Цитохром P450

Цитохромы P450
и CYP1B1
Никифорова В.С.
Введение
• Известно порядка 18000 цитохромов P450
• У людей их 57, у пчел – 48
• Основные функции P450-х цитохромов:
– Детоксикация ксенобиотиков в печени
– Биосинтез ряда веществ, включая стероиды
Введение
• Проблемные стороны цитохромов P450:
– Окисляют некоторые соединения до эпокисдов
(активация афлатоксина)
Структура P450-х цитохромов
Рисунок 1 – Кристаллическая
структура цитохрома P450cam
• Масса 40—55 кДа
• Бывает водорастворимым и
встроенным в мембрану
• Длинная спираль I
пронизывает цитохром
насквозь и помогает
взаимодействию с
субстратом и кислородом
• Спирали F и G
обуславливают
подвижность цитохрома
Структура P450-х цитохромов
• Водородные связи в
лигандах гема цитохромов
P450 позволяют управлять
окислительновосстановительным
потенциалом железа
Рисунок 2 – Структура гема
цитохромов P450 (синяя часть
общая для всех цитохромов)
Фермент-субстратный комплекс
• Как и в любых
биологических
электронно-траспортных
системах, два партнера –
окислитель и
восстановитель –
должны:
1. «Узнать» друг друга с
помощью
комплементарных
поверхностей
2. Расположить нужным
образом донорные и
акцепторные группы
Рисунок 3 – Фермент-субстратный комплекс
цитохрома P450 и камфоры
Каталитический механизм
Рисунок 4 – Схема каталитического окисления P450
1. Низкоспиновое начальное
состояние
2. Субстрат координируется
SH-группой, переводя гем в
высокоспиновое состояние
и увеличивая ОВ-потенциал
комплекса
3. Передача электрона на
комплекс и присоединение
кислорода
4. Передача второго
электрона на комплекс с
образованием пероксида
5. Восстановление
пероксогруппы
6. Дальнейшее
восстановление с
образованием соединения
I.
6->1 Окисление SH-группы до
SOH-группы и образование
исходного вещества
CYP1B1 - cytochrome P450, family 1,
subfamily B, polypeptide 1
Цитохром CYP1B1: функции и роль
• Цитохром CYP1B1 окисляет преимущественно
17β-эстрадиол в канцерогенную 4-гидрокси
призводную.
• Кроме того, он окисляет ряд других
проканцерогенных веществ в активированные
формы,
включая
полициклические
ароматические
углеводороды
(нафталин,
антрацен)
CYP1B1
17β-эстрадиол
4-Гидрокси-17β-эстрадиол
Цитохром CYP1B1: друг или враг?
•
•
Цитохром CYP1B1:
• Метаболизирует ряд веществ (экзогенных и эндогенных)
в их активные канцерогенные формы
• Ответственен за нечувствительность к некоторым
лекарствам
• Приводит к почечной гипертензии
В раковых клетках содержание CYP1B1 выше
• Потенциально
можно
использовать
метаболизируемые CYP1B1 лекарства в терапии рака
Цитохром CYP1B1: механизм и кофактор
Механизм каталитического действия можно
описать процессом:
RH + восстановленный флавопротеин + O2 = ROH +
окисленный флавопротеин+ H2O
Флавопротеин – белок, содержащий FAD или FMN
Кофактор
(небелковая
группа, необходимая для
каталитической
функции
фермента):
Гем.
График Км
• Efficiency of CYP1B1 activity demonstrated
by (A) Michaelis–Menten and (B)
Linneweaver–Burke plots illustrating the K m
and V max for CYP1B1 O-deethylation of
ethoxyresorufin.
Цитохром CYP1B1: кинетика
Реакция
Константа
Михаэлиса,
КM, mM
Константа Максимальная
скорости скорость Vmax,
k, 1/мин nmol/min/mg
энзима
17β-эстрадиол →
4-Гидрокси-17β-эстрадиол
6.0
-
14.95
17β-эстрадиол →
2-Гидрокси-17β-эстрадиол
6.0
-
6.9
Тестостерон →
6-β-гидрокситестостерон
17.0
-
36.16
Прогестерон →
6-β-гидроксипрогестерон
24.0
-
9.86
Прогестерон →
16-α-гидроксипрогестерон
24.0
-
37.80
Цитохром CYP1B1: кинетика
Реакция
Константа
Михаэлиса,
КM, mM
Константа Максимальная
скорости скорость Vmax,
k, 1/мин nmol/min/mg
энзима
Ретионол →
Ретиналь
18.5
0.15
-
Ретиналь →
Ретиноат
8.5
0.77
-
Арахидоновая кислота →
Эйкозаноиды
29.8
0.48
-
Цитохром CYP1B1: кинетика
гидроксилирования для различных
вариаций фермента
KM=6.0 по данным выше
Расчетные термодинамические
данные для фермента CYP1A2
Ингибитор TMS
Synonym:
2,3',4,5'-Tetramethoxystilbene; 1-​[(1E)​2-​(3,​5-dimethoxyphenyl)ethenyl]-​2,​4dimethoxy-​benzene
Application:
An inhibitor of cytochrome P450 1B1
and cancer cell growth
Molecular Weight:
300.35
Molecular Formula: C18H20O4
Ингибитор Alizarin (CAS 72-48-0)
Application:
A biological stain with dye content 97%
and color index number: 58000
CAS Number:
72-48-0
Molecular Weight:
240.21
Molecular Formula:
C14H8O4
Refer to Certificate of Analysis for lot specific data (including
water content).
Список источников
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Poulos T.L. Heme Enzyme Structure and Function / Chemical Reviews
2014 114 (7), 3919-3962
Shimada T., Watanabe J., Kawajiri K. Catalytic properties of polymorphic
human cytochrome P450 1B1 variants // Carcinogenesis. 1999. Vol. 20, №
8. P. 1607–1613.
Choudhary D., Jansson I., Stoilov I. Metabolism of retinoids and
arachidonic acid by human and mouse cytochrome P450 1b1 // Drug
Metabolism and Disposition 2004. Vol. 32, № 8. P. 840–847.
Badal S., Delgoda R. CYP1B1: friend or foe? A critical review //
Biochemistry. 2013. Vol. 1, № 1. P. 1–7.
UniProt database: http://www.uniprot.org/uniprot/Q16678
Protein database: http://www.rcsb.org/
Lewis D.F. V et al. Homology modelling of human CYP1A2 based on the
CYP2C5 crystallographic template structure. // Xenobiotica. 2003. Vol.
33, № 3. P. 239–254.
http://www.scbt.com/chemicals-table-cyp1b1_inhibitors.html