Tieto cyklooxygenázy (Coxs), známej tiež ako prostaglandín H-syntázy alebo syntázy prostaglandín endoperoxidy, oxygenázy sú enzýmy, ktoré patria do mastné kyseliny myeloperoxidáze nadčeľade a sa nachádzajú vo všetkých stavovcov.
Cyklooxygenázy sú bifunkčné enzýmy, pretože majú dve rôzne katalytické aktivity: cyklooxygenázovú aktivitu a peroxidázovú aktivitu, ktoré im umožňujú katalyzovať bis-oxygenáciu a redukciu kyseliny arachidónovej za vzniku prostaglandínu.
Reakcia katalyzovaná cyklooxygenázovými enzýmami (Zdroj: Pancrat cez Wikimedia Commons)
Neboli nájdené v rastlinách, hmyze alebo jednobunkových organizmoch, ale v bunkách stavovcov sa tieto enzýmy nachádzajú hlavne v membráne endoplazmatického retikula s hlásením o ich prítomnosti v jadrovom obale, lipidových telách, mitochondriách, vláknitých štruktúrach. , vezikuly atď.
Prvé zistenia produktov syntetizovaných cyklooxygenázami sa uskutočnili v semenných tekutinách, a preto sa pôvodne predpokladalo, že ide o látky vyrobené v prostate, a preto sa nazývajú „prostaglandíny“.
Dnes je známe, že prostaglandíny sa syntetizujú vo všetkých tkanivách stavovcov a dokonca aj v organizmoch, ktoré nemajú prostatické žľazy, a že rôzne izoméry týchto molekúl majú rôzne funkcie v rôznych fyziologických a patologických procesoch, ako je horúčka, citlivosť na bolesť alebo algézia, zápal, trombóza, mitogenéza, vazodilatácia a vazokonstrikcia, ovulácia. funkcia obličiek atď.
druhy
U stavovcov bola opísaná existencia dvoch typov cyklooxygenáz. Prvý, ktorý sa objavil a vyčistil, je známy ako COX-1 alebo jednoducho COX a bol prvýkrát purifikovaný v roku 1976 zo semenných vezikúl oviec a kráv.
Druhá cyklooxygenáza objavená medzi eukaryotmi bola COX-2 v roku 1991. Doteraz sa ukázalo, že všetky stavovce, vrátane chrupaviek, kostí, vtákov a cicavcov, majú dva gény, ktoré kódujú enzýmy. COX.
Jeden z nich, COX-1, kóduje cyklooxygenázu 1, ktorá je konštitutívna, zatiaľ čo gén COX-2 kóduje indukovateľnú cyklooxygenázu 2.
Charakteristika oboch génov a ich enzýmových produktov
Enzýmy COX-1 a COX-2 sú dosť podobné, čo sa chápe ako 60 až 65% podobnosť medzi ich aminokyselinovými sekvenciami.
Ortologické gény COX-1 (gény rôznych druhov, ktoré majú rovnaký pôvod) u všetkých druhov stavovcov produkujú proteíny COX-1, ktoré zdieľajú až 95% identity svojich aminokyselinových sekvencií, čo platí aj pre ortology COX-2, ktorých produkty majú 70-90% identitu.
Cididiani a morské striekačky majú tiež dva gény COX, ale tieto sa líšia od génov iných zvierat, takže niektorí autori predpokladajú, že tieto gény mohli vzniknúť pri nezávislých duplikáciách od toho istého spoločného predka.
COX-1
Gén COX-1 váži približne 22 kb a je konštitutívne exprimovaný tak, aby kódoval proteín COX-1, ktorý má pred spracovaním viac alebo menej 600 aminokyselinových zvyškov, pretože po odstránení má hydrofóbny signálny peptid, ktorý poskytne proteín približne 576 aminokyseliny.
Tento proteín sa nachádza hlavne v endoplazmatickom retikule a jeho všeobecná štruktúra je vo forme homodiméru, to znamená dvoch identických polypeptidových reťazcov, ktoré sa spájajú, aby vytvorili aktívny proteín.
COX-2
Na druhej strane gén COX -2 váži asi 8 kb a jeho expresia je indukovaná cytokínmi, rastovými faktormi a inými látkami. Kóduje enzým COX-2, ktorý má, vrátane signálneho peptidu, 604 aminokyselinových zvyškov a 581 po spracovaní.
Tento enzým je tiež homodimérny a nachádza sa medzi endoplazmatickým retikulom a jadrovým obalom.
Molekulárna štruktúra cyklooxygenázy typu 2 (COX-2) (Zdroj: Cytochróm c na anglickej Wikipédii prostredníctvom Wikimedia Commons)
Z analýzy ich štruktúr sa zistilo, že enzýmy COX-1 a COX-2 majú na svojom N-terminálnom konci a na mieste susediacom so signálnym peptidom jedinečný „modul“ epidermálneho rastového faktora (EGF) Anglický epidermálny rastový faktor).
V tomto module sú vysoko konzervované disulfidové väzby alebo mostíky, ktoré fungujú ako „dimerizačná doména“ medzi dvoma polypeptidmi každého homodimérneho enzýmu.
Proteíny majú tiež amfipatické helixy, ktoré uľahčujú ukotvenie k jednej z vrstiev membrány. Katalytická doména oboch má navyše dve aktívne miesta, jedno s cyklooxygenázovou aktivitou a druhé s peroxidázovou aktivitou.
Oba enzýmy sú vysoko konzervované proteíny, s malými významnými rozdielmi medzi rôznymi druhmi, čo sa týka mechanizmov dimerizácie a membrány, ako aj niektorých vlastností ich katalytických domén.
Proteíny COX majú navyše glykozylačné miesta, ktoré sú nevyhnutné pre ich funkciu a ktoré sú absolútne konzervované.
reakcie
Enzýmy cyklooxygenázy 1 a 2 sú zodpovedné za katalyzovanie prvých dvoch krokov biosyntézy prostaglandínov, ktoré sa začínajú konverziou kyseliny arachidónovej na prekurzory prostaglandínu známe ako hydroperoxy-endoperoxid PGG2.
Aby tieto enzýmy mohli vykonávať svoje funkcie, musia sa najskôr aktivovať procesom závislým od ich peroxidázovej aktivity. Inými slovami, jeho hlavná aktivita závisí od redukcie peroxidového substrátu (sprostredkovaného peroxidázou na aktívnom mieste) pre oxidáciu železa spojeného s hemovou skupinou, ktorá slúži ako kofaktor.
Oxidácia skupiny hem spôsobuje tvorbu tyrozyl radikálu v aktívnom mieste cyklooxygenázy, ktorý aktivuje enzým a podporuje začatie cyklooxygenázovej reakcie. Táto aktivačná reakcia môže nastať iba raz, pretože tyrozylový radikál je regenerovaný počas poslednej reakcie v dráhe.
inhibítory
Cyklooxygenázy sa podieľajú na syntéze prostaglandínov, čo sú hormóny s funkciami pri ochrane črevnej sliznice, pri agregácii krvných doštičiek a pri regulácii funkcie obličiek, okrem účasti na procesoch zápalu, bolesti a horúčka.
Vzhľadom na skutočnosť, že tieto enzýmy sú kľúčové pre produkciu týchto hormónov, najmä tých, ktoré súvisia so zápalovými procesmi, sa mnohé farmakologické štúdie zamerali na inhibíciu cyklooxygenáz.
Molekulárna štruktúra cyklooxygenázy 1 viazaná na ibuprofén (Zdroj: Fvasconcellos 5. mája 2007 prostredníctvom Wikimedia Commons)
Ukázalo sa teda, že mechanizmus účinku mnohých nesteroidných protizápalových liekov súvisí s ireverzibilnou alebo reverzibilnou (inhibičnou) acetyláciou aktívneho miesta cyklooxygenázy na tieto enzýmy.
Tieto lieky zahŕňajú piroxikam, ibuprofén, aspirín, flurbiprofén, diklofenak, naproxén a ďalšie.
Referencie
- Botting, RM (2006). Inhibítory cyklooxygenáz: mechanizmy, selektivita a použitie. Žurnál fyziologie a farmakológie, 57, 113.
- Chandrasekharan, NV, a Simmons, DL (2004). Cyklooxygenázy. Genómová biológia, 5 (9), 241.
- Fitzpatrick, FA (2004). Enzýmy cyklooxygenázy: regulácia a funkcia. Súčasný farmaceutický dizajn, 10 (6), 577-588.
- Kundu, N., Smyth, MJ, Samsel, L. a Fulton, AM (2002). Inhibítory cyklooxygenázy blokujú rast buniek, zvyšujú ceramid a inhibujú bunkový cyklus. Výskum a liečba rakoviny prsníka, 76 (1), 57-64.
- Rouzer, CA, a Marnett, LJ (2009). Cyklooxygenázy: štruktúrne a funkčné poznatky. Journal of lipid research, 50 (Supplement), S29-S34.
- Vane, JR, Bakhle, YS, & Botting, RM (1998). CYKLOOXYGÉNY 1 A 2. Ročný prehľad farmakológie a toxikológie, 38 (1), 97-120.