Citocromo P450

Citocromos P450 (P450 o CYP) son una superfamilia de enzimas que contienen hemo como cofactor y que funcionan principalmente, pero no exclusivamente, como monooxigenasas. En los mamíferos, estas proteínas oxidan esteroides, ácidos grasos y xenobióticos, y son importantes para la eliminación de diversos compuestos, así como para la síntesis y descomposición de hormonas. En 1963, Estabrook, Cooper y Rosenthal describieron el papel del CYP como catalizador en la síntesis de hormonas esteroides y el metabolismo de fármacos. En las plantas, estas proteínas son importantes para la biosíntesis de compuestos defensivos, ácidos grasos y hormonas.

Las enzimas P450 se han identificado en todos los reinos de la vida: animales, plantas, hongos, protistas, bacterias y arqueas, así como en virus. Sin embargo, no son omnipresentes; por ejemplo, no se han encontrado en Escherichia coli. En 2018, se conocen más de 300.000 proteínas CYP distintas.

Las P450 son, en general, enzimas oxidasas terminales en las cadenas de transferencia de electrones, ampliamente categorizadas como sistemas que contienen P450. El término "P450" se deriva del pico espectrofotométrico en la longitud de onda del máximo de absorción de la enzima (450 nm) cuando está en estado reducido y forma complejo con monóxido de carbono. La mayoría de los P450 requieren una proteína asociada para entregar uno o más electrones para reducir el hierro (y eventualmente el oxígeno molecular).

Nomenclatura

Los genes que codifican las enzimas P450, y las enzimas mismas, se designan con el símbolo raíz CYP para la superfamilia, seguido de un número que indica la familia de genes, una letra mayúscula que indica la subfamilia y otro número. para el gen individual. La convención es poner en cursiva el nombre cuando se hace referencia al gen. Por ejemplo, CYP2E1 es el gen que codifica la enzima CYP2E1, una de las enzimas implicadas en el metabolismo del paracetamol (acetaminofén). La nomenclatura CYP es la convención de nomenclatura oficial, aunque ocasionalmente CYP450 o CYP₄₅₀ se utilizan como sinónimos. Estos nombres nunca deben usarse según la convención de nomenclatura (ya que denotan un P450 en la familia número 450). Sin embargo, algunos nombres de genes o enzimas para P450 también reciben nombres históricos (por ejemplo, P450_BM3 para CYP102A1) o nombres funcionales, que denotan la actividad catalítica y el nombre del compuesto utilizado como sustrato. Los ejemplos incluyen CYP5A1, tromboxano A₂ sintasa, abreviado como TBXAS1 (ThromBoXane A₂ Ssintasa 1), y CYP51A1, lanosterol 14-α-desmetilasa, a veces extraoficialmente abreviada como LDM según su sustrato (Lanosterol) y actividad (DeMmetilación).

Las pautas de nomenclatura actuales sugieren que los miembros de las nuevas familias CYP compartan al menos un 40 % de identidad de aminoácidos, mientras que los miembros de las subfamilias deben compartir al menos un 55 % de identidad de aminoácidos. Los comités de nomenclatura asignan y rastrean los nombres de los genes base (página de inicio del citocromo P450 archivada el 27 de junio de 2010 en Wayback Machine) y los nombres de los alelos (Comité de nomenclatura de alelos CYP).

Clasificación

Según la naturaleza de las proteínas de transferencia de electrones, las P450 se pueden clasificar en varios grupos:

Sistemas microsómicos P450

en los que los electrones se transfieren de NADPH a través de citocromo P450 reductasa (variablemente RCP, POR, o CYPOR). Cytochrome b5 (cyb₅) también puede contribuir a reducir el poder a este sistema después de ser reducido por cytochrome b5 reductase (CYB)₅R).

Sistemas Mitocondrial P450

que emplea la reductasa adrenodoxina y la adrenodoxin para transferir electrones de NADPH a P450.

Sistemas bacterianos P450

que emplea una reductasa de ferredoxina y una ferredoxina para transferir electrones a P450.

CYB₅R/cyb₅/P450 sistemas

en los que ambos electrones requeridos por el CYP vienen de cytochrome b₅.

Sistemas FMN/Fd/P450

originalmente encontrado en Rhodococcus especie, en la que se fusiona una reductasa que contiene dominio FMN al CYP.

Sistemas P450 solamente

que no requieren energía de reducción externa. Entre los notables se incluyen la sintesis de tromboxano (CYP5), la sintesis prostaciclina (CYP8), y CYP74A (sintase de óxido de aleno).

La reacción más común catalizada por los citocromos P450 es una reacción monooxigenasa, por ejemplo, la inserción de un átomo de oxígeno en la posición alifática de un sustrato orgánico (RH), mientras que el otro átomo de oxígeno se reduce a agua:

Muchas reacciones de hidroxilación (inserción de grupos hidroxilo) utilizan enzimas CYP.

Mecanismo

Estructura

El sitio activo del citocromo P450 contiene un centro de hierro hemo. El hierro está unido a la proteína mediante un ligando tiolato de cisteína. Esta cisteína y varios residuos flanqueantes están altamente conservados en los P450 conocidos y tienen el patrón de consenso de firma formal PROSITE [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [LIVMFAP] - [GAD]. Debido a la gran variedad de reacciones catalizadas por los P450, las actividades y propiedades de muchos P450 difieren en muchos aspectos. En general, el ciclo catalítico del P450 se desarrolla de la siguiente manera:

Ciclo catalítico

1. El sustrato se une en proximidad al grupo heme, en el lado opuesto al tiolato axial. Substrate binding induce a un cambio en la conformación del sitio activo, a menudo desplazando una molécula de agua de la posición de coordinación axial distal del hierro heme, y cambiando el estado del hierro heme desde la punta baja hasta la punta alta.
2. Substrate binding induce la transferencia de electrones de NAD(P)H a través de cytochrome P450 reductase u otra reductasa asociada.
3. El oxígeno molecular se une al centro de hemo ferroso resultante en la posición de coordinación axial distal, dando inicialmente un adducto de dioxigeno similar a la oxi-myoglobina.
4. Se transfiere un segundo electrón, de la reductasa de citocromo P450, ferredoxinas o citocromo b5, reduciendo el Fe-O₂ adduct to give a short-lived peroxo state.
5. El grupo de perxo formado en el paso 4 es protonado rápidamente dos veces, liberando una molécula de agua y formando las especies altamente reactivas mencionadas como P450 Compuesto 1 (o simplemente Completo I). Este intermedio altamente reactivo fue aislado en 2010, P450 Compound 1 es una especie de oxo (o ferryl) de hierro(IV) con un equivalente oxidante adicional delocalizado sobre los ligandos porfirina y tiololato. Falta evidencia para el hierro perferryl alternativo (V)-oxo.
6. Dependiendo del sustrato y la enzima implicada, las enzimas P450 pueden catalizar cualquiera de una amplia variedad de reacciones. En esta ilustración se muestra una hidroxilación hipotética. Después de que el producto haya sido liberado del sitio activo, la enzima vuelve a su estado original, con una molécula de agua que vuelve a ocupar la posición de coordinación distal del núcleo de hierro.

1. Una ruta alternativa para la mono-oxigenación es a través de la "lucha de peróxido" (página "S" en figura). Esta vía implica oxidación del complejo de sustratos férricos con donantes de oxígeno-atómicos como peróxidos e hipocloritos. Un peróxido hipotético "XOOH" se muestra en el diagrama.

Espectroscopia

La unión del sustrato se refleja en las propiedades espectrales de la enzima, con un aumento de la absorbancia a 390 nm y una disminución a 420 nm. Esto se puede medir mediante espectroscopías diferenciales y se denomina espectroscopía de "tipo I". espectro de diferencia (ver gráfico insertado en la figura). Algunos sustratos provocan un cambio opuesto en las propiedades espectrales, un cambio de tipo "inverso I" espectro, mediante procesos que aún no están claros. Los inhibidores y ciertos sustratos que se unen directamente al hierro hemo dan lugar al espectro de diferencia de tipo II, con un máximo a 430 nm y un mínimo a 390 nm (consulte el gráfico insertado en la figura). Si no hay equivalentes reductores disponibles, este complejo puede permanecer estable, lo que permite determinar el grado de unión a partir de mediciones de absorbancia in vitro. C: Si el monóxido de carbono (CO) se une al P450 reducido, el ciclo catalítico se interrumpe. Esta reacción produce el clásico espectro diferencial de CO con un máximo a 450 nm. Sin embargo, los efectos disruptivos e inhibidores del CO varían según los diferentes CYP, de modo que la familia CYP3A se ve relativamente menos afectada.

P450 en humanos

Las P450 humanas son principalmente proteínas asociadas a la membrana ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias o en el retículo endoplásmico de las células. Los P450 metabolizan miles de sustancias químicas endógenas y exógenas. Algunos P450 metabolizan solo uno (o muy pocos) sustratos, como CYP19 (aromatasa), mientras que otros pueden metabolizar múltiples sustratos. Ambas características explican su importancia central en la medicina. Las enzimas citocromo P450 están presentes en la mayoría de los tejidos del cuerpo y desempeñan funciones importantes en la síntesis y degradación de hormonas (incluida la síntesis y el metabolismo de estrógenos y testosterona), la síntesis de colesterol y el metabolismo de la vitamina D. Las enzimas del citocromo P450 también funcionan para metabolizar compuestos potencialmente tóxicos, incluidos fármacos y productos del metabolismo endógeno como la bilirrubina, principalmente en el hígado.

El Proyecto Genoma Humano ha identificado 57 genes humanos que codifican las diversas enzimas del citocromo P450.

Metabolismo de fármacos

Las P450 son las principales enzimas implicadas en el metabolismo de los fármacos y representan aproximadamente el 75 % del metabolismo total. La mayoría de los fármacos se desactivan mediante P450, ya sea directamente o mediante excreción facilitada del cuerpo. Sin embargo, muchas sustancias son bioactivadas por los P450 para formar sus compuestos activos, como el fármaco antiplaquetario clopidogrel y el opiáceo codeína.

Interacción farmacológica

Muchos fármacos pueden aumentar o disminuir la actividad de varias isoenzimas P450, ya sea induciendo la biosíntesis de una isoenzima (inducción enzimática) o inhibiendo directamente la actividad de la P450 (inhibición enzimática). Un ejemplo clásico incluye fármacos antiepilépticos, como la fenitoína, que induce CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 y CYP3A4.

Los efectos sobre la actividad de la isoenzima P450 son una fuente importante de interacciones farmacológicas adversas, ya que los cambios en la actividad de la enzima P450 pueden afectar el metabolismo y la eliminación de varios fármacos. Por ejemplo, si un fármaco inhibe el metabolismo de otro fármaco mediado por P450, el segundo fármaco puede acumularse en el organismo hasta alcanzar niveles tóxicos. Por lo tanto, estas interacciones medicamentosas pueden requerir ajustes de dosis o elegir medicamentos que no interactúen con el sistema P450. Es especialmente importante considerar tales interacciones medicamentosas cuando se usan medicamentos de vital importancia para el paciente, medicamentos con efectos secundarios significativos o medicamentos con un índice terapéutico estrecho, pero cualquier medicamento puede estar sujeto a una concentración plasmática alterada debido a un metabolismo alterado.

Muchos sustratos del CYP3A4 son fármacos con un índice terapéutico estrecho, como la amiodarona o la carbamazepina. Debido a que estos fármacos son metabolizados por CYP3A4, los niveles plasmáticos medios de estos fármacos pueden aumentar debido a la inhibición enzimática o disminuir debido a la inducción enzimática.

Interacción de otras sustancias

Los compuestos naturales también pueden inducir o inhibir la actividad de P450. Por ejemplo, se ha descubierto que los compuestos bioactivos que se encuentran en el jugo de toronja y algunos otros jugos de frutas, incluidos la bergamotina, la dihidroxibergamotina y la paradicina-A, inhiben el metabolismo de ciertos medicamentos mediado por CYP3A4, lo que aumenta la biodisponibilidad y, por lo tanto, la gran posibilidad de sobredosis. Debido a este riesgo, generalmente se recomienda evitar por completo el jugo de toronja y las toronjas frescas mientras se toman medicamentos.

Otros ejemplos:

• La hierba de San Juan, un remedio herbal común induce CYP3A4, pero también inhibe CYP1A1, CYP1B1.
• El tabaquismo de tabaco induce CYP1A2 (los substratos CYP1A2 son clozapina, olanzapina y fluvoxamina)
• En concentraciones relativamente altas, el zumo de fruta estelar también se ha demostrado que inhibe el CYP2A6 y otros P450. Watercress también es un inhibidor conocido del citocromo P450 CYP2E1, que puede resultar en metabolismo alterado de drogas para los individuos en ciertos medicamentos (por ejemplo, clozoxazona).
• La tributilina se ha encontrado para inhibir la función de citocromo P450, lo que conduce a la masculinización de moluscos.
• Goldenseal, con sus dos notables alcaloides berberina e hidroastina, ha demostrado alterar las actividades enzimáticas de P450-marker (volviendo CYP2C9, CYP2D6, y CYP3A4).

Otras funciones específicas del P450

Hormonas esteroides

Un subconjunto de enzimas del citocromo P450 desempeña funciones importantes en la síntesis de hormonas esteroides (esteroidogénesis) por las glándulas suprarrenales, las gónadas y el tejido periférico:

• CYP11A1 (también conocido como P450scc o P450c11a1) en la mitocondria suprarrenal afecta "la actividad anteriormente conocida como 20,22-desmolasa" (esteroide 20α-hidroxilase, esteroide 22-hidroxilase, la tisión lateral de colesterol).
• CYP11B1 (encoding the protein P450c11β) encontrada en la membrana mitocondrial interna de la corteza suprarrenal tiene esteroide 11β-hidroxilase, esteroide 18-hidroxilase y actividades esteroideas de 18-metiloxidasa.
• CYP11B2 (encoding the protein P450c11AS), encontrado sólo en la mitocondria de la zona suprarrenal glomerulosa, tiene esteroide 11β-hidroxilase, esteroide 18-hidroxilase, y esteroide actividades de 18-metilasas.
• CYP17A1, en reticulum endoplasmático de corteza suprarrenal tiene esteroide 17α-hidroxilasa y 17,20 actividades de lisa.
• CYP21A2 (P450c21) en la corteza suprarrenal realiza actividad de 21 hidroxilasas.
• CYP19A (P450arom, aromatasa) en reticulum endoplasmático de gónadas, cerebro, tejido adiposo, y en otros lugares cataliza aromatización de andrógenos a estrógenos.

Ácidos grasos poliinsaturados y eicosanoides

Cierto citocromo Las enzimas P450 son esenciales para metabolizar ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) a moléculas de señalización celular biológicamente activas e intercelulares (eicosanoides) y/o metabolizar metabolitos biológicamente activos de la PUFA a productos menos activos o inactivos. Estos CYPs poseen actividad de enzimas citocromo P450 omega hidroxilasa y/o epoxigenasa.

• DHA1, CYP1A2, y CYP2E1 metabolizan PUFAs endógenas a las moléculas de señalización: metabolizan el ácido araquidonico (es decir, AA) a ácido hidroxieicosatetraenoico (es decir, 19-HETE; vea ácido 20-hidroxieicosatetraenoico);
• CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, y CYP2J2 metabolizan PUFAs endógenos a las moléculas de señalización: metabolizan AA a ácidos epoxieicosatetraenoicos (es decir EETs); EPA a EEQs; y DHA a EDPs.
• CYP2S1 metaboliza PUFA a señalizar moléculas: metaboliza AA a EETs y EPA a EEQs.
• CYP3A4 metaboliza AA a EET señalizando moléculas.
• CYP4A11 metaboliza PUFAs endógenas a las moléculas de señalización: metaboliza AA a 20-HETE y EETs; también hidroxila DHA a 22-hidroxy-DHA (es decir, 12-HDHA).
• CYP4F2, CYP4F3A, y CYP4F3B (ver CYP4F3 para los últimos dos CYP) metabolizan PUFAs para señalar moléculas: metaboliza AA a 20 HETE. También metabolizan la EPA a ácido hidroxieicosapentaenoico (19-HEPE) y ácido 20-hidroxieicosapentaenoico (20-HEPE) y metabolizan DHA a 22-HDA. También inactivan o reducen la actividad de las moléculas de señalización: metabolizan el leucotrieno B4 (LTB4) a 20-hidroxi-LTB4, ácido 5-hidroxieicosatetraenoico (5-HETE) a 5,20-diHETE, ácido 5-oxo-eicosatetraenoico (5-oxo-ETE) a 5-oxo,20-droxiato
• metaboliza CYP4F8 y CYP4F12 PUFAs a señalizar moléculas: metaboliza EPA a EEQs y DHA a EDPs. También metabolizan AA a ácido hidroxieicosatetraenoico (18-HETE) y 19-HETE.
• CYP4F11 inactiva o reduce la actividad de las moléculas de señalización: metaboliza LTB4 a 20-hidroxy-LTB4, (5-HETE) a 5,20-diHETE, (5-oxo-ETE) a 5-oxo,20-hidroxi-ETE, (12-HETE) a 12,20-diHETE, EET 20
• CYP4F22 ω-hidroxilates extremadamente largos "acidos grasos de cadena larga", es decir ácidos grasos que tienen 28 o más carbonos largos. La hidroxilación de estos ácidos grasos especiales es crítica para crear y mantener la función de barrera hídrica de la piel; mutaciones autosómicas recesivas de inactivación de CYP4F22 están asociadas con el subtipo de ichtiosis Lamellar de eritrodima congénita en humanos.

Familias CYP en humanos

Los humanos tenemos 57 genes y más de 59 pseudogenes divididos en 18 familias de genes del citocromo P450 y 43 subfamilias. Este es un resumen de los genes y de las proteínas que codifican. Consulte la página de inicio del Comité de Nomenclatura del citocromo P450 para obtener información detallada.

P450 en otras especies

Animales

Otros animales suelen tener más genes P450 que los humanos. Las cifras reportadas varían desde 35 genes en la esponja Amphimedon queenslandica hasta 235 genes en el cefalocordado Branchiostoma floridae. Los ratones tienen genes para 101 P450 y los erizos de mar tienen aún más (quizás hasta 120 genes). Se supone que la mayoría de las enzimas CYP tienen actividad monooxigenasa, como es el caso de la mayoría de las CYP de mamíferos que se han investigado (excepto, por ejemplo, CYP19 y CYP5). La secuenciación de genes y genomas está superando con creces la caracterización bioquímica de la función enzimática, aunque se han encontrado muchos genes con estrecha homología con CYP con función conocida, lo que proporciona pistas sobre su funcionalidad.

Las clases de P450 investigadas con mayor frecuencia en animales no humanos son aquellas involucradas en el desarrollo (por ejemplo, ácido retinoico o metabolismo hormonal) o involucradas en el metabolismo de compuestos tóxicos (como aminas heterocíclicas o hidrocarburos poliaromáticos). A menudo existen diferencias en la regulación genética o la función enzimática de los P450 en animales relacionados que explican las diferencias observadas en la susceptibilidad a compuestos tóxicos (por ejemplo, la incapacidad de los caninos para metabolizar xantinas como la cafeína). Algunas drogas se metabolizan en ambas especies a través de diferentes enzimas, lo que da como resultado metabolitos diferentes, mientras que otras drogas se metabolizan en una especie pero se excretan sin cambios en otra especie. Por esta razón, la reacción de una especie a una sustancia no es una indicación fiable de los efectos de esa sustancia en los seres humanos. Una especie de Drosophila del desierto de Sonora que utiliza una expresión regulada positivamente del gen CYP28A1 para la desintoxicación de la pudrición de los cactus es Drosophila mettleri. Las moscas de esta especie han adaptado una regulación positiva de este gen debido a la exposición a altos niveles de alcaloides en las plantas hospedantes.

Los P450 se han examinado exhaustivamente en ratones, ratas, perros y, en menor medida, en peces cebra, para facilitar el uso de estos organismos modelo en el descubrimiento de fármacos y la toxicología. Recientemente, también se han descubierto P450 en especies de aves, en particular pavos, que pueden resultar un modelo útil para la investigación del cáncer en humanos. Se descubrió que CYP1A5 y CYP3A37 en pavos eran muy similares a los CYP1A2 y CYP3A4 humanos respectivamente, en términos de sus propiedades cinéticas y en el metabolismo de la aflatoxina B1.

Los CYP también se han estudiado intensamente en insectos, a menudo para comprender la resistencia a los pesticidas. Por ejemplo, el CYP6G1 está relacionado con la resistencia a los insecticidas en Drosophila melanogaster resistente al DDT y el CYP6M2 en el mosquito vector de la malaria Anopheles gambiae es capaz de metabolizar directamente los piretroides.

Microbios

Los citocromos microbianos P450 son a menudo enzimas solubles y participan en diversos procesos metabólicos. En las bacterias, la distribución de P450 es muy variable y muchas bacterias no tienen P450 identificados (por ejemplo, E.coli). Algunas bacterias, predominantemente actinomicetos, tienen numerosos P450 (p. ej.,). Los identificados hasta ahora generalmente participan en la biotransformación de compuestos xenobióticos (por ejemplo, el CYP105A1 de Streptomyces griseolus metaboliza los herbicidas de sulfonilurea a derivados menos tóxicos) o son parte de vías biosintéticas de metabolitos especializados (por ejemplo, el CYP170B1 cataliza la producción de albaflavenona sesquiterpenoide en Streptomyces albus). Aunque todavía no se ha demostrado que P450 sea esencial en un microbio, la familia CYP105 está altamente conservada y tiene un representante en cada genoma de estreptomiceto secuenciado hasta ahora. Debido a la solubilidad de las enzimas bacterianas P450, generalmente se considera que es más fácil trabajar con ellas que con las P450 eucarióticas predominantemente unidas a membrana. Esto, combinado con la extraordinaria química que catalizan, ha dado lugar a muchos estudios que utilizan proteínas expresadas de forma heteróloga in vitro. Pocos estudios han investigado qué hacen los P450 in vivo, cuáles son los sustratos naturales y cómo los P450 contribuyen a la supervivencia de las bacterias en el entorno natural. Aquí se enumeran tres ejemplos que han contribuido significativamente a los estudios estructurales y mecanicistas, pero hay muchos ejemplos diferentes. las familias existen.

• Cytochrome P450 cam (CYP101A1) originario de Pseudomonas putida ha sido utilizado como modelo para muchos citocromos P450 y fue la primera estructura de proteína tridimensional de citocromo P450 resuelta por la cristalografía de rayos X. Esta enzima es parte de un ciclo catalítico de hidroxilación de caballos que consiste en dos pasos de transferencia de electrones de la putidaredoxina, un cofactor de proteínas que contiene 2Fe-2S.
• Cytochrome P450 eryF (CYP107A1) originalmente de la bacteria actinomycete Saccharopolyspora erythraea es responsable de la biosíntesis de la eritromicina antibiótica por C6-hidroxilación del macrolido 6-deoxierythronolide B.
• Cytochrome P450 BM3 (CYP102A1) de la bacteria del suelo Bacillus megaterium cataliza la hidroxilación dependiente de NADPH de varios ácidos grasos de cadena larga en la ω–1 a través de posiciones ω–3. A diferencia de casi todos los otros conocidos CYP (excepto CYP505A1, citocromo P450 foxy), constituye una proteína de fusión natural entre el dominio CYP y un cofactor de donación de electrones. Así, BM3 es potencialmente muy útil en aplicaciones biotecnológicas.
• Cytochrome P450 119 (CYP119A1) aislado del arco termofílico Sulfolobus solfataricus ha sido utilizado en una variedad de estudios mecanicistas. Debido a que las enzimas termofílicas evolucionaron para funcionar a altas temperaturas, tienden a funcionar más lentamente a temperatura ambiente (si en absoluto) y son por lo tanto excelentes modelos mecánicos.

Hongos

Los fármacos antimicóticos de clase azoles comúnmente utilizados actúan mediante la inhibición del citocromo P450 14α-desmetilasa del hongo. Esto interrumpe la conversión de lanosterol en ergosterol, un componente de la membrana celular del hongo. (Esto es útil sólo porque el P450 de los humanos tiene una sensibilidad diferente; así es como funciona esta clase de antifúngicos).

Se están realizando investigaciones importantes sobre los hongos P450, ya que varios hongos son patógenos para los humanos (como la levadura Candida y Aspergillus) y las plantas.

Cunninghamella elegans es un candidato para su uso como modelo para el metabolismo de fármacos en mamíferos.

Plantas

Los citocromos P450 participan en una variedad de procesos de crecimiento, desarrollo y defensa de las plantas. Se estima que los genes P450 constituyen aproximadamente el 1% del genoma de la planta. Estas enzimas dan lugar a diversos conjugados de ácidos grasos, hormonas vegetales, metabolitos secundarios, ligninas y una variedad de compuestos defensivos.

Los citocromos P450 desempeñan un papel importante en la defensa de las plantas: participan en la biosíntesis de fitoalexinas, el metabolismo hormonal y la biosíntesis de diversos metabolitos secundarios. La expresión de los genes del citocromo p450 está regulada en respuesta al estrés ambiental, lo que indica un papel crítico en los mecanismos de defensa de las plantas.

Las fitoalexinas han demostrado ser importantes en los mecanismos de defensa de las plantas, ya que son compuestos antimicrobianos producidos por las plantas en respuesta a patógenos vegetales. Las fitoalexinas no son específicas de patógenos, sino más bien de plantas; Cada planta tiene su propio conjunto único de fitoalexinas. Sin embargo, todavía pueden atacar una amplia gama de patógenos diferentes. Arabidopsis es una planta estrechamente relacionada con la col y la mostaza y produce la fitoalexina camalexina. Camalexin se origina a partir del triptófano y en su biosíntesis participan cinco enzimas del citocromo P450. Las cinco enzimas del citocromo P450 incluyen CYP79B2, CYP79B3, CYP71A12, CYP71A13 y CYP71B15. El primer paso de la biosíntesis de camalexina produce indol-3-acetaldoxima (IAOx) a partir de triptófano y es catalizada por CYP79B2 o CYP79B3. Luego, la IAOx se convierte inmediatamente en indol-3-acetonitrilo (IAN) y está controlada por CYP71A13 o su homólogo CYP71A12. Los dos últimos pasos de la vía de biosíntesis de camalexina están catalizados por CYP71B15. En estos pasos, se forma ácido indol-3-carboxílico (DHCA) a partir de cisteína-indol-3-acetonitrilo (Cys(IAN)), seguido de la biosíntesis de camalexina. Hay algunos pasos intermedios dentro de la vía que aún no están claros, pero se entiende bien que el citocromo P450 es fundamental en la biosíntesis de camalexina y que esta fitoalexina desempeña un papel importante en los mecanismos de defensa de las plantas.

Los citocromos P450 son en gran medida responsables de la síntesis del ácido jasmónico (JA), una defensa hormonal común contra el estrés abiótico y biótico de las células vegetales. Por ejemplo, un P450, CYP74A, participa en la reacción de deshidratación para producir un óxido de aleno insaciable a partir de hidroperóxido. Las reacciones químicas de JA son críticas en presencia de estreses bióticos que pueden ser causados por heridas en la planta, como se muestra específicamente en la planta Arabidopsis. Como prohormona, el ácido jasmónico debe convertirse en el conjugado JA-isoleucina (JA-Ile) mediante catalización JAR1 para que se considere activado. Luego, la síntesis de JA-Ile conduce al ensamblaje del complejo correceptor compuesto por COI1 y varias proteínas JAZ. En condiciones bajas de JA-Ile, los componentes de la proteína JAZ actúan como represores transcripcionales para suprimir los genes JA posteriores. Sin embargo, en condiciones adecuadas de JA-Ile, las proteínas JAZ están ubiquitinadas y sufren degradación a través del proteosoma 26S, lo que produce efectos funcionales posteriores. Además, varios CYP94 (CYP94C1 y CYP94B3) están relacionados con el recambio de JA-Ile y muestran que el estado de oxidación de JA-Ile afecta la señalización de la planta de manera catabólica. La regulación hormonal del citocromo P450 en respuesta al estrés extracelular e intracelular es fundamental para una respuesta adecuada de defensa de las plantas. Esto se ha demostrado mediante un análisis exhaustivo de varios CYP P450 en las vías del ácido jasmónico y las fitoalexinas.

La O-desmetilasa aromática del citocromo P450, que está formada por dos partes promiscuas distintas: una proteína del citocromo P450 (GcoA) y una reductasa de tres dominios, es importante por su capacidad para convertir la lignina, el biopolímero aromático común en las paredes celulares de las plantas, en cadenas de carbono renovables en un conjunto catabólico de reacciones. En resumen, facilita un paso crítico en la conversión de lignina.

P450 en biotecnología

La notable reactividad y promiscuidad del sustrato de los P450 han atraído durante mucho tiempo la atención de los químicos. Los avances recientes hacia la realización del potencial del uso de P450 para oxidaciones difíciles han incluido: (i) eliminar la necesidad de cofactores naturales reemplazándolos con moléculas económicas que contienen peróxido, (ii) explorar la compatibilidad de los P450 con solventes orgánicos, y (iii) el uso de pequeños auxiliares no quirales para dirigir de manera predecible la oxidación del P450.

Subfamilias InterPro

Subfamilias InterPro:

• Cytochrome P450, B-class Inter Pro:IPR002397
• Cytochrome P450, mitocondrial Inter Pro:IPR002399
• Cytochrome P450, E-class, grupo I Inter Pro:IPR002401
• Cytochrome P450, E-class, grupo II Inter Pro:IPR002402
• Cytochrome P450, E-class, grupo IV Inter Pro:IPR002403
• Aromatase

Clozapina, imipramina, paracetamol, fenacetina Arilaminas heterocíclicas Inducible y CYP1A2 5-10% deficiente oxidan el uroporfirinógeno a uroporfirina (CYP1A2) en el metabolismo del hemo, pero pueden tener sustratos endógenos adicionales no descubiertos. son inducibles por algunos hidrocarburos policíclicos, algunos de los cuales se encuentran en el humo del cigarrillo y en los alimentos carbonizados.

Estas enzimas son interesantes porque, en los ensayos, pueden activar compuestos hasta convertirlos en carcinógenos. Los niveles altos de CYP1A2 se han relacionado con un mayor riesgo de cáncer de colon. Dado que el tabaquismo puede inducir la enzima 1A2, esto vincula el tabaquismo con el cáncer de colon.