Cualquier sistema enzimático que incluya la proteína o el dominio del citocromo P450 puede denominarse sistema que contiene P450 . [1] [2] [3] [4]
Las enzimas P450 suelen funcionar como oxidasas terminales en cadenas de transferencia de electrones multicomponentes , llamadas sistemas monooxigenasa que contienen P450, aunque también se han descrito P450 autosuficientes, no monooxigenasas. Todos los sistemas monooxigenasa que contienen P450 conocidos comparten una arquitectura de dominio estructural y funcional común . Aparte del propio citocromo, estos sistemas contienen uno o más dominios redox fundamentales: flavoproteína o dominio que contiene FAD , dominio FMN , ferredoxina y citocromo b 5 . Estos dominios redox ubicuos, en varias combinaciones, están ampliamente distribuidos en los sistemas biológicos. El dominio FMN, la ferredoxina o el citocromo b 5 transfieren electrones entre la flavina reductasa (proteína o dominio) y P450. Si bien los sistemas que contienen P450 se encuentran en todos los reinos de la vida, algunos organismos carecen de uno o más de estos dominios redox.
Los sistemas mitocondriales y algunos bacterianos de P450 emplean ferredoxinas solubles Fe2S2 ( Fd ) que actúan como transportadores de un solo electrón entre la ferredoxina reductasa (FR) que contiene FAD y P450. En los sistemas monooxigenasa mitocondriales, la adrenodoxina funciona como transportador de electrones soluble entre NADPH: adrenodoxina reductasa y varios P450 unidos a la membrana (CYP11A, CYP11B, CYP27). En las bacterias, la putidaredoxina, la terpredoxina y la rodocoxina sirven como transportadores de electrones entre las correspondientes ferredoxinas reductasas dependientes de NADH y los P450 solubles ( CYP101 , CYP108, CYP116).
El esquema general del flujo de electrones en los sistemas P450 que contienen ferredoxinas de tipo adrenodoxina es:
El sistema de esterol desmetilasa de Mycobacterium tuberculosis contiene flavoproteína reductasa A (FprA), ferredoxina Fe3S4 de tipo bacteriano y hemoproteína CYP51. [5]
Las enzimas P450 microsomales eucariotas y algunas P450 bacterianas reciben electrones de una enzima que contiene FAD y FMN conocida como citocromo P450 reductasa (CPR; EC 1.6.2.4). La CPR microsomal es una proteína unida a la membrana que interactúa con diferentes P450. En Bacillus megaterium y Bacillus subtilis , la CPR es un dominio C-terminal de CYP102, un sistema P450 soluble autosuficiente de un solo polipéptido (P450 es un dominio N-terminal). El esquema general del flujo de electrones en el sistema CPR/P450 es:
La proteína transportadora de electrones citocromo b 5, muy común , puede actuar como efector (activador o inhibidor) de los P450. Se planteó la hipótesis de que el citocromo b 5 está involucrado en la transferencia del segundo electrón al P450, ya sea desde la CPR o desde la NADH:citocromo b 5 reductasa (CBR; EC 1.6.2.2):
La capacidad del sistema CBR/citocromo b 5 para apoyar la catálisis de P450 se ha demostrado in vitro utilizando CBR purificado y citocromo b 5 de Saccharomyces cerevisiae y la enzima CYP51 de Candida albicans . En este sistema, tanto el primer como el segundo electrón son donados por CBR.
Un sistema P450 de un solo componente inusual se encontró originalmente en Rhodococcus sp. NCIMB 9784 (CYP116B2). En este sistema, el dominio P450 N-terminal está fusionado al dominio reductasa que muestra similitud de secuencia con la ftalato dioxigenasa reductasa y consiste, a su vez, en el dominio de unión a FMN y el dominio de ferredoxina de tipo vegetal C-terminal. [6] Se han identificado sistemas similares en la bacteria tolerante a metales pesados Ralstonia metallidurans (CYP116A1) y en varias especies de Burkolderia . El esquema general del flujo de electrones en este sistema parece ser:
La óxido nítrico reductasa (P450nor) es una enzima P450 que participa en la desnitrificación en varias especies de hongos. La P450nor mejor caracterizada es la CYP55A1 de Fusarium oxysporum . Esta enzima no tiene actividad monooxigenasa pero es capaz de reducir el óxido nítrico (NO · ) para formar óxido nitroso (N 2 O) directamente utilizando NAD(P)H como donador de electrones:
La β-hidroxilasa de ácidos grasos P450 BSβ de Bacillus subtilis (CYP152A1) y la α-hidroxilasa de ácidos grasos P450 SPα de Pseudomonas paucimobilis (CYP152B1) catalizan la reacción de hidroxilación de ácidos grasos de cadena larga utilizando peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) como oxidante. Estas enzimas no requieren ningún sistema de reducción para su catálisis.
La óxido de aleno sintasa (CYP74A; EC 4.2.1.92), la hidroperóxido de ácidos grasos liasa (CYP74B), la prostaciclina sintasa (CYP8; EC 5.3.99.4) y la tromboxano sintasa (CYP5; EC 5.3.99.5) son ejemplos de enzimas P450 que no requieren una reductasa ni oxígeno molecular para su actividad catalítica. Los sustratos para todas estas enzimas son derivados de ácidos grasos que contienen dioxígeno parcialmente reducido (grupos hidroperoxi o epidioxi).
