați pe un electrod. Reacția electrocatalitică este inițiată de electronii de la electrod. Acest lucru elimină nevoia de a utiliza parteneri redox ai sistemului monooxigenazei și echivalenți reducători ai NADPH. Determinarea activității catalitice a citului imobilizat. R-450 se realizează prin înregistrarea curentului catalitic care apare atunci când un substrat este introdus în sistemul electrochimic. Înregistrarea curentului catalitic se realizează folosind metode de voltametrie sau amperometrie și permite calcularea multor caracteristici ale procesului enzimatic: constanta Michaelis-Menten, constanta catalitică electrochimică.

Dependența modificării curentului catalitic în timpul titrarii ampermetrice cit. P-450 3 A 4 (CYP 3 A 4) cu testosteron la o tensiune controlată E = -0,5 V (vs. Ag/Ag. Cl). În insertul arată calculul Km electrochimic [testosteron]. (V.V. Shumyantseva et al., 2015)

Dezvoltarea biosenzorilor bazați pe sisteme electrochimice care conțin citocrom P 450 face posibilă identificarea substraturilor (xenobiotice), studierea efectelor medicamentelor asupra activității catalitice a izoformelor specifice ale citocromului P 450. Scopul este de a crea dispozitive senzoriale adecvate utilizării. în medicina personalizată, să efectueze experimente pentru a studia efectul medicamentelor asupra activității CYP în sistemele cu electrozi/citocrom P 450.

Avantaje metoda electrochimică studii ale sistemului monooxigenazei citocrom P 450 1) sistemul electrochimic nu necesită utilizarea unor echivalenți reducători scumpi și instabili ai NADPH și NADH, deoarece se utilizează o sursă alternativă de electroni - un electrod; 2) nu necesită o reconstrucție completă a sistemului monooxigenazei (utilizarea tuturor componentelor sistemului microzomal și a proteinelor partenere redox ale ciclului catalitic al citocromului P 450); 3) metoda este foarte sensibilă și permite utilizarea unei cantități minime de enzimă scumpă (până la 10 -12 µmol proteină/electrod); 4) electrocataliza și controlabilitatea procesului enzimatic folosind curent electric este foarte eficientă; 5) este posibil să se prevină inactivarea izoformelor P450 intacte prin utilizarea diverșilor modificatori sintetici de suprafață a electrodului.

Metode de evaluare a stării sistemului de biotransformare xenobiotică: 1) Cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC). Face posibilă studierea analiților din urină, sânge, salivă și alte materiale biologice după administrarea unui xenobiotic (substanță medicamentoasă). Analiza cinetică poate fi efectuată pentru a determina timpul de înjumătățire al medicamentului testat, volumul aparent de distribuție, clearance-ul de eliminare și alți parametri. Un analit este o componentă sau o caracteristică a unei probe care trebuie măsurată. Acest concept include orice element: ion, compus, substanță, factor, agent infecțios, celulă, organite, activitate (enzimatică, hormonală, imunologică) sau semn: prezență sau absență, concentrație, activitate, intensitate sau alte caracteristici care trebuie determinate. Conceptul a fost formulat de Comitetul Național al Statelor Unite pentru Standarde de Laborator Clinic (NCCLS, document NRSCL 8 -A). În apropierea termenilor folosim „indicator de laborator”, „parametru”, „test”, etc.

2) Analiza PCR-RFLP a polimorfismului și formelor mutante ale genelor cyt. R-450. W; Rezultatele analizei polimorfismului lungimii fragmentului de restricție (analiza RFLP) a genei CYP 1 A 2: 1 – marker de greutate moleculară; 2, 4, 6, 7, 8, 10 și 11 – genotip mutant – M (mutație în situsul de restricție – restricția nu are loc); 3 – fără mutație – genotip de tip sălbatic – 5 și 9 – genotip heterozigot – toate fragmentele sunt prezente – ​​H; 12 – control negativ.

3) Cipurile ADN vă permit să determinați simultan foarte număr mare polimorfisme într-o singură probă. Un număr mare de sonde de oligonucleotide sunt plasate sub formă de pete individuale pe un cip solid foarte mic, fiecare dintre acestea asigură hibridizare specifică cu alele normale și mutante ale multor gene diferite. Înainte de hibridizare, se realizează marcarea fluorescentă nespecifică a ADN-ului studiat. Dacă proba de ADN se leagă de sonda de pe cip, este detectat un semnal fluorescent din secțiunea corespunzătoare a cipului [Ivanov, Tereshin, Shcherbak, 2010]. Știind care alele este responsabilă pentru sinteza uneia sau alteia izoenzime citologice. P-450, este posibil să se determine ce xenobiotice vor fi biotransformate și în ce mod.

4) Programe de calculator pentru modelarea interacţiunii liganzilor cu citocromii P 450 Pentru studiul interacţiunii substratului cu enzima se folosesc metode de andocare moleculară şi dinamică moleculară. Andocarea moleculară (sau andocarea moleculară) este o metodă de modelare moleculară care permite cuiva să prezică orientarea și poziția unei molecule față de alta, care este cea mai favorabilă pentru formarea unui complex stabil. Folosind funcțiile de scoring, se determină conformațiile cele mai favorabile energetic ale ligandului din centrul activ. Dinamica moleculară este o metodă în care evoluția în timp a unui sistem de atomi sau particule care interacționează este urmărită prin integrarea ecuațiilor lor de mișcare. Joacă un rol important (împreună cu cristalografia și RMN) în determinarea structurii unei proteine ​​și în clarificarea proprietăților acesteia. Cele mai populare pachete software pentru modelarea dinamicii moleculelor biologice sunt: ​​AMBER, CHARMM (și versiunea comercială CHARMMm), GROMACS, GROMOS, Lammhs, HOOMD-blue, NAMD.

La descrierea interacțiunii cit. P-450 și liganzi, se evaluează rolul factorilor spațiali și energetici, deoarece contribuția acestor factori pentru diverse cit. R 450 este diferit. Pentru o descriere cuprinzătoare a interacțiunii ligandului cu greutate moleculară mică și cyt. P-450 in silico și previziunile posibilelor biotransformări trebuie să țină cont de: § reactivitatea enzimei, § structura centrului activ al enzimei, § localizarea și conformația ligandului în centrul activ al enzimei, § posibilitatea unor moduri multiple de legare a substratului în centrul activ al enzimei (legarea poate avea loc indirect prin moleculele de apă), § reactivitate regiospecifică inerentă substratului însuși (poate varia în funcție de conformația adoptată de substrat), § afinitatea produsului care trebuie eliberat de la locul activ al enzimei.

R-tion a sunat regiospecific, dacă ca unitate. produs (în limitele de eroare) se formează unul dintre doi sau mai mulți regioizomeri posibili. Regioizomerii sunt izomeri formați ca urmare a transformării unuia dintre mai mulți centri de reacție posibili prezenți în molecula substratului. Dacă un izomer predomină doar în produșii unei soluții, se numește o astfel de soluție. regioselectivă. De ex. , adăugarea de HBr electrofil nesimetric la stirenul asimetric C6H5CH=CH2 are loc regiospecific: se formează doar unul dintre cei doi produși de adiție posibili - C6H5CHBr. CH3, dar nu C6H5CH2Br.

Modele QSAR. Relațiile cantitative structură-activitate (QSAR - abrevierea în limba engleză pentru Quantitative Structure-Activity Relationships) fac posibilă prezicerea proprietăților acestora prin descrierea structurii compușilor chimici, inclusiv stabilirea interacțiunii cu citocromii compușilor cu molecul scăzut și biotransformarea acestora. De exemplu: 1) pentru a clasifica substraturile diverșilor citocromi, se folosesc următoarele: metoda mașinii vector suport, metoda K-nearest neighbors, metoda arborelui de decizie etc. 2) pentru a evalua interacțiunea liganzilor (substraturi și inhibitori). ) cu centrul activ al citocromului, se folosesc metode QSAR tridimensionale (3 -D QSAR).

Superfamilie cit. P-450 catalizează un număr mare de reacții care apar prin mecanisme diferite, astfel încât metodele QSAR clasice nu pot fi aplicate corect pentru substanțele aparținând unor clase diferite. Pentru fiecare citocrom individual care metabolizează un xenobiotic, este necesar să se construiască un model QSAR special folosind diferiți descriptori și diferite metode matematice.

Principalii citocromi P 450, responsabili de metabolismul medicamentelor în corpul uman, studiati in silico, sunt subfamilia citocromilor. P-450 3 A. Citocromul P 450 3A 4 este o proteină legată de membrană situată în reticulul endoplasmatic. Greutate moleculară 57299 D, structura primară conține 502 reziduuri de aminoacizi. Gena CYP 3 A 4 este localizată pe brațul lung al celui de-al șaptelea cromozom (7 q 22. 1). Subfamilia ZA este cea mai exprimată în ficat și intestin. Aproximativ 2/3 din citocromii hepatici aparțin acestei subfamilii. Două cit. R 450 ZA 4 şi 3 A 5 sunt descrise în detaliu în literatură. Citat P 450 ZA 5 este mai frecvent la adolescenți, exprimat polimorf și neindus de glucocorticoizi, spre deosebire de ZA 4. Există o altă izoformă exprimată embrionar - ZA 7 (reprezintă 50% din citocromii fetali P 450).

Citocromul b 5 este o hemoproteină care participă la o varietate de reacții redox biochimice ca purtător de electroni. Molecula microzomală de citocrom b 5 constă din două domenii - hidrofil și hidrofob. Regiunea hidrofilă N-terminală este situată pe suprafața membranei ER, este formată din reziduuri de aminoacizi de la 1 la 88 și conține hem, care face parte din centrul activ. Reprezentare schematică a locației moleculei de citocrom b 5 în membrană.

Domeniul hidrofob al citocromului b 5 este ancorat în bistratul lipidic (ER sau mitocondrial), spiralizat, format din reziduuri de aminoacizi la capătul C-terminal al moleculei proteice (reziduuri de aminoacizi 89-133). Folosind modelarea computerizată, s-a demonstrat că regiunea C-terminală a moleculei citocromului b 5 formează o buclă și pătrunde prin membrana lipidică. Cea mai mare hidrofobicitate se observă în partea de mijloc a buclei, care este scufundată în membrană. Partea C-terminală a moleculei de enzimă joacă un rol important în inserarea în membrană, orientarea enzimei în stratul dublu lipidic și asigurarea activității funcționale.

Citocromul b 5 al membranei exterioare a mitocondriilor, în comparație cu microzomal, are un potențial redox mai mic, molecula este mai rezistentă la denaturarea chimică și termică, legătura dintre apoproteină și hem este mult mai puternică. Două regiuni hidrofobe au fost identificate în molecula mitocondrială de citocrom b 5. Primul este format din reziduurile de alanină-18, izoleucină-32, leucină-36 și leucină-47. Al doilea este izoleucina 25, fenilalanina-58, leucina-71 și hem. Folosind forme mutante ale moleculei, s-a demonstrat că ambele regiuni hidrofobe sunt de mare importanță în menținerea stabilității moleculei. În absența sau înlocuirea reziduurilor de aminoacizi în ele, interacțiunea apoproteinei cu hem este redusă.

Rolul citocromului b 5 în reacțiile catalizate de izoformele sistemului citocromului P-450. Posibile mecanisme de stimulare a influenței cit. b 5 pentru izoformele cyt. P-450: transfer direct de electroni într-o reacție de monooxigenază, fără medierea citocromului NADP P-450 reductazei; în cazul utilizării celui de-al doilea electron din citocromul b 5 în ciclul monooxigenazei, are loc formarea de radicali mai activi de oxigen, care, la rândul său, este însoțită de o formare mai rapidă a metabolitului;

cit. b 5 interacționează cu cit. P-450 cu formarea unui complex de două hemoproteine ​​și transferul ulterior a doi electroni de la NADPH la citocromul P-450 reductază. Aceasta crește rata de formare a oxigenului activ și elimină necesitatea interacțiunii repetate cu cit. P-450 și NADPH citocrom P-450 reductază; cit. b 5 poate efectua stimularea alosterică a cyt. P-450 fără transfer de electroni, de exemplu în a doua etapă a ciclului catalitic; Citocromul b 5 poate avea un efect protector asupra moleculelor de oxigenază terminală, care nu este asociat cu reacțiile ciclului redox, care împiedică distrugerea acestuia.

Impact cit. b 5 să modifice viteza de reacție, spectrul metaboliților și formarea speciilor reactive de oxigen în reacțiile sistemului cit. R-450. in prezenta cit. b 5 rata metabolică a majorității compușilor endogeni și a xenobioticelor crește cel mai adesea; influența cit. b 5 privind biotransformarea aceluiași compus, de exemplu androstenedionă, în diferite tipuri animalele nu sunt la fel. La iepuri, în prezența cyt b 5, rata de metabolizare a cyt steroid. P-450 2 B 5 crește, iar la câini - cit. R-450 2 V 11 este redus;

cit. b 5 la diferite specii (uman și hamster) poate să nu modifice viteza de oxidare a compusului (nitrozamină) sau să aibă un efect stimulator; prezența cit. b 5 modifică spectrul metaboliților formați în timpul biotransformării unui compus prin aceeași izoformă citoasă. P-450, de exemplu tetraclorobifenil cit. R-450 2 V 1; in prezenta cit. b 5 se reduce formarea speciilor reactive de oxigen, a căror supraproducție are un efect negativ asupra activității vitale a celulelor organismului; metabolismul compușilor biologic activi (acid arahidonic, leucotriene) are loc numai în prezența cit. b 5.

Influența citocromului b 5 asupra modificărilor vitezei de reacție, a spectrului de metaboliți și a formării speciilor reactive de oxigen în reacții care implică diferite izoforme de citocrom. P-450 (fragment) Izoforma citocromului P-450 Substrat Modificarea vitezei de reacție P-450 1 A 1 tetraclorobifenil P P-450 2 A 1 P-450 2 B 1 Androstenedionă P - II - P P-450 2 B 2 2 -clor -1, 1 difluoretin tetraclorbifenil (2, 2", 5, 5" - și 2, 3", 4", 5 -) tetraclorbifenil (2, 3, 4, 4 -) 9 - antraldehidă R-450 2 B 4 Tetranitrometan N - II - Aminopirină P Androstenedionă P Testosteronul nu se modifică Formarea speciilor reactive de oxigen ↓ metanol, 7-etoxicumarină 9 - antraldehidă Modificarea spectrului metaboliților P-450 1 A 2 - II - P-450 2 B 5 - II - ↓ P P modificări ↓ modificări P modificări

NADH citocrom b 5 reductaza este o flavoproteină. Aceasta este o proteină cu două domenii, domeniul citosolic globular leagă FAD, domeniul hidrofob („coadă unică”) ancorează proteina în membrană.

Citocromul P450(CYP450) - grup mare enzime responsabile de metabolizarea compușilor organici străini și a medicamentelor. Enzimele din familia citocromului P450 efectuează biotransformarea oxidativă a medicamentelor și a unui număr de alte substanțe bioorganice endogene și, astfel, îndeplinesc o funcție de detoxifiere. Metabolismul multor clase are loc cu participarea citocromilor medicamente, cum ar fi antihistaminice, inhibitori de protează retrovirală, benzodiazepine, blocante ale canalelor de calciu și altele.

Citocromul P450 este un complex proteic cu un hem legat covalent (metaloproteină), care asigură adăugarea de oxigen. Hemul, la rândul său, este un complex de protoporfirina IX și un atom de fier divalent. Numărul 450 indică faptul că hemul redus asociat cu CO are o absorbție maximă a luminii la o lungime de undă de 450 nm.

Citocromii P-450 sunt implicați nu numai în metabolismul medicamentelor, ci și în conversia hemoglobinei în bilirubină, sinteza steroizilor etc. Toate izoformele citocromului P-450 sunt grupate în familiile CYP1, CYP2, CYP3. În cadrul familiilor, se disting subfamiliile A, B, C, D, E. În cadrul subfamiliilor, izoformele sunt desemnate prin număr de serie. De exemplu, CYP2C19 este numele celui de-al 19-lea în ordinea citocromului subfamiliei „C”, familia „2”. Sunt aproximativ 250 în total diverse tipuri citocromul P-450, dintre care aproximativ 50 se găsesc în corpul uman și doar șase dintre ele (CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4) sunt legate de metabolizarea medicamentelor.

Activitatea citocromilor P-450 este influențată de mulți factori - fumat, alcool, vârstă, genetică, nutriție, boală. Acești factori sunt responsabili de formare caracteristici individuale lucrul enzimelor P-450 și determina efectele interacțiuni medicamentoase pentru un anumit pacient.

Importanța citocromilor P450 pentru gastroenterologie

Interesul recent crescut al gastroenterologilor pentru izoformele citocromului P450 CYP2C19 și CYP3A4 se datorează rolului lor în metabolismul derivaților de benzimidazol, care includ toate medicamentele din grupul A02BC „Inhibitori ai pompei de protoni” (, și). Este semnificativ din punct de vedere clinic faptul că gena CYP2C19 este polimorfă, iar magnitudinea efectului terapeutic al diferitelor IPP depinde în mare măsură de starea acestei gene la pacient.

Dintre IPP, lansoprazolul prezintă cel mai mare efect inhibitor asupra CYP2C19, urmat de omeprazol și esomeprazol într-o măsură mai mică. Efectul rabeprazolului este chiar mai mic, dar tioesterul său, format în timpul metabolismului non-enzimatic, are un efect inhibitor semnificativ asupra activității CYP2C19. Pantoprazolul are cel mai mic efect asupra CYP2C19. Pantoprazolul are cel mai mare efect inhibitor asupra CYP3A4 in vitro, urmat de (pe măsură ce efectul scade) omeprazol, esomeprazol, rabeprazol și lansoprazol. Pentru pacienții care primesc mai multe medicamente, este de preferat pantoprazolul (PPI).

Cu participarea activă a CYP3A4, are loc metabolismul și număr mare alte medicamente.

O serie de medicamente gastroenterologice inhibă citocromul CYP3A4, afectând astfel farmacocinetica medicamentelor luate împreună.

Problemă de interacțiune cu medicamente

În practica clinică modernă, utilizarea combinată a medicamentelor este larg răspândită, ceea ce este asociat cu prezența mai multor boli la pacient sau cu eficacitatea insuficientă a monoterapiei. Cu terapia combinată, interacțiunile medicamentoase sunt posibile. Aproximativ 56% dintre pacienții cu vârsta sub 65 de ani și 73% dintre pacienții cu vârsta peste 65 de ani iau mai mult de un medicament. Luarea a două medicamente duce la interacțiunea lor la 6% dintre pacienți. Prescrierea a 5 (sau 10) medicamente crește rata de interacțiune cu până la 50 (sau 100)%.

Combinațiile de medicamente potențial periculoase reprezintă o problemă clinică serioasă. Există dovezi că între 17 și 23% dintre combinațiile de medicamente prescrise de medici sunt potențial periculoase. Numai în Statele Unite, 48 de mii de pacienți mor pe an din cauza interacțiunilor medicamentoase neintenționate. a radiat mai multe medicamente (inclusiv) din cauza interacțiunilor lor potențial periculoase cu alte medicamente, inclusiv decese.

Principalele mecanisme ale interacțiunilor medicamentoase sunt asociate cu modificări ale farmacocineticii sau farmacodinamicii lor. Cele mai semnificative, conform conceptelor moderne, sunt modificările farmacocineticii în timpul metabolismului medicamentului cu participarea citocromilor P-450.

Un exemplu de interacțiune periculoasă este interacțiunea recent descoperită între IPP și IPP, care sunt utilizate pe scară largă în tratamentul pacienților. boala coronariană inimile. Pentru a reduce riscul de complicații gastrointestinale, pacienților cărora li se administrează acid acetilsalicilic în combinație cu clopidogrel li se prescrie un IPP. Deoarece bioactivarea clopidogrelului are loc cu participarea CYP2C19, administrarea IPP metabolizată de acest citocrom poate reduce activarea și efectul antiplachetar al clopidogrelului. În mai 2009, conferința Societății pentru Angiografie și Intervenții Cardiovasculare (SCAI) a prezentat date care arată că utilizarea concomitentă de clopidogrel și IPP crește semnificativ riscul de infarct miocardic, accident vascular cerebral, angină instabilă, necesitatea de intervenții coronariene repetate și moarte coronariană () .

Citocromul CYP2C19

Izoforma citocromului P450 CYP2C19 (S-mefenitoin hidroxilază) catalizează reacțiile de 5-hidroxilare a inelului piridinic și 5"-demetilare în inelul benzimidazol. B corpul uman CYP2C19 este localizat în hepatocite.

Toate tipurile de mutații ale genei CYP2C19 pot fi împărțite în trei grupuri:

1. Fără mutații (homozigoți), aceștia sunt, de asemenea, metabolizatori rapidi ai IPP.
2. Avand o mutatie la o alela (heterozigoti), un tip intermediar de metabolism.
3. Având mutații în ambele alele, ele sunt, de asemenea, metabolizatori lenți ai IPP.

Prevalența genotipurilor CYP2C19, tipul de metabolism și efectul IPP în tratamentul bolilor legate de acid sunt prezentate în tabel:

Metabolizatorii lenți se disting de metabolizatorii rapidi și intermediari printr-o concentrație de două ori mai mare de PPI în plasma sanguină și timpul de înjumătățire. Polimorfismul genei care codifică izoforma 2C19 determină viteză diferită metabolismul IPP la pacienți. În legătură cu cele de mai sus, selecția IPP se recomandă să fie efectuată sub supraveghere ().

• CYP2C19 metabolizează în mod activ următoarele medicamente: antidepresive triciclice (amitriptilină, clomipramină, imipramină), antidepresiv - inhibitor selectiv al recaptării serotoninei citalopram, antidepresiv - inhibitor MAO moclobemidă, anticonvulsivante și medicamente antiepileptice (diazepam, inhibitor de primitoină, nordafenoibar, inhibitor de nordafenobar, primitoină), pompa de protoni(, și), medicamentul antimalaric proguanil și indometacină, precum și: warfarină, gliclazidă, propranolol, ciclofosfamidă, nelfinavir, progesteron, teniposidă, tetrahidrocannabinol, carisoprodol, voriconazol și altele
• inhibitori puternici ai CYP2C19: moclobemidă, fluvoxamină, cloramfenicol (cloramfenicol)
• inhibitori nespecifici ai CYP2C19: IPP omeprazol și lansoprazol, indometacin, precum și felbamat, ketoconazol, modafinil, oxcarbazepină, probenecid, ticlopidină,
• Inductori CYP2C19: rifampicină, artemisinină, carbamazepină, noretisteron, prednison, sunătoare.

Citocromul CYP3A4

Enzima CYP3A4 catalizează reacția de sulfoxidare, ducând la formarea unei grupări sulfonice. CYP3A4 este unul dintre cei mai importanți citocromi pentru produse farmaceutice, deoarece biotransformă, cel puțin parțial, aproximativ 60% din medicamentele oxidate. Deși activitatea CYP3A4 variază foarte mult, nu este supusă polimorfismului genetic. Localizarea CYP3A4 pe membranele apicale și hepatocite facilitează metabolizarea medicamentelor înainte ca medicamentul să intre în circulația sistemică, ceea ce este cunoscut sub numele de „efectul de primă trecere”.

Un defect genetic al CYP3A4 poate provoca dezvoltarea unui sindrom secundar pe termen lung. intervalul QT atunci când sunt luate și, ca urmare, dezvoltarea distimiei cardiace ().

• CYP3A4 este principala enzimă în metabolizarea următoarelor medicamente: imunosupresoare (ciclosporină, sirolimus, tacrolimus), medicamente utilizate în chimioterapie (anastrozol, ciclofosfamidă, docetaxel, erlotinib, tirfostin, etoposid, ifosfamidă, paclitaxel, tamoxidefenină, vinblastină, vindefenină, , gefitinib) , antifungals (clotrimazole, ketoconazole, itraconazole), macrolides (, erythromycin), tricyclic antidepressants (amitriptyline, clomipramine, imipramine), antidepressants - selective serotonin reuptake inhibitors (citalopram, escitalopram, sertraline), antipsychotics (aripiprazole, haloperidol, ziprasidone , risperidonă), analgezice opioide (alfentanil, codeină, metadonă, fentanil), benzodiazepine (alprazolam, clonazepam, midazolam, flunitrazepam), statine hipolipemiante (atorvastatină, lovastatin, simvastatină), blocante ale canalelor de calciu (amlodipamil, veratipamil,

Citocromii P450. Structură și funcție

Printre enzimele de faza 1, locul principal este ocupat de sistemul citocromului P450 (P450 sau CYP) în ceea ce privește activitatea catalitică față de un număr mare de xenobiotice. Cea mai mare concentrație de citocrom P450 se găsește în reticulul endoplasmatic al hepatocitelor (microzomi). Citocromii microzomali hepatici P450 joacă un rol critic în determinarea intensității și timpului de acțiune a compușilor străini și un rol cheie în detoxifierea xenobioticelor, precum și în activarea acestora la metaboliți toxici și/sau cancerigeni. Monooxigenazele dependente de citocrom P450 sunt un sistem de transport de electroni multienzimatic. Toți citocromii P450 sunt proteine ​​care conțin hem. Fierul hem este de obicei în stare oxidată (Fe3+). Fiind redus la starea Fe2+, citocromul P450 este capabil să lege liganzi precum oxigenul sau monoxidul de carbon. Complexul de citocrom P450 redus cu CO are un maxim de absorbție la 450 nm, care a stat la baza pentru

denumirile acestor enzime. Reacția principală catalizată de citocromii P450 este o reacție monooxigenază, în care un atom de oxigen interacționează cu substratul (RH), iar celălalt este redus la H2O. NADPH participă ca agent reducător în reacția:

RH (substrat) + O2 + NADPH + H+ --> ROH (produs) + H2O + NADP+

Mecanismul prin care citocromul primește un electron de la NADPH depinde de localizarea intracelulară a citocromului P450. În ER, unde se află majoritatea hemoproteinelor implicate în biotransformarea xenobioticelor, electronul este transferat printr-o flavoproteină numită NADPH-P450 reductază. O moleculă de reductază poate livra electroni la mai multe molecule P450 diferite. În mitocondrii, unde se află itocromii P450 implicați în biosinteza hormonilor steroizi și metabolismul vitaminei D, electronul este transferat folosind două proteine: ferodoxină sau ferodoxin reductază.

În fig. Figura 1 prezintă ciclul catalitic al citocromului P450. Prima parte a ciclului implică activarea oxigenului, a doua – oxidarea substratului. Mecanismul de acțiune al sistemului monooxigenază microzomal a fost descris pentru prima dată de Estabrook și colab., iar acum a fost confirmat de mulți cercetători. Această schemă este următoarea: prima etapă constă în interacțiunea substratului cu forma oxidată a P450. Când P450 se leagă de substraturi

Există o tranziție a fierului hem de la o stare de spin scăzut la o stare de rotație înaltă. A doua etapă constă în reducerea complexului enzimă-substrat rezultat cu primul electron, care provine din lanțul de transfer specific NADPH de la NADPH prin

flavoproteina I (NADPH-citocrom P450 reductază). A treia etapă constă în formarea unui complex ternar: citocrom P450 redus-substrat-oxigen. Etapa a patra

reprezintă reducerea unui complex ternar cu un al doilea electron, care, ca

se crede că provine din lanțul de transport de electroni specific NADH, constând din NADH-

citocromul b5 reductaza sau flavoproteina II și citocromul b5. A cincea etapă constă din mai multe procese, inclusiv transformări intramoleculare ale complexului ternar redus și descompunerea acestuia cu formarea unui produs hidroxilat și a apei. În această etapă, citocromul P450 se transformă în forma sa originală oxidată.

Citocromii P450 catalizează următoarele tipuri de reacții: hidroxilarea unui atom de carbon alifatic sau aromatic; epoxidarea legăturii duble;

oxidarea atomului (S, N, I) sau N-hidroxilare; transferul grupării oxidate;

distrugerea comunicării eterice; dehidrogenare. Unele reacții catalizate

citocromul P450 sunt prezentate în Fig. 2 și 3. Mai multe clase de reactivi sunt bune

Ultimul carbon din lanț este hidroxilat, așa-numita omega-hidroxilare. Aşa

hidroxilarea internă are loc în mai multe poziții (pozițiile -1,- 2).

Acest lucru are ca rezultat multe variații diferite de produs chiar și cu un alcan simplu, cum ar fi hexanul. Rețineți că hidrocarburile ciclice suferă și hidroxilare. În reacția de hidroxilare, se formează mai întâi un hemiacetal, care este apoi transformat într-un alcool și o aldehidă. Când alchenele sunt oxidate de citocromul P450, se formează oxizi diatomici. Ele variază în ceea ce privește stabilitatea și pot fi foarte reactive. De exemplu, clorura de vinil este transformată metabolic într-un oxid, care apoi se transformă în cloroacetaldehidă, un mutagen care acționează direct asupra ADN-ului. Aceste studii au condus la interzicerea utilizării clorurii de vinil în nebulizatoare. Grupul vinilic al sterolului (vinilbenzen) este cunoscut pentru proprietățile sale cancerigene, dar corpul uman este capabil să-l neutralizeze transformând oxidul într-un diol folosind enzima epoxihidrolază. Dar epoxihidrolaza nu ajută întotdeauna. De exemplu, citocromul P450 sintetizează epoxidul Aflotoxin B1 in vivo. Acest compus este un electrofil foarte reactiv, este instabil și formează rapid un aduct cu ADN. În plus, diolul format din epoxid este, de asemenea, instabil și foarte reactiv. Oxidarea compușilor aromatici cu citocromul P450 produce și epoxizi, dar se transformă rapid în fenol. Ca urmare a hidroxilării benzenului, fenolul rezultat poate fi hidroxilat din nou, transformându-se în catecol sau hidrochinonă. Rețineți că catecolul și hidrochinona pot reacționa cu oxigenul, inhibând reacții similare cu chinone și superoxizi, care sunt toxine. Un astfel de compus binecunoscut precum 2,3,7,8-tetraclorodibenzendioxina (TCDD) nu este susceptibil la hidroxilare și este stabil (timp de înjumătățire în corpul uman este de un an sau mai mult).