Clasa 1

OXIDOREDUCTAZE EC: 1

1

Catalizeaz procesele celulare de oxidoreducere, procese ce se desfoar prin transport de hidrogen, electroni i oxigen de la un substrat donor laacceptor.

Cofactorii oxidoreductazelor se pot diferenia n - transportori de hidrogen - transportori de electroni - transportori de oxigen.

OXIDOREDUCTAZE - Definiie i caracteristici generale

DH2 + A D + AH2

Dehidrogenaze - catalizeaz (de obicei reversibil) transferul de hidrogen de la un substrat donor de hidrogen (notat DH2) la acceptorul de hidrogen (notat A)

Denumirea sistematic: donor de echivaleni reductori : acceptor de echivaleni reductori oxidoreductaze.

2

Oxidaze sau oxigenaze = catalizeaz scoaterea hidrogenului de pe un substrat (DH2) utiliznd oxigenul ca acceptor. Produi de reacie: apa (H2O) sau peroxidul de hidrogen (H2O2).

DH2

D

(Red)

(Ox)

O2

H2O

Oxidaze

DH2

D

O2

H2O2

(Oxigenaze)

Oxidaze

(Oxigenaze)

Oxigenazele - dou grupe:A. Dioxigenaze ncorporeaz ambii atomi de oxigen n molecula substratului

(notat D):

B. Monooxigenaze sau hidroxilaze catalizeaz ncorporarea unui singur atom de oxigen n molecula de substrat (notat, n acest caz, DH), iar cellalt este redus la ap:

unde DH substrat donor de hidrogen; AH2 cosubstrat donor de hidrogen; D-OH este substrat hidroxilat

D + O2 DO2

DH + O2 + AH2 D-OH + A + H2O

3

Transportori de hidrogen

COENZIME NICOTINICE (COENZIME PIRIDINICE)

4

COENZIME NICOTINICE (COENZIME PIRIDINICE).

COENZIME TRANSPORTOARE DE HIDROGEN

Structur chimic: cele dou forme biologic active ale amidei nicotinice (vitamina B3):

Nicotinamid adenindinucleotid - NAD+ (n forma oxidat)Nicotinamid adenindinucleotid fosfat -NADP+ (forma oxidat).

CH2

N

N

N

N

O

OH OH

NH2

N

OH

P

OH

O

OHOH

CH2

P

Adenin

+

NAD+

NADP+

esterificat cu

H3PO4

1'2'3'

4'

5'

1'

2' 3'

4'

5'

PO3H2

Nicotinamid

O

OO

O

O

O

C

O

NH2

NADP+ posed o grupare fosforil n plus, legat de C2 al restului de riboz legat de adenin

5

Acestea sunt compuse din dou nucleotide legate ntre ele prin intermediul gruprilor fosfat, printr-o legtur fosfoanhidridic

Mecanism de aciune

Nucleotidele NAD+ i NADP+ funcioneaz ca acceptori reversibili aiechivalenilor reductori: protoni i electroni, i deci ca transportori dehidrogen.

Reacia general : NAD+ + 2H (2e- + 2H+) NADH + H+

NADP+ + 2H (2e- + 2H+) NADPH + H+

N

R

N

R

O

NH2

O

NH2

H

+

H

CC

+

2[H]

2[H]

H+

H

NAD+ sau NADP+

(forma oxidat)NADH + H+ sau NADPH + H+

(forma redus)

6

DH

H

H

H+

N

R

H

NH2

O

NH2

N

R

HHO

Substrat redus

(DH2)

+

Formula general a

coenzimelor nicotinice

oxidate (NAD+ sau NADP+)

1

2

3

4

5

6

C

1

4C

+ H+

Substrat oxidat (D)

+

Formula general a

coenzimelor nicotinice

reduse (NADH+ sau NADPH+)

Unul din electroni este utilizat pentru neutralizarea sarcinii atomului de azot cuaternar n poziia 1 iar un electron i un proton dau natere atomului de

hidrogen care se fixeaz n poziia 4, formdu-se NADH i NADPH.

Cel de-al doilea proton (H+) eliberat de substrat rmne liber n mediul de reacie.

7

NAD+ i NADP+ au funcie de coenzime, adic sunt slab legate de suportul

proteic apoenzimatic

au potenial de oxidoreducere foarte sczut:

Eo= - 0,32 V

reaciile catalizate de enzimele NAD+ i NADP+ dependente sunt, n general

reversibile

formele reduse NADH + H+ intervin n prima etap n transportul de hidrogen

din cadrul lanului respirator mitocondrial (reacioneaz direct cu substratul).

formele reduse NADH + H+ i NADPH + H+ reprezint o rezerv de echivaleni

reductori necesari pentru diverse reacii de biosintez

formele reduse NADPH + H+ nu intervin n lanul respirator mitocondrial.

formele reduse NADPH + H+ intervin n reaciile de hidroxilare microzomal.

Caracteristici funcionale

8

Exemple de enzime NAD+ dependente

Alcool dehidrogenaza denumire convenionalAlcool : NAD + oxidoreductaza, EC: 1.1.1.1

CH3-CH

2-OH CH

3

O

H+ NAD+

alcool dehidrogenazaC

Alcool etilic Acetaldehid

+ NADH + H+

9

Enzime NAD+ dependente

C O

COOH

CH3

C

Acid piruvic

lactat-dehidrogenaza

(EC:1.1.1.27)

NADH +H+ NAD+

Acid L-lactic

COOH

CH3

HHO

C O

COOH

CH2

COOH

CH3

COOH

Acid L-malic Acid oxalilacetic

malat-dehidrogenaza

(EC:1.1.1.37)

NAD+NADH + H+

CHHO

COOH

Lactat : NAD+

oxidoreductaza(enzim Zn2+ dependent)

Malat: NAD+ oxidoreductaza

10

Enzime NAD+ dependente

CH2

OH

OH

CH2

O P

OH

OH

O

CH2

OH

CH2

O P

OH

OH

OOCH C

NAD+

NADH + H +

-glicerofosfat-DH

Acid -glicerofosforic Dihidroxiacetonfosfat

-Glicerofosfat : NAD+ oxidoreductaza, EC 1.1.1.95

11

CH

CH2

CH2

COOH

NH2

COOH

NH3

C

CH2

CH2

COOH

O

COOHNAD(P)+

NAD(P)H+H+

Acid L-glutamic Acid -cetoglutaric

glutamat-DH (EC: 1.4.1.3)+

H2O

Enzime NAD+ dependente

Glutamat: NAD(P)+ oxidoreductaza

12

OOH

OH

OH

CH2

O PO3H2

OH

O

OH

OH

OH

CH2

O PO3H

2

O

NADP+

Glucozo-6-fosfat-dehidrogenaza

(EC: 1.1.1.49)

NADPH + H+-D-Glucozo-6-fosfat Acid 6-fosfo-gluconic

Gly

SH

Cys Glu

Gly Cys Glu

S

S

Glutation oxidat

(G-S-S-G)

NADPH+H+

NADP+

2 Gly Cys Glu

Glutation redus

(G-SH)

glutation reductaza

(EC:1.6.4.2)

Gly- glicin (glicocol)

Cys-SH- cistein

Glu- acid glutamic

NADPH2 : glutation oxidoreductaza

D-glucozo-6-fosfat-NADP+ oxidoreductaza

Enzime NADP+ dependente

13

CO

CH2

C

CH3

HOOC CH2

OH

SCoA

CH2

OHCH2

C

CH3

HOOC CH2

OH

~

-Hidroxi--metilglutaril~SCoA (HMG~SCoA)

Acid mevalonic

2NADPH + 2H+

2NADP+

HMG~SCoA reductaza

HS-CoA

(EC: 1.1.1.34)

Enzima care intervine n biosinteza colesterolului

Enzime NADP+ dependente

14

Enzime NADP+ dependente

FACTOR DE RELAXARE ENDOTELIAL

terahidrobiopterin (BH4)

flavin mononucleotid (FMN)

flavin adenindinucleotid (FAD)

calmodulin (CaM)

Reacia este complex i are mai muli cofactori:

NH2

NH2

NH2

CH

COOH

NH

CH2

CH2

CH2

NH2

NH2

COOH

O

O2

CH

NH

CH2

CH2

CH2

C C

L-Arginin L-Citrulin

Monoxid

de azot

nitric oxid sintaza

(EC: 1.14.13.39)

2

2H2ONO

NADPH+H+NADP+

+ +

15

Flavin-enzime. Cofactori transportori de hidrogen

cu structur flavinic

FAD

FMN

16

Cofactori cu structur flavinic- transportori de hidrogen. Flavin-enzime

Flavin mononucleotid FMN

Flavin adenindinucleotid FAD

Sunt grupri prostetice pentru un numr relativ mare de flavoproteine i flavin-enzime (strns legate de partea proteic a enzimei)

Alte denumiri: fermentul galben al lui Warburg, ovoflavin, lactoflavin

sunt forme biologic active ale vitaminei B2 (riboflavina).

FMN are structur mononucleotidic,

FAD are o structur dinucleotidic.

17

Riboflavin - fosfat

6,7 dimetil, 9 ribitilizoaloxazin = RIBOFLAVIN

(vitamina B2)

Structura flavin mononucleotidului (FMN) = izoaloxazin-ribitil-fosfat

CH

CH OH

CH2

CH

OH

CH2

OH

N1

2

N10

8

5

7

CH3

CH3

64

NH3

O

ON9

O P

OH

O

OH

Nucleul

izoaloxazin

Ribitil

1'

2'

3'

4'

5'

18

Structura flavin adenindinucleotidului (FAD)

CH

CH OH

CH2

CH

OH

CH2

OH

N1

2

N10

8

5

7

CH3

CH3

64

NH3

O

ON9

P

OH

O

OO P

OH

O

O CH2

OH OH

N

NN

NH2

N

O

Nucleul

izoaloxazin

Adenin

Izoaloxazin-ribitil- fosfat - fosfat - riboz - Adenin19

NNHNCH

3

CH3

N

N

O

N

NHCH

3

CH3

N O

H

NHCH

3

CH3

N

N

N

H

H

H+ + e- H+ + e-

2[H]

FAD sau FMN

(forma oxidat)

FADH. sau FMN

.

(semichinon)

FADH2 sau FMNH2 (forma redus)

2[H]

4

9

+

R

O

O

4

R

R

O

10

1

10

1

O

10

.

Mecanism de aciune

FMN i FAD pot funciona drept transportori de hidrogen datorit capacitii lor de a lega reversibil hidrogenul la atomii N1 i N10 din nucleul

izoaloxazinic. n forma oxidat nucleul izoaloxazinic este plan iar n forma redus are loc

o pliere a sa n jurul unei axe imaginare N1-N10.

20

Caracteristici structurale

Legtura dintre ribitil i dimetil-izoaloxazin nu este N-heterozidic

Legtura cu partea proteic a enzimelor este puternic (grupare prostetic)

O grupare funcional de alcool primar din ribitil este esterificat cu H3PO4, (FMN reprezint de fapt esterul fosforic al vitaminei B2)

sunt metal-flavoproteine, cu ioni metalici n structur:

succinat-dehidrogenaza are fier neheminic,

xantinoxidaza conine fier i molibden,

butiril ~ SCoA dehidrogenaza are cupru

Potenialul de oxidoreducere a enzimelor flavinice are valoare negativ:

FAD - Eo= - 0,05V

FMN - Eo= - 0,10V

FAD i FMN particip la lanul respirator mitocondrial, prelund hidrogenii de la coenzimele nicotinice pe care i cedeaz coenzimelor Q (ubichinonelor)

21

22

Legtura cu partea proteic a enzimelor este puternic (grupare prostetic)

Exemple de enzime dependende de FAD

COOH

CH2

CH2

COOH

C

C

HHOOC

COOHH

Succinat

dehidrogenaza

(SDH)

EC:1.3.99.1+ FAD + FADH2

Acid succinicAcid fumaric

Enz Enz

Succinat:FAD oxidoreductaza(4 atomi de Fe

neheminic, 4 atomi de S legai de

protein)

CH3

CH2

CH2

~SCoA

O

CH3 ~SCoA

O

C

CCH

CH

crotonil ~SCoA

butiril~SCoA

FAD

FADH2

butiril~SCoA - DH(EC: 1.3.99.2)

23

NNH

O

NH

N

N

NH

NH

O

O NH

NH

NH

O

O NH

NH

O

Xantin oxidaza

O2

H2O2

Xantin oxidaza

(EC: 1.1.3.22)

O2

H2O2

Hipoxantina Xantina

Acid uric

FAD FADH2

FAD

FADH2

Molibden

Enzime dependende de FAD

Are FAD, molibden i Fe-S proteine n structur

24

R CH

NH2

COOH R C COOH

NH

R C COOH

NH

R C

O

COOH

R CH

NH2

COOH R C COOH

O

NH3

Aminoacid Iminoacid

Iminoacid

+ HOH

Cetoacid

+

+ O2

O2

+ H2O2

H2O2 H2O + 1/2 O2Catalaza

Reactia global: + 1/2 O2+ NH3

Aminoacid Cetoacid

+ Enz FMN

Enz FMNH2 Enz FMN

Enz FMNH2+

Oxidarea aminoacizilor : flavin-enzimele n reacia catalizat de L/D aminoacid oxidaze FMN/FAD dependente (EC 1.4.32)

25

NADH+H+

NAD+

FMN

Fe-Sulf

proteine

Complexul I

Succinat

Fumarat

FAD

Complexul II

CoQ

CoQH2

Citocromi b c1 a-a3

1/2 O2

H2OComplexul III

Complexul IV

Complexul V

ATP ATP ATP

Fe-Sulf

proteine

Localizarea flavoproteinelor cu FMN i FAD n complexele enzimatice din lanul respirator mitocondrial cuplat cu fosforilarea oxidativ (sinteza ATP).

26

UBICHINONELE (COENZIMELE Q)

COFACTORI ENZIMATICI TRANSPORTORI DE HIDROGEN

27

Ubichinonele sau coenzimele Q = grup de compui liposolubili omologi,cu structur benzochinonic, specifici mitocondriei

Denumire:

ubi = rspndire ubicuitar: la plante, la microorganisme, la animale

chinone - au structur chinonic

prezent n toate celulele i esuturile

Structur: nucleu de benzochinon substituit cu: 2 gr. metoxi,

1 gr. metil i

1 lan poliizoprenoidic

OCH3

OCH3

O

O

CH3

CH2

CH CH2

CH3

C

n

H1 2

345

6

2-decaprenil--5,6-dimetoxi-3-metil-1,4-bezochinona

n = 6 pentru ubichinonele de la levuri

n = 8 sau 9 pentru ubichinonele de la microorganisme

n = 10 pentru ubichinonele de la animale si om

28

Particulariti structurale ale moleculelor de ubichinone

denumirea de coenzim este improprie deoarece ea nu intr n

componena unei enzime;

lanul poliizoprenic din structura coenzimei Q10 i permite

integrarea n zonele bogate n lipide din celul, n special n

structurile de membran;

sunt solubilizate n complexe fosfolipidice => rol de transportor de

hidrogen mobil, fcnd naveta ntre transportorii fixai la nivel

mitocondrial.

29

Mecanism de aciune

accept i cedeaz reversibil 2 atomi de hidrogen:

Potenial de oxidoreducere Eo= -0,01V => deci n celul ele oxideaz enzimele cu potenial redox mai sczut, cum

sunt enzimele flavinice

n lanul respirator mitocondrial se plaseaz ntre sistemele enzimatice cu potenial redox negativ flavinele, i cele cu potenial pozitiv -citocromii

O

O

CH3O

CH3O CH3

R CH3O

CH3O CH3

OH

OH

R

Ubichinona (Q)

(forma oxidat)

+ 2H

- 2H

Ubichinol (QH2)

(forma redus)

30

Mecanism de aciune

Reducerea ubichinonei laubichinol poate avea direct cudoi atomi de hidrogen, n trepte,prin trei nivele de oxidare ceinclud i un compus intermediarsemichinonic, care este unradical liber (Q)

31

O

O

CH2

CH CH2

CH3

CH3O

CH3O CH3

CH2

CH CH2

CH3

CH3O

CH3O CH3

O

O

CH2

CH CH2

CH3

CH3O

CH3O CH3

OH

OH

C H

10

+ e- - e-

C H

10

Ubichinona (Q)

Anion semichinonic (Q.-

)

+ e- - e-+ 2H+ - 2H+

C H

10

Ubichinol (QH2)

-

NAD+

NADH

+H+

FMNH2

FMN

CoQ

CoQH2

SH2

S

FADH2

FADSuccinat

Fumarat Fe2+Fe3+

Cyto b Cyto c Cyto a+a3

1/2O

2

H2O

Complexul I

Complexul II

Complexul III Complexul IV

Fe2+ Fe2+Fe3+

Fe3+

Ubichinona- component a lanului respirator mitocondrial

32

2 Acetil-CoA

Acetoacetil-CoA

HMG-CoA

Mevalonat

HMG-CoA reductaza

Mevalonat - P

Mevalonat - PP

Izopentenil - PP

Geranil - PP

Farnesil - PP

Scualen

Colesterol

Geranil-geranil -PP

cis-Preniltransferaza

Poliprenil - PP

(IZOPRENE)

Dolicol-

pirofosfat

Decaprenoil - PP

trans-

Preniltransferaza

Tirozina

4-OH-Fenilpiruvat

4-OH-Fenillactat

4-OH-Cinamat

4-OH-Benzoat

Decaprenil-

4-OH-benzoat transferaza

Decaprenoil-4-OH-benzoat

Coenzima Q10

+

Lan lateral pentru

vitamina E,

vitamina A,

vitamina K.

Izoprenilarea

proteinelor

Fenilalanina

Schema general de biosintez a coenzimei Q10

33

ALI COFACTORI TRANSPORTORI DE HIDROGEN

ACIDUL LIPOIC

34

Acidul lipoic (acid tioctic) STRUCTUR CHIMIC

Acidul 6,8 ditio-octanoic

(CH2)

45CH6

S S

C

H2

7CH

2

8

COOH

Acid -lipoic

1

CH2

5

CH24

CH2

3

CH22

C1

O

OHCH6

S S

C

H2

CH2

8

Acid lipoic35

Acidul lipoic - Particulariti structurale

compus biologic activ, vitamin-like, sintetizat n organismele vegetale i animale, inclusiv n organismul uman

potenialul de oxidoreducere Eo = -0,29 V

funcioneaz, reversibil, ca acceptor-donor de hidrogen

(CH2)

45CH

6

S S

C

H2

7CH

2

8

COOH

(CH2)

45CH

6

SH SH

C

H2

7CH

2

8

COOH

Acid -lipoic - forma oxidat

Acid -lipoic - forma redus(acid dihidro-lipoic)

+2H-2H

1

1

36

Acidul lipoic - Particulariti structurale i funcionale

S S

C NH

CH2

CH2

CH2

CH2

O

CH

CO

NH

Acid lipoic oxidat legat de partea proteica a enzimei (lipoil--aminolizina)

Rest de lizin din proteinaenzimatic

ndeplinete rolul de cofactor, dup legarea sa de proteina apoenzimatic; aceast legtur se stabilete ntre gruparea - COOH a acidului lipoic i gruparea -amino a lizinei din catena polipeptidic

37

CH2

8 C

H2

CH6 C

H2

CH

2

C

H2

CH

2

C NH

CH2

CH2

CH2

CH2

S S

O

CH

CO

NH

CH2

8 C

H2

CH6 C N

HCH

2CH

2CH

2CH

2

SH S

O

CH

CO

NH

Acil

CH2

8 C

H2

CH6 C N

HCH

2CH

2CH

2CH

2

SH SH

O

CH

NH

CO

OH

Rest de lizin din proteina

enzimatic

Acid lipoic legat de proteina enzimatic

(forma oxidat)

HSCoA

Acil~SCoA

Acid lipoic legat de proteina enzimatic

(forma redus)

R C

O

Acid gras

1

Prin ruperea punii disulfurice, acidul lipoic are capacitatea de a transporta i o grupare acil.

ACIDUL LIPOIC -particulariti

funcionale

transportul concomitent de hidrogen i de

grupri acil38

Acidul lipoic - cofactor pentru complexe enzimatice dehidrogenazice

Acidul -lipoic, legat n forma de lipoamid, funcioneaz drept cofactor (grupare prostetic) n structura unor complexe enzimatice mitocondriale, care catalizeaz reacii de decarboxilare oxidativ a cetoacizilor

CH3

C O

COOH

CH3

C

O

C

CH2

CH2

COOH

O

COOH

CH2

CH2

COOH

CO

Acid piruvic

piruvat-dehidrogenaza

TPP, acid lipoic, HS-CoA,

FAD, NAD+

+ NADH + H+

~SCoA+ CO2

a-cetoglutarat-dehidrogenaza

TPP, acid lipoic, HS-CoA,

FAD, NAD+

+ CO2 + NADH + H+

Succinil-coenzima A

~SCoA

Acid -cetoglutaric

Acetil coenzima A

39

potenial de oxidoreducere Eo = -0,29 V, ceea ce i d posibilitatea de a funciona mpreun cu molecula de FAD

ACIDUL LIPOICUtilizare terapeuticProduse farmaceutice

Este un antioxidant natural, cu reactivitate nalt fa de radicalii liberi

Este bine absorbit la nivel gastro-intestinal Este neuroprotector Interacioneaz sinergic cu ali antioxidani i regenereaz

vitaminele E i C Crete nivelul tisular al glutationului, unul dintre principalii

antioxidani endogeni, al crui nivel scade odat cu vrsta Util n: neuropatiile diabetice, ateroscleroz, boli

neurodegenerative, (Parkinson, Alzheimer), protector hepatic

40

Oxidoreductaze transportoare de electroni

TRANSELECTRONAZE

41

Oxidoreductaze cu fier heminic. Hem-enzime

Citocromii Keilin 1925

Fier-proteine cu localizare mitocondrial

Participani activi la lanul respirator

Unii sunt localizai n microzomi

Se cunosc aproximativ 100 citocromi

Gruparea prostetic: fier-porfirinic

Au structur heminic

Realizeaz transferul reversibil al unui singur electron- prin intermediul

atomului de fier situat n centrul hemului Fe(II) Fe(III).

42

CITOCROMII Structur chimic

Fier-proteine avnd o structura de tip protoporfirinic (nucleu tetrapirolic) ce are la baz pirolul

Denumirea de porfirine (din limba greac) se datoreaz culorii purpurii a acestor compui

Porfirin + FIER = HEM

HEMUL reprezint subunitatea prostetic a numeroase hemoproteine, printre care i citocromii

Atomul de fier (Fe2+ sau Fe3) se leag prin legturi coordinative de cei patru atomi de azot tetrapirolici.

Citocromii a

pirol

43

Citocromul c = heteroprotein globular prezent n mitocondria de la toate organismele eucariote. un singur lan polipeptidic format din 104 de aminoacizi. 40% din structura polipeptidului este constituit din lanuri de tip -helix, iar restul de tip , sau plieri neregulate

Structuri tridimensionale ale citocromului c

44

Mecanism de aciune

Citocromiii a, b, i c sunt prezeni la nivelul membranei mitocondriale i fac parte din complexele lanului respirator.

Structurile heminice din citocromii a i b nu sunt leagate covalent de partea proteic.

Potenialele de oxidoreducere ale citocromilor sunt pozitive, ei fiind plasai n lanul respirator mitocondrial n ordinea cresctoare a potenialelor lor redox.

Transportul electronilor se face pe baza transformrilor redox reversibile ale atomului de fier heminic:

Citocrom - Fe3+ + e- Citocrom - Fe2+

45

Citocromii P450 i b5

Componente active ale lanului transportor de electroni situat la nivelul reticulului endoplasmic neted (microzomi).

Citocromii P450 (EC: 1.14.14.1) = o familie multigenic de hemoproteinecu proprieti diferite de cataliz, de specificitate pentru substrat, i de sensibilitate la tratamentul cu diferii inductori.

Complexul citocromului cu monoxidul de carbon (CO) este un pigment (P) cu un maxim de absorbie la 450 nm.

Apoproteina are o mas molecular cuprins ntre 45.000 i 50.000 daltoni.

Multiplicitatea i eterogenitatea citocromilor P450 a necesitat elaborarea unei nomenclaturi bazat pe procentul de omologie al secvenelor proteice, aceast nomenclatur fiind adus la zi o dat la doi ani.

n 2009: a 55-a aniversare a descoperirii citocromilor P450, fiind identificate la om numeroase izoenzime ce prezint un interes farmacologic i toxicologic.

La om, cele mai implicate enzime n metabolismul medicamentelor sunt izoformele: CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9, CYP1A2, CYP2C19. 46

Citocromul P450 este o oxidaz terminal ntr-un lan multienzimatic cu funcie mixt n care mai intervin NADPH-citocrom P450 reductaza i NADH-citocrom b5 reductaza.

Aceti citocromi particip la

1) reaciile de hidroxilare din biosinteza unor molecule endogene:colesterol, hormoni steroizi, calciferoli, acizi grai hidroxilai, acizi biliari, aminoacizi aromatici

2) reaciile de metabolizare a compuilor xenobiotici: medicamente, pesticide, aditivi alimentari

Citocromul P450 are rol de monooxigenaz cu funcie mixt:

Citocromii P450 i b5

R-H + NADPH + H+ + O2 R-OH + NADP+ + H2O

Cit. P450

Capacitatea P450 de a biotransforma numeroase molecule exogene diferite permite organismelor vii de a se adapta la mediul nconjurtor !!

47

TranselectronazeSubclasa 1.11 (acceptor de H2O2)

CATALAZAEC: 1.11.1.6

HEM-ENZIME

48

Catalaza (EC: 1.11.1.6) = hem-enzim, cu masa molecular de 250.000 Daltoni, constituit din 18 lanuri polipeptidice notate cu A, B, C i D.

Fiecare caten conine 120 resturi de aminoacizi, n care predomin acidul aspartic

Catalaza are drept grupare prostatic patru molecule de hem, deci patru atomi de fier

Catalaza produce reacia de dismutare a peroxidului de hidrogen; 1 mol de catalaz descompune 5 x 106 moli H2O2.

H2O2 + H2O2 2H2O + O2

49

Oxidoreductaze cupru-dependente

Transelectronaze cu cupru(cupru-enzime)

50

Transelectronazele cu cupru sunt oxidaze care transfer electroni de pe

un metabolit pe oxigenul molecular (deci reacioneaz direct cu O2)

Transportul electronilor se face pe baza transformrilor redox reversibile

ale atomului de cupru, mecanismul de aciune fiind:

Cu2+ + e- Cu+

Exemple de transelectronaze cu cupru:

uricaza fenol oxidazele ascorbat oxidaza ceruloplasmina

superoxid-dismutaza

51

Uricaza (sau urat-oxidaza, EC: 1.7.3.3; urat:oxigen-oxidoreductaza)

Enzima care transform acidul uric n alantoin la toate mamiferele, cu excepia primatelor i a omului.

Uricaza recombinat (preparat prin inginerie genetic, ADN recombinat) a fost studiat i propus de curnd ca posibil medicament n hiperuricemie (gut).

NH

NH

O

NH

NH

O

ONH

2

N

N

NH

O

O

O

NH2

CO N

H

CH

COOH

NH

CO

NH2

C

NH2

NH2

OCOOH

CHO

Acid uric

URICAZA

1/2 O2H2O

Alantoina

Acid alantoic

2

Uree

+

Acid glioxilic

CO2

52

Fenol-oxidazele

Enzime care catalizeaz hidroxilarea monofenolilor la difenoli, i apoi a difenolilor la chinone. Polimerizarea rapid a acestor chinone conduce mai departe la formarea pigmenilor colorai (polifenoli), proces ntlnit sub numele uzual de brunificare a fructelor i legumelor (mere, pere, gutui, cartofi), n prezena oxigenului. n funcie de substratul catalizat fenol-oxidazele sunt clasificate n tirozinaze (sau monofenol oxidaze) i catecol-oxidaze (sau difenol oxidaze). Fenilalanin-4-hidroxilaza (EC: 1.14.16.1) este o monooxigenaz care catalizeaz hidroxilarea fenilalaninei la tirozin.

CH

COOH

NH2

CH2

CHNH2

COOH

CH2

OH

O

L-Fenilalanin

L-Tirozin

+ NADPH+H+ + O2+ NADP+ + H2

citocrom P450

Cu+

acid ascorbic

fenil-alanin-4-hidroxilaza

53

Ascorbat oxidaza (sau ascorbaza, EC: 1.10.3.3; L-ascorbat : O2 oxidoreductaza)

particip la metabolismul oxidativ al acidului ascorbic, cu formarea celor dou forme vitaminice redox active: acid ascorbic i acid dehidroascorbic.

C

C

C

C

CH

CH2

OH

OH

OH

OH

O

O

H

C

C

C

C

CH

CH2

OH

OH

O

O

O

O

H

Acid L-ascorbic Acid L-dehidroascorbic

ascorbat oxidaza

+ 1/2 O2

Cu+

+ H2O

54

Ceruloplasmina Feroxidaz (Fe2+:oxigen oxidoreductaz, EC:1.16.3.1)

este o metal-protein multifuncional transportor de cupru, agent anti-inflamator, antioxidant plasmatic captator de radicali liberi 2-glicoprotein ce conine 8 atomi de cupru n molecul. sintetizat la nivel hepatic acioneaz ca oxidaz rol n metabolismul fierului, mpreun cu transferina (care l transport numai sub form feric) catalizeaz oxidarea Fe3+ n Fe2+, favoriznd captarea fierului de ctre transferin i utilizarea sa mai departe n biosinteza hemoglobinei.

4Fe2+ + 4H+ + O2 4Fe3+ + 2H2O

Ceruloplasmina

55

Superoxid-dismutaza (SOD, superoxid:superoxid oxidoreductaz; EC: 1.15.1.1)

metal-enzim ce conine Cu2+ i Zn2+, Mn2+ sau Fe2+ (n cazul bacteriilor) descoperit n 1969 de ctre J. McCord i I. Fridovich SOD catalizeaz reacia de dismutare a radicalului superoxid:

O2.-

+ O2.-

+ 2H+

H2O2 + O2SOD

Aproximativ 98% din activitatea SOD la nivel sangvin se gsete n hematii.Activitatea enzimatic SOD este sczut n inflamaii, tumori, cataract, precum i n

cursul episoadelor de ischemie a unor organe mari (inim, creier). 56