Tyto cyklooxygenázy (Coxs), známé také jako prostaglandin H-syntázy nebo syntázy prostaglandin endoperoxid, oxygenáz jsou enzymy, které patří do mastné kyseliny myeloperoxidázy nadčeleď a se nacházejí ve všech obratlovců.
Cyklooxygenázy jsou bifunkční enzymy, protože mají dvě různé katalytické aktivity: cyklooxygenázovou aktivitu a peroxidázovou aktivitu, které jim umožňují katalyzovat bis-oxygenaci a redukci kyseliny arachidonové za vzniku prostaglandinu.
Reakce katalyzovaná enzymy cyklooxygenázy (Zdroj: Pancrat přes Wikimedia Commons)
Nebyly nalezeny v rostlinách, hmyzu nebo jednobuněčných organismech, ale v buňkách obratlovců se tyto enzymy nacházejí hlavně v membráně endoplazmatického retikula se zprávami o jejich přítomnosti v jaderném obalu, lipidových tělech, mitochondriích, vláknitých strukturách, vezikuly atd.
První detekce produktů syntetizovaných cyklooxygenázami byla provedena v semenných tekutinách, proto se původně předpokládalo, že se jedná o látky produkované v prostatě, a proto se nazývají „prostaglandiny“.
V současnosti je známo, že prostaglandiny jsou syntetizovány ve všech tkáních obratlovců a dokonce i v organismech, které nemají prostatické žlázy, a že různé izomery těchto molekul mají různé funkce v různých fyziologických a patologických procesech, jako je horečka, citlivost na bolest nebo algezie, zánět, trombóza, mitogeneze, vazodilatace a vazokonstrikce, ovulace. funkce ledvin atd.
Typy
U obratlovců byla hlášena existence dvou typů cyklooxygenáz. První, který byl objeven a vyčištěn, je známý jako COX-1 nebo jednoduše COX a byl poprvé vyčištěn v roce 1976 ze semenných váčků ovcí a krav.
Druhá cyklooxygenáza objevená mezi eukaryoty byla COX-2 v roce 1991. Dosud byla u všech obratlovců, včetně chrupavkových ryb, kostnatých ryb, ptáků a savců, prokázáno, že vlastní dva geny, které kódují enzymy. KORMIDELNÍK.
Jeden z nich, COX-1, kóduje cyklooxygenázu 1, která je konstitutivní, zatímco gen COX-2 kóduje indukovatelnou cyklooxygenázu 2.
Charakteristika obou genů a jejich enzymových produktů
Enzymy COX-1 a COX-2 jsou velmi podobné, což je chápáno jako 60-65% podobnost mezi jejich aminokyselinovými sekvencemi.
Ortologické geny COX-1 (geny různých druhů, které mají stejný původ) u všech druhů obratlovců produkují proteiny COX-1, které sdílejí až 95% identity jejich aminokyselinových sekvencí, což platí také pro orthology COX-2, jejichž produkty mají 70-90% identitu.
Cnidarians a sea squirts také mají dva COX geny, ale tito jsou odlišní od těch jiných zvířat, tak někteří autoři předpokládají, že tyto geny mohly vzniknout v nezávislých duplikačních událostech od stejného společného předka.
COX-1
Gen COX-1 váží přibližně 22 kb a je konstitutivně exprimován pro kódování proteinu COX-1, který má před zpracováním více nebo méně 600 aminokyselinových zbytků, protože po odstranění má hydrofobní signální peptid, čímž se získá protein přibližně 576 aminokyseliny.
Tento protein se nachází hlavně v endoplazmatickém retikulu a jeho obecná struktura je ve formě homodimeru, tj. Dvou identických polypeptidových řetězců, které se spojují za vzniku aktivního proteinu.
COX-2
Na druhé straně gen COX -2 váží asi 8 kb a jeho exprese je indukována cytokiny, růstovými faktory a dalšími látkami. Kóduje enzym COX-2, který má, včetně signálního peptidu, 604 aminokyselinových zbytků a 581 po zpracování.
Tento enzym je také homodimerní a nachází se mezi endoplazmatickým retikulem a jaderným obalem.
Molekulární struktura cyklooxygenázy typu 2 (COX-2) (Zdroj: Cytochrome c na Wikipedii v angličtině přes Wikimedia Commons)
Z analýzy jejich struktur bylo zjištěno, že enzymy COX-1 a COX-2 mají na svém N-terminálním konci a v místě sousedícím se signálním peptidem jedinečný „modul“ epidermálního růstového faktoru (EGF) Anglický epidermální růstový faktor).
V tomto modulu jsou vysoce konzervované disulfidové vazby nebo můstky, které fungují jako "dimerizační doména" mezi dvěma polypeptidy každého homodimerního enzymu.
Proteiny mají také amfipatické helixy, které usnadňují ukotvení k jedné z vrstev membrány. Kromě toho má katalytická doména obou aktivních míst, jedno s cyklooxygenázovou aktivitou a druhé s peroxidázovou aktivitou.
Oba enzymy jsou vysoce konzervované proteiny, s malými významnými rozdíly mezi různými druhy, pokud jde o mechanismy dimerizace a membrány, jakož i některé vlastnosti jejich katalytických domén.
Proteiny COX navíc obsahují glykosylační místa, která jsou nezbytná pro jejich funkci a která jsou absolutně konzervovaná.
Reakce
Enzymy cyklooxygenázy 1 a 2 jsou zodpovědné za katalyzování prvních dvou kroků biosyntézy prostaglandinů, které začínají přeměnou kyseliny arachidonové na prekursory prostaglandinu známé jako hydroperoxy-endoperoxid PGG2.
Aby tyto enzymy mohly vykonávat své funkce, musí být nejprve aktivovány procesem závislým na jejich peroxidázové aktivitě. Jinými slovy, jeho hlavní aktivita závisí na redukci peroxidového substrátu (zprostředkovaného peroxidázou aktivního místa) pro oxidaci železa spojeného s hemovou skupinou, která slouží jako kofaktor.
Oxidace skupiny hem způsobuje tvorbu tyrosylového radikálu na aktivním místě cyklooxygenázy, který aktivuje enzym a podporuje zahájení cyklooxygenázové reakce. Tato aktivační reakce může nastat pouze jednou, protože tyrosylový radikál je regenerován během poslední reakce v dráze.
Inhibitory
Cyklooxygenázy se podílejí na syntéze prostaglandinů, což jsou hormony s funkcí v ochraně střevní sliznice, v agregaci krevních destiček a v regulaci funkce ledvin, kromě účasti na procesech zánětu, bolesti a horečka.
Vzhledem k tomu, že tyto enzymy jsou klíčové pro produkci těchto hormonů, zejména těch, které mají co do činění se zánětlivými procesy, se řada farmakologických studií zaměřila na inhibici cyklooxygenáz.
Molekulární struktura cyklooxygenázy 1 vázaná na ibuprofen (Zdroj: Fvasconcellos 5. května 2007 prostřednictvím Wikimedia Commons)
Ukázalo se tedy, že mechanismus účinku mnoha nesteroidních protizánětlivých léčiv má co do činění s ireverzibilní nebo reverzibilní (inhibiční) acetylací aktivního místa cyklooxygenázy na tyto enzymy.
Mezi tyto léky patří piroxikam, ibuprofen, aspirin, flurbiprofen, diklofenak, naproxen a další.
Reference
- Botting, RM (2006). Inhibitory cyklooxygenáz: mechanismy, selektivita a použití. Žurnál fyziologie a farmakologie, 57, 113.
- Chandrasekharan, NV, & Simmons, DL (2004). Cyklooxygenázy. Biologie genomu, 5 (9), 241.
- Fitzpatrick, FA (2004). Enzymy cyklooxygenázy: regulace a funkce. Aktuální farmaceutický design, 10 (6), 577-588.
- Kundu, N., Smyth, MJ, Samsel, L., & Fulton, AM (2002). Inhibitory cyklooxygenázy blokují růst buněk, zvyšují ceramid a inhibují buněčný cyklus. Výzkum a léčba rakoviny prsu, 76 (1), 57-64.
- Rouzer, CA, a Marnett, LJ (2009). Cyklooxygenázy: strukturální a funkční poznatky. Journal of lipid research, 50 (Supplement), S29-S34.
- Vane, JR, Bakhle, YS, & Botting, RM (1998). CYCLOOXYGENASY 1 A 2. Roční přehled farmakologie a toxikologie, 38 (1), 97-120.