Citocromo P450

O **citocromo P450** é unha superfamilia de encimas monooxixenases (oficialmente abreviadas como **CYP**) constituída por un grupo grande e diverso de encimas que catalizan a oxidación de compostos orgánicos. Os substratos dos encimas CYP son intermediatos metabólicos como lípidos e hormonas esteroides, ou substancias xenobióticas como fármacos e compostos químicos tóxicos. As CYPs son os principais encimas implicados no metabolismo de fármacos e a bioactivación, e realizan un 75% do total de reaccións metabólicas de degradación e modificación de drogas. Porén, estes encimas non se atoparon nalgunhas bacterias como *Escherichia coli*. Coñécense máis de 18.000 proteínas CYP distintas.

A maioría das CYPs necesitan unha proteína compañeira para ceder un ou máis electróns para reducir o ferro (e finalmente o oxíxeno molecular). Baseándose na natureza da transferencia de electróns as proteínas CYPs poden ser clasificadas en varios grupos, que son:

* **Sistemas P450 microsómicos** nos cales se transfiren electróns desde o NADPH por medio da citocromo P450 redutase (CPR, POR, ou CYPOR). O citocromo b5 (cyb5) pode tamén contribuír ao poder redutor deste sistema despois de ser reducido pola citocromo b5 redutase (CYB5R).
* **Sistemas P450 mitocondriais**, que empregan adrenodoxina redutase e adrenodoxina para transferiren electróns desde o NADPH ao P450.
* **Sistemas P450 bacterianos**, que empregan unha ferredoxina redutase e unha ferredoxina para transferiren electróns ao P450.
* **Sistemas CYB5R/cyb5/P450**, nos cales ambos os electróns que require a CYP proceden do citocromo b5.
* **Sistemas FMN/Fd/P450**, que se encontraron orixinalmente nas bacterias *Rhodococcus* sp. nos cales unha redutase que contén un dominio FMN se fusiona co CYP.
* **Sistemas P450 sós**, que non requiren poder redutor externo. Os máis salientables son o CYP5 (tromboxano sintase), CYP8 (prostaciclina sintase), e CYP74A (alene óxido sintase).

## Nomenclatura 
Os xenes que codifican os encimas CYP e os propios encimas, desígnanse coa abreviatura **CYP**, seguida dun número que indica a familia xénica, unha letra maiúscula que indica a subfamilia, e un número para o xene concreto. A convención é poñer en cursivas o nome cando se trata do xene e sen cursivas cando se trata do encima. Por exemplo, *CYP2E1* é o xene que codifica o encima CYP2E1 (un dos encimas implicados no metabolismo do paracetamol). A nomenclatura **CYP** é a convención oficial para nomealos, aínda que ocasionalmente (e non moi correctamente) poden verse nomes como **CYP450** ou **CYP450**. Porén, algúns nomes de xenes ou encimas CYPs poden non seguir esta nomenclatura, para indicar a actividade catalítica e o nome do composto usado como substrato. Exemplos son: CYP5A1, tromboxano A2 sintase, abreviada como TBXAS1 (**T**rom**B**o**X**ano **A**2 **S**intase **1**), e CYP51A1, lanosterol 14-α-desmetilase, ás veces abreviada de forma non oficial como LDM segundo o seu substrato (**L**anosterol) e actividade (**D**es**M**etilación).

As directrices da nomenclatura actual sinalan que os membros das familias de CYPs comparten >40% de identidade na secuencia de aminoácidos, mentres que os membros das subfamilias deben compartir >55% de identidade de aminoácidos. Hai comités de nomenclatura que asignan os nomes dos xenes base (Páxina do citocromo P450) e dos alelos (Comité de Nomenclatura dos Alelos CYP ).

## Mecanismo 
O ciclo catalítico do P450.|miniatura|350px
O sitio activo do citocromo P450 contén un centro hemo con ferro. O ferro está ligado á proteína P450 por un enlace tiolato derivado dun residuo de cisteína. Esta cisteína e varios residuos que a flanquean están moi conservados en todos os CYPs coñecidos e teñen o patrón de consenso de sinatura PROSITE [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [LIVMFAP] - [GAD]. Debido á gran variedade de reaccións que catalizan os CYPs, as actividades e propiedades de moitos CYPs difiren en moitos aspectos. En xeral, o ciclo catalítico do P450 é o seguinte:

# O substrato únese ao sitio activo do encima, que está moi próximo do grupo hemo no lado oposto da cadea peptídica. O substrato unha vez unido induce un cambio na conformación do sitio activo, a miúdo desprazando unha molécula de auga da posición de coordinación axial distal do ferro hémico, e ás veces cambiando o estado do ferro hémico de baixo spin a alto spin. Isto dá lugar a un cambio nas propiedades espectrais do encima, cun incremento na absorbancia a 390&nbsp;nm e unha diminución a 420&nbsp;nm. Isto pode medirse por espectrometría diferencial e denomínase espectro de diferenza de "tipo&nbsp;I" (ver o gráfico incluído na figura). Algúns substratos causan un cambio oposto nas propiedades espectrais, orixinando o espectro de "tipo&nbsp;I inverso", por procesos que non están aínda claros. Os inhibidores e certos substratos que se unen directamente ao ferro do hemo dan lugar a un espectro de diferenza de "tipo&nbsp;II", cun máximo a 430&nbsp;nm e un mínimo a 390&nbsp;nm (ver o gráfico incluído na figura). Se non están dispoñibles equivalentes de redución, este complexo pode permanecer estable, o que permite que o grao de unión sexa determinado a partir de medidas de absorbancia *in vitro*.
# O cambio no estado electrónico do sitio activo favorece a transferencia dun electrón do NAD(P)H por medio da citocromo P450 redutase ou outra redutase asociada. Isto ten lugar por medio dunha cadea de transferencia de electróns, como se describiu arriba, reducindo o ferro hémico do estado férrico ao estado ferroso.
# O oxíxeno molecular únese covalentemente á posición de coordinación axial distal do ferro do hemo. O ligando cisteína é un mellor doante de electróns que a histidina, a cal se encontra normalmente en proteínas que conteñen hemo. Como consecuencia, o oxíxeno é activado en maior medida noutras hemoproteínas. Porén, isto ás veces permite que o enlace ferro-oxíxeno se disocie, causando a chamada "reacción de desacoplamento", que libera un radical superóxido reactivo e interrompe o ciclo catalítico. aínda que fora estudado teoricamente durante moitos anos. localizadas na membrana mitocondrial interna ou nas membranas do retículo endoplasmático. Os CYPs metabolizan miles de compostos químicos endóxenos e exóxenos. Algúns CYPs metabolizan só un (ou moi poucos) substratos, como é o caso de *CYP19* (aromatase), mentres que outros poden metabolizar moitos substratos. Destas dúas características depende a súa importancia central en medicina. Os encimas citocromos P450 están presentes na maioría dos tecidos do corpo, e xogan importantes papeis na síntese de hormonas e a súa degradación (incluíndo a síntese e metabolismo de estróxenos e testosterona), síntese do colesterol, e metabolismo da vitamina D. Os encimas citocromos P450 tamén funcionan metabolizando compostos potencialmente tóxicos, como fármacos e produtos do metabolismo endóxeno como a bilirrubina, principalmente no fígado.

O Proxecto Xenoma Humano identificou 57 xenes humanos que codifican varios encimas citocromos P450.

### Metabolismo de fármacos 
[miniatura|400px|Proporción de drogas [antifúnxico|antifúnxicas metabolizadas por distintas familias de CYPs.]]

Os CYPs son os principais encimas implicados no metabolismo de fármacos (drogas, xenobióticos), que comprende o 75% do total do metabolismo de degradación e modificación de drogas. A maioría dos fármacos son desactivados polos CYPs, quer de forma directa quer por excreción facilitada do corpo. Tamén, moitas substancias son bioactivadas polos CYPs para formaren os seus compostos activos.

#### Interaccións con fármacos 
Moitas drogas poden aumentar ou diminuír a actividade de varios isoencimas CYP ao induciren a síntese dun isoencima (indución de encimas) ou por inhibiren directamente a actividade dos CYP (inhibición encimática). Esta é a orixe principal das interaccións adversas entre fármacos, xa que os cambios na actividade dos encimas CYP poden afectar ao metabolismo e á eliminación do corpo de diversos fármacos. Por exemplo, se un fármaco inhibe o metabolismo mediado por CYPs doutro fármaco, o segundo fármaco pode acumularse dentro do corpo ata niveis tóxicos. Por tanto, estas interaccións entre fármacos poden necesitar axustes na dosificación ou a elección de fármacos que non interaccionen co sistema CYP. Estas interaccións entre fármacos son especialmente importantes para telas en conta cando se usan fármacos de vital importancia para o paciente, fármacos con importantes efectos adversos ou con fiestras terapéuticas pequenas, pero calquera fármaco pode estar suxeito a ter unha concentración alterada no plasma debido a unha alteración do metabolismo de fármacos.

Un exemplo clásico son os fármacos antiepilépticos. A Phenytoin, por exemplo, induce os encimas CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, e CYP3A4. Os substratos deste último poden ser fármacos cunha dosificación crítica, como amiodarone ou carbamazepina, cuxa concentración no plasma sanguíneo pode incrementarse debido á inhibición do encima no caso do primeiro deles, ou ben diminuír debido á indución do encima no caso do último.

#### Interacción con outras substancias 
Os compostos naturais poden tamén inducir ou inhibir a actividade CYP. Por exemplo, certos compostos bioactivos que se encontran no zume de pomelo e algúns outros zumes de froitas, como o bergamotín, dihidroxibergamotín, e paradicina-A, inhiben o metabolismo mediado por CYP3A4 de certos medicamentos, o que produce un incremento da biodispoñibilidade e, deste modo, unha elevada posibilidade de sobredose. Debido a este risco, moitas veces se aconsella evitar tomar zume de pomelo e pomelo fresco cando se toman certos fármacos.

Outros exemplos:
* A abeluria ou herba de San Xoán (*Hipericum perforatum*), que se usa como herba medicinal induce o encima CYP3A4, pero tamén inhibe a CYP1A1, CYP1B1, e CYP2D6.
* Fumar tabaco induce a CYP1A2 (exemplos de substratos do CYP1A2 son a clozapina, olanzapina, e fluvoxamina).
* A concentracións relativamente altas, o zume de carambola (*Averrhoa carambola*) tamén inhibe a CYP2A6 e outros CYPs. 
* O agrón (*Nasturtium officinale*) é un inhibidor do CYP2E1, o que pode orixinar unha alteración do metabolismo dos fármacos en individuos tratados con certos medicamentos (exemplo, chlorzoxazone).

### Outras funcións específicas das CYP 
[miniatura|dereita|400px|[Esteroidoxénese, na que se mostran moitas actividades encimáticas realizadas polos encimas citocromos P450.]]
Un grupo de encimas citocromos P450 exercen importantes funcións na síntese de hormonas esteroides (esteroidoxénese) que ten lugar nas glándulas adrenais, gónadas, e tecidos periféricos. Entre eles están:
* CYP11A1 (tamén chamado P450scc ou P450c11a1) nas mitocondrias adrenais. Efectúa a “actividade antes coñecida como 20,22-desmolase” (esteroide 20α-hidroxilase, esteroide 22-hidroxilase, escisión da cadea lateral do colesterol).
* CYP11B1 (proteína P450c11β). Encóntrase na membrana mitocondrial interna do córtex adrenal e ten actividades de esteroide 11β-hidroxilase, esteroide 18-hidroxilase, e esteroide 18-metiloxidase.
* CYP11B2 (proteína P450c11AS). Encóntrase só nas mitocondrias da zona glomerulosa adrenal, e ten actividades de esteroide 11β-hidroxilase, esteroide 18-hidroxilase, e esteroide 18-metiloxidase.
* CYP17A1. Actúa no retículo endoplasmático do córtex adrenal, e ten actividades de esteroide 17α-hidroxilase e 17,20-liase.
* CYP21A1 (P450c21) do córtex adrenal realiza a actividade 21-hidroxilase.
* CYP19A (P450arom, aromatase) do retículo endoplasmático das gónadas, cerebro, tecido adiposo, e doutras partes, que cataliza a aromatización dos andróxenos a estróxenos.

### Familias de CYPs en humanos 
Os humanos teñen 57 xenes e máis de 59 pseudoxenes relacionados con estes encimas, divididos en 18 familias de xenes de citocromos P450 e 43 subfamilias. Na táboa hai un resumo dos xenes e das proteínas que codifican. Véxase a páxina web do Comité de Nomenclatura dos Citocromos P450 para unha información máis detallada.
A maioría dos encimas CYP crese que teñen actividade monooxixenase, como ocorre coa maioría dos encimas CYPs de mamíferos que foron investigados (excepto algúns como a CYP19 e a CYP5). Non obstante, a rápida secuenciación de xenes e xenomas está deixando atrás a caracterización bioquímica da función encimática, que é máis lenta, pero aínda así, atopáronse moitos xenes con moita homoloxía cos CYPs dos que se coñece a función.

Os tipos de CYPs que se investigan máis a miúdo en animais non humanos son os implicados no desenvolvemento (por exemplo, no metabolismo do ácido retinoico ou hormonas) ou no metabolismo de compostos tóxicos (como aminas heterocíclicas ou hidrocarburos poliaromáticos). Con frecuencia hai diferenzas na regulación xénica ou función encimática dos CYPs en animais relacionados que explican as diferenzas observadas na susceptibilidade a compostos tóxicos (por exemplo, a incapacidade dos caninos de metabolizaren as xantinas como a cafeína). Algunhas drogas metabolízanse en dúas especies por medio de encimas diferentes, dando lugar a diferentes metabolitos, mentres que outras drogas son metabolizadas nunha especie pero excretadas sen cambios na outra. Por esta razón, a reacción cun substrato nunha especie non é unha indicación fiable sobre os efectos dese substrato nos humanos.

Os CYPs foron examinados intensamente en ratos, ratas, cans, e menos no peixe cebra, para facilitar o seu uso como organismos modelo para o descubrimento de drogas e toxicoloxía. Recentemente os CYPs foron descubertos tamén en especies de aves, en particular en pavos, que poderían chegar a ser un bo organismo modelo para a investigación do cancro en humanos. Nos pavos o CYP1A5 e o CYP3A37 son moi similares aos CYP1A2 e CYP3A4 humanos, respectivamente, en canto ás súas propiedades cinéticas e no metabolismo da aflatoxina B1.

Os CYPs foron tamén moi estudados en insectos, xeralmente para comprender a resistencia a pesticidas. Por exemplo, o CYP6G1 está ligado á resistencia a insecticidas nas moscas *Drosophila melanogster* resistentes ao DDT e o CYP6Z1 do mosquito vector da malaria *Anopheles gambiae* pode metabolizar directamente o DDT,

### Microbios 
Os citocromos P450 microbianos adoitan ser encimas solubles e están implicados en procesos metabólicos fundamentais. Tres exemplos que contribuíron significativamente aos estudos do mecanismo de acción e estruturais son os que se indican a continuación, pero existen moitas familias diferentes.

* Citocromo P450cam (CYP101), orixinalmente obtido de *Pseudomonas putida*. Foi utilizado como modelo de moitos citocromos P450 e foi a primeira estrutura proteica tridimensional de citocromo P450 resolta por cristalografía de raios X. Este encima é parte dun ciclo catalítico canfor-hidroxilante que consta de dous pasos de transferencia de electróns desde a putidarredoxina, un cofactor proteico que contén un *cluster* 2Fe-2S.
* Citocromo P450 eryF (CYP107A1), orixinalmente atopado na actinobacteria *Saccharopolyspora erythraea*. É responsable da biosíntese do antibiótico eritromicina por hidroxilación C6 do macrólido 6-desoxieritronólido B.
* Citocromo P450 BM3 (CYP102A1) da bacteria do solo *Bacillus megaterium* cataliza a hidroxilación dependente de NADPH de varios ácidos graxos de cadea longa nas posicióins de ω–1 a ω–3. A diferenza de case calquera outro CYP coñecido (excepto CYP505A1, citocromo P450 foxy), constitúe unha proteína de fusión natural entre o dominio CYP e un cofactor doante de electróns. Así, o BM3 é potencialmente moi útil en aplicacións biotecnolóxicas.
* Citocromo P450 119 (CYP119), illado da arquea termofílica *Sulfolobus acidocaldarius*. Utilizouse en varios estudos de mecanismo.

Estanse a facer investigacións significativas sobre os P450 fúnxicos, xa que hai diversos fungos patoxénicos para os humanos (como o lévedo *Candida* e *Aspergillus*) e para as plantas, aos que se lle podería aplicar este tratamento.

*Cunninghamella elegans* é un candidato para ser usado como organismo modelo para o estudar o metabolismo de fármacos de mamíferos.

### Plantas 
Os citocromos P450 de plantas están implicados nunha ampla variedade de reaccións biosintéticas, nas que se forman varios conxugados de ácidos graxos, hormonas de plantas, compostos defensivos, ou drogas importantes medicamente. Os terpenoides, que son o tipo máis extenso de compostos naturais de plantas caracterizados, son con frecuencia substratos para os CYPs das plantas.

## P450s en biotecnoloxía 
A importante reactividade e diversidade de substratos dos P450s atraeu desde hai tempo a atención dos químicos. Progresos recentes que indican o grande potencial do uso de P450s para realizar oxidacións difíciles son: (i) evitar a necesidade de cofactores naturais ao substituílos por moléculas baratas que conteñen peróxido, (ii) explorar a compatibilidade dos P450s cos solventes orgánicos, e (iii) usar auxiliares non quirais pequenos para dirixir prediciblemente a oxidación do P450.

## Subfamilias en InterPro 
En InterPro distínguense as seguintes subfamilias:
* Citocromo P450, clase B 
* Citocromo P450, mitocondrial 
* Citocromo P450, clase E, grupo I 
* Citocromo P450, clase E, grupo II 
* Citocromo P450, clase E, grupo IV 
* Hidroxilato estróxeno (CYP1A2 e 1B1)

## Notas 
## Véxase tamén 
### Ligazóns extrernas 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* Estudos de inhibición do P450 in vitro con análises de datos .
* DDI Regulatory Guidance Guía de recomendacións reguladoras de interaccións entre drogas.
* Expanding the toolbox of cytochrome P450s through enzyme engineering Vídeo do Turner Group, Universidade de Manchester, Reino Unido