Citocromo P450

Ora si prende in considerazione una famiglia di enzimi che fa parte delle reazioni di funzionalizzazione (di fase I). Questa famiglia di enzimi è quella delle monossigenasi citocromo P450 (abbreviato a CYP o P450). Un citocromo è un'emoproteina, come l'emoglobina, perché contiene il gruppo -EME. Il suo compito è quello di introdurre dell'ossigeno all'interno della molecola del farmaco, facendola diventare più polare.


Perché questa emoproteina si chiama citocromo P450? Questa emoproteina, quando è legata al monossido di carbonio (CO) e viene posta in uno spettrofotometro, ha un picco di assorbimento di 450 nm. Quindi il nome P450 è derivato dall'assorbimento che presenta il citocromo legato con il monossido di carbonio.
Non esiste un solo citocromo P450, ma esistono altri isoenzimi che appartengono a questa superfamiglia. Questi isoenzimi sono CYP 1A2, 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4, 3A5, 4A11 e 7. Tra queste isoenzimi i CYP 1A2, 2A6, 2C9, 2D6, 2E1 e 3A4 sono le isoforme maggiormente responsabili del metabolismo epatico dei farmaci e degli xenobiotici. Senza questi enzimi il nostro organismo non è in grado di metabolizzare né le sostanze endogene, né le sostanze esogene. Queste monossigenasi non lavorano da sole, ma hanno bisogno del contributo del NADPH (fornisce potere riducente), inoltre hanno bisogno di un altro enzima che si chiama NADPH-reduttasi e naturalmente hanno bisogno di ossigeno.

 

Come funziona questi ciclo?


Citocromo P450

 

Innanzitutto ci si trova sulla membrana del reticolo endoplasmatico perché si è a livello microsomiale. Sulla membrana c'è la presenza del Citocromo P450 e vicino a questa emoproteina c'è la presenza dell'enzima NADPH-reduttasi. Il rapporto è di 1:10 tra citocromo e NADPH-reduttasi. Questi due enzimi utilizzano l'ossigeno molecolare per introdurre un ossigeno nella molecola e contemporaneamente si ha l'eliminazione di una molecola di acqua.

Andiamo ad analizzare il ciclo passaggio per passaggio.

La molecola di partenza (RH) nel primo passaggio si lega al Cyt P450 e in condizioni di inattività all'interno del gruppo -EME il ferro si trova in forma ossidata 3+. La molecola RH-CytP450 nel secondo passaggio acquisisce un elettrone che gli viene fornito dal contatto con la flavoproteina, la quale passa dalla forma ridotta alla forma ossidata, perché il NADPH perde un idrogeno e diventa NADP+. A questo punto, il ferro all'interno del gruppo -EME non è più in forma 3+ ma è in forma 2+ visto che la molecola ha acquisito un elettrone. Nel terzo passaggio c'è l'interazione con l'ossigeno molecolare e con un altro elettrone, che viene fornito da un'altra reduttasi; si formerà un complesso altamente instabile con presenza di ossigeno all'interno della molecola del farmaco. A questo punto si ha una forma chimica instabile ricca di energia che ha bisogno di scindersi per passare a delle forme energicamente più stabili. Nel penultimo passaggio la molecola instabile si degrada e si origina il Cyt P450 con il ferro 3+, viene liberata una molecola d'acqua. Infine viene liberata la nostra molecola di partenza con attaccato un gruppo ossidrile (RH-OH), quindi molto più polare, e dall'altra parte il Cyt P450 con il ferro 3+. Perché avvenga la reazione di ossidazione in questo ciclo deve esservi una stretta collaborazione tra citocromo P450 e citocromo NADPH-reduttasi.

 

Questa superfamiglia dei citocromi fa parte degli enzimi microsomiali, quindi possono essere ipoattivati od iperattivati. Nel caso di iperattività il fegato aumenta di peso, vista la maggior attività di questi enzimi, portando anche ad un proliferazione del reticolo endoplasmatico. Inoltre, durante l'induzione enzimatica si ha un aumento della trascrizione e traduzione proteica. Nel caso di repressione dell'attività enzimatica abbiamo una riduzione dell'efficacia di metabolizzazione del farmaco, viceversa succede con l'induzione.

Concentrazione del citocromo P450, quantità di reduttasi e affinità del farmaco per il Cyt P450 sono caratteristiche che possono far variare la velocità di biotrasformazione, quindi possono indurre o reprimere l'attività enzimatica con una conseguente influenza sulla velocità di metabolizzazione, durata ed efficacia del farmaco.

La repressione enzimatica è meno frequente, anche se alcuni farmaci possono inibire l'attività enzimatica del sistema microsomiale epatico. L'inibizione enzimatica produce un rallentamento del metabolismo, con un conseguente aumento dei livelli plasmatici del farmaco originario ed infine un aumento dell'incidenza di tossicità. Si è notato che l'attività repressiva è un processo che è tutto l'inverso dell'induzione enzimatica e può produrre persino degli effetti tossici (prevalentemente effetti epatotossici). Gli effetti sono tossici perché il farmaco non viene metabolizzato ed allontanato velocemente dall'organismo, di conseguenza rimane per lungo tempo in circolazione.

 

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