U ciklooksigenaze (coxs), također poznat kao prostaglandin H sintaze ili sintaze, prostaglandin endoperoksi oxygenases su enzimi koji pripadaju masnih kiselina mijeloperoksidaze superfamilije i nađeni su u svih kralježnjaka.
Ciklooksigenaze su bifunkcionalni enzimi, budući da imaju dvije različite katalitičke aktivnosti: ciklooksigenaznu aktivnost i aktivnost peroksidaze, koje im omogućuju kataliziranje bis -oksigenacije i redukciju arahidonske kiseline do stvaranja prostaglandina.
Reakcija katalizirana enzimima ciklooksigenaze (Izvor: Pancrat putem Wikimedia Commons)
Nisu pronađeni u biljkama, insektima ili jednoćelijskim organizmima, ali u stanicama kralježnjaka ti se enzimi nalaze uglavnom u membrani endoplazmatskog retikuluma, s izvješćima o njihovoj prisutnosti u nuklearnoj ovojnici, lipidnim tijelima, mitohondrijama, vlaknastim strukturama, vezikule itd.
Prva otkrića proizvoda sintetiziranih ciklooksigenazama obavljena je u sjemenskim tekućinama, zbog čega se u početku mislilo da su to tvari proizvedene u prostati, zbog čega su ih nazvali "prostaglandini".
Danas je poznato da se prostaglandini sintetiziraju u svim tkivima kralježnjaka, pa čak i u organizmima koji nemaju prostate, te da različiti izomeri tih molekula imaju različite funkcije u različitim fiziološkim i patološkim procesima, poput vrućice, osjetljivosti na bol ili algezija, upala, tromboza, mitogeneza, vazodilatacija i vazokonstrikcija, ovulacija. rad bubrega itd.
vrste
Zabilježeno je postojanje dvije vrste ciklooksigenaze kod kralješnjaka. Prvi koji je otkriven i pročišćen poznat je pod nazivom COX-1 ili jednostavno COX, a prvi put je pročišćen 1976. iz sjemenskih vezikula ovaca i krava.
Druga ciklooksigenaza otkrivena među eukariotama bila je COX-2 1991. Do danas je pokazano da sve kralješnjake, uključujući hrskava riba, kosti kosti, ptice i sisavci, posjeduju dva gena koji kodiraju enzime. COX.
Jedan od njih, COX-1, kodira ciklooksigenazu 1, koja je konstitutivna, dok COX-2 gen kodira za inducibilnu ciklooksigenazu 2.
Karakteristike i gena i njihovih enzimskih proizvoda
Enzimi COX-1 i COX-2 vrlo su slični, što se podrazumijeva kao 60-65% sličnost između njihovih aminokiselinskih sljedova.
Ortološki COX-1 geni (geni u različitim vrstama koje imaju isto podrijetlo) kod svih vrsta kralježnjaka proizvode proteine COX-1 koji dijele do 95% identiteta njihovih aminokiselinskih sljedova, što vrijedi i za ortolozi COX-2, čiji proizvodi imaju 70-90% identiteta.
Cnidari i morske šprice također imaju dva COX gena, ali oni se razlikuju od onih drugih životinja, pa neki autori pretpostavljaju da su ti geni mogli nastati u neovisnim dvostrukim događajima istog zajedničkog pretka.
COX-1
COX-1 gen teži približno 22 kb i konstitutivno se izražava da kodira COX-1 protein, koji prije obrade ima više ili manje 600 aminokiselinskih ostataka, jer ima hidrofobni signalni peptid nakon uklanjanja koji daje protein od oko 576 aminokiseline.
Taj se protein uglavnom nalazi u endoplazmatskom retikuluu, a njegova opća struktura ima oblik homodimera, odnosno dva identična polipeptidna lanca koja se udružuju u tvorbu aktivnog proteina.
COX-2
COX -2 gen, s druge strane, teži oko 8 kb i njegovu ekspresiju induciraju citokini, faktori rasta i druge tvari. On kodira COX-2 enzim koji nakon obrade ima, uključujući signalni peptid, 604 aminokiselinske ostatke i 581.
Ovaj enzim je također homodimeran i nalazi se između endoplazmatskog retikuluma i nuklearne ovojnice.
Molekularna struktura ciklooksigenaze tip 2 (COX-2) (Izvor: Cytochrome c na engleskoj Wikipediji putem Wikimedia Commonsa)
Analizom njihovih struktura utvrđeno je da enzimi COX-1 i COX-2 posjeduju na svom N-terminalnom kraju i na mjestu pokraj signalnog peptida, jedinstvenom "modulu" faktora rasta epiderme (EGF) Engleski faktor rasta epiderme).
U ovom su modulu visoko očuvane disulfidne veze ili mostovi, koji djeluju kao "domena dimerizacije" između dva polipeptida svakog hododimernog enzima.
Proteini također imaju amfipatičke spirale koje olakšavaju sidrenje na jednom od slojeva membrane. Pored toga, katalitička domena oba ima dva aktivna mjesta, jedno s aktivnostima ciklooksigenaze i drugo s aktivnošću peroksidaze.
Oba enzima su visoko očuvani proteini, s malim značajnim razlikama između različitih vrsta u pogledu dimerizacije i mehanizama vezivanja membrane, kao i nekim karakteristikama njihovih katalitičkih domena.
COX proteini dodatno imaju mjesta glikozilacije koja su ključna za njihovu funkciju i koja se apsolutno čuvaju.
reakcija
Enzimi ciklooksigenaze 1 i 2 odgovorni su za kataliziranje prva dva koraka biosinteze prostaglandina, koji započinju pretvaranjem arahidonske kiseline u prekursore prostaglandina poznate kao hidroperoksi-endoperoksid PGG2.
Da bi ovi enzimi mogli obavljati svoje funkcije, moraju se najprije aktivirati postupkom koji ovisi o njihovoj aktivnosti na peroksidazi. Drugim riječima, njegova glavna aktivnost ovisi o redukciji supstrata peroksida (posredovanog aktivnom peroksidazom) radi oksidacije željeza povezanog s heme skupinom koja služi kao kofaktor.
Oksidacija hemske skupine uzrokuje stvaranje tirozilnog radikala na aktivnom mjestu ciklooksigenaze, koji aktivira enzim i potiče pokretanje reakcije ciklooksigenaze. Ova reakcija aktiviranja može se dogoditi samo jednom, jer se tirozil radikal regenerira tijekom posljednje reakcije u putu.
inhibitori
Ciklooksigenaze sudjeluju u sintezi prostaglandina, koji su hormoni s funkcijama u zaštiti crijevne sluznice, u agregaciji trombocita i u regulaciji rada bubrega, osim što sudjeluju u procesima upale, boli i vrućica.
S obzirom na činjenicu da su ovi enzimi ključni za proizvodnju ovih hormona, posebno onih koji imaju veze s upalnim procesima, brojna farmakološka istraživanja usredotočila su se na inhibiciju ciklooksigenaza.
Molekularna struktura ciklooksigenaze 1 vezana na ibuprofen (Izvor: Fvasconcellos 5. svibnja 2007. putem Wikimedia Commons)
Dakle, pokazano je da mehanizam djelovanja mnogih nesteroidnih protuupalnih lijekova ima veze s nepovratnom ili reverzibilnom (inhibicijskom) acetilacijom aktivnog mjesta ciklooksigenaze na ove enzime.
Ti lijekovi uključuju piroksikam, ibuprofen, aspirin, flurbiprofen, diklofenak, naproksen i druge.
Reference
- Botting, RM (2006). Inhibitori ciklooksigenaze: mehanizmi, selektivnost i upotrebe. Časopis za fiziologiju i farmakologiju, 57, 113.
- Chandrasekharan, NV, & Simmons, DL (2004). Ciklooksigenaze. Biologija gena, 5 (9), 241.
- Fitzpatrick, FA (2004). Enzimi ciklooksigenaze: regulacija i funkcija. Aktualni farmaceutski dizajn, 10 (6), 577-588.
- Kundu, N., Smyth, MJ, Samsel, L., i Fulton, AM (2002). Inhibitori ciklooksigenaze blokiraju rast stanica, povećavaju ceramid i inhibiraju stanični ciklus. Istraživanje i liječenje raka dojke, 76 (1), 57-64.
- Rouzer, CA, i Marnett, LJ (2009). Ciklooksigenaze: strukturalni i funkcionalni uvidi. Časopis za istraživanje lipida, 50 (suplement), S29-S34.
- Vane, JR, Bakhle, YS, & Botting, RM (1998). CIKLOOKSIGGENE 1 I 2. Godišnji pregled farmakologije i toksikologije, 38 (1), 97-120.