EL SISTEMA DEL CITOCROMO P450:

COMPLEJIDAD, MECANISMOS Y EVOLUCIÓN

NADPH-P450 reductasaFlavin-monooxigenasasAlcohol deshidrogenasaAldehído deshidrogenasa

Citocromo P450Glutation S-transferasasUDP-glucuronil transferasasSulfato transferasasMetiltransferasasAciltransferasas

FASE I FASE IIXenobiótico

Epóxido hidrolasasDT-diaforasa

detoxificación

CITOCROMO P450(Generalidades)

● Descubiertas en los años 40

● Oxigenasas de “Función Mixta”

● Hemoproteínas microsomales

● Forma reducida (Fe2+) unida a CO: espectro con un ∆ Absmáx ≈ 450 nm

● Responsables del metabolismo del 60% de fármacos de uso habitual

● Presentes en todos los tipos celulares

ESPECTRO DE ABSORCIÓN DEL P450

Absorbancia

Longitud de Onda (nm)

SUSTRATOS Tipo I y Tipo II

Absorbancia

Longitud de Onda (nm)

Tipo I Tipo II

LIGANDOS del Fe en P450

Enlace HEMO-TIOLATO

6O Ligando

6O Ligando

5O Ligando

DISTRIBUCIÓN DEL P450 EN HÍGADO ESTRUCTURA 3D DEL P450cam

ESTRUCTURA 3D DEL P450BMP ESTRUCTURA 2D DEL P450BMP

CITOCROMO P450(Nomenclatura)

● Amplia versatilidad catalítica (Baja especificidad)

● Solapamiento de sustratos

● Se encuentran a lo largo de toda la escala evolutiva

● Superfamilia genética (CYP): 55 genes secuenciados en humanos

Familia: homología en aa. ≥ 40 % (vg: 3)

Subfamilia: homología en aa. ≥ 55 % (vg: A)

Gen: (vg: 4)

P450 1A

P450 2B

Subfamilia

inducibles por hidrocarburos aromáticos

inducibles por fenobarbital

Familia Características representativas

P450 1

P450 2

P450 2A

P450 2CP450 2D

P450 3

P450 4

P450 3A

P450 4A

constitutivos

sujetos a polimorfismo genético

inducibles por etanolP450 2E

inducibles por proliferadores peroxisomales

inducibles por esteroides

sujetos a polimorfismo genético

CONCENTRACIÓN (n = 60)

240 ± 10042 ± 2314 ± 131 ± 2

60 ± 275 ± 4

22 ± 1296 ± 51

P450 totalCYP 1A2CYP 2A6CYP 2B6CYP 2CCYP 2D6CYP 2E1CYP 3A

Contenido específico (pmol/mg prot.)P450

[P450s] microsomales en hígado humano

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATOSUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

P450

P450

P450

P450P450

P450

P450

H

H

H

HH

H

Fe3+

Fe3+

Fe2+

Fe2+FeOOH

(FeO)3+

Fe3+

OH

OH

e-

e- H+

H+ O2O2

H2O

CICLO CATALÍTICO DEL P450

XH + O2 + NAD(P)H + H+ XOH + H2O + NAD(P)+

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATOSUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

SUSTRATO

P450

P450

P450

P450P450

P450

P450

H

H

H

HH

H

Fe3+

Fe3+

Fe2+

Fe2+FeOOH

(FeO)3+

Fe3+

OH

OH

e-

e- H+

H+ O2O2

H2O

CICLO CATALÍTICO DEL P450

e-

e-

FAD

FMN

NADPH

Fe

citocromo P450

reductasa

citocromo P450 citocromo

b5

citoplasma

membrana del retículo

endoplásmico

COMPONENTES DEL SISTEMA P450 microsomal

Reducción Monoelectrónica

Producción Superóxido

Producción de H2O2

Peroxidasa

SUSTRATO (RH)PRODUCTO (ROH)

Citocromo b5

NADPH-citocromo P450 reductasa

Hidroxilación de carbonos alifáticos o aromáticos

Epoxidación de enlaces dobles

Oxigenación de heteroátomos (S, N, I) y N-hidroxilación

Desalquilación de heteroátomos (O, S y N)

Transferencia oxidativa de grupos

Ruptura no hidrolítica de ésteres

Deshidrogenación

CITOCROMO P450(Tipos de Reacción) TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS

Hidroxilación de carbonos alifáticos o aromáticos

Epoxidación de enlaces dobles

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS

Oxigenación de heteroátomos (S, N, I)

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVASDesalquilación de heteroátomos (O, S y N) Transferencia oxidativa de grupos

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS

Desaminación Oxidativa

Desulfuración Oxidativa

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVASRuptura no hidrolítica de ésteres

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVASDeshidrogenación

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS1

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS2

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS3

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS4

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS5

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS6

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS7

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS8

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS9

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS10

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS11

TIPOS DE REACCIONES OXIDATIVAS12

FUERZAS CONDUCTORAS EN LA EVOLUCIÓN DEL P450

Multicelularidad ⇒ Síntesis de moléculas transductoras de señales y de

homeostasis (hormonas, vitaminas, eicosanoides...).

Complejidad bioquímica creciente de las especies.

“Guerra química” entre animales y plantas ⇒ Síntesis de toxinas y

enzimas destoxificadoras.

Síntesis de pigmentos de las flores.

EVOLUCIÓN DEL P450

Aparición de las primeras isoformas en procariotas hace ≈

1400 millones de años.

Período evolutivo unitario: 2 – 4 millones de años.

Aparición de las isoformas metabolizadoras de colesterol y

ácidos grasos (CYP 11 y CYP 4) en los primeros eucariotas.

EVOLUCIÓN DEL P450

Aparición hace ≈ 900 millones de años de las isoformas de:

biosíntesis de esteroides (CYP 17; CYP 19 y CYP 21)

biotransformadoras de xenobióticos (CYP 1; CYP 2 y CYP 3).

Expansión de la familia CYP 2 hace ≈ 400 millones de años.

ÁRBOL FILOGENÉTICO DEL P450

CISTEÍNA (5O Ligando)

convergente divergente

EVOLUCIÓN CONVERGENTE vs DIVERGENTE

La vida de la larva de Papilopolyxenes depende de CYP 6B1