Farmacología

El citocromo P450 (abreviado CYP en inglés, o CIP en español, o simplemente P450) es una enorme y diversa superfamilia dehemoproteínas encontradas en bacterias, archaea y eucariotas.¹ Las proteínas del citocromo P450 usan un amplio rango de compuestos exógenos y endógenos como sustratos de sus reacciones enzimáticas. Por lo general forman parte de cadenas de transferencia de electrones con multicomponentes, denominadas sistemas contenedoras de P450. La reacción más común catalizada por el citocromo P450 es una reacción monooxigenasa, es decir, la inserción de un átomo de oxígeno proveniente deoxígeno molecular (O₂) en un sustrato orgánico (RH) a la vez que el otro átomo de oxígeno es reducido a agua:

RH + O₂ + 2H⁺ + 2e^– → ROH + H₂O .- ..........................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=f1f852a9905a715dfea1017f98a6e996e2514d0f&writer=rdf2latex&return_to=Citocromo+P450

_Un gran número de sustancias extrañas a nuestro organismo (xenobióticos) penetran por la piel, sangre o pulmones y pueden ocasionar trastornos inmediatos o a largo plazo, lo que se evita gracias a que poseemos sistemas enzimáticos que llevan a cabo su biotransformación.

La biotransformación de xenobióticos se realiza básicamente en 2 fases:

Fase I, catalizada principalmente por el sistema de monooxigenasas dependiente del citocromo P450.

Fase II, en la que participan una serie de transferasas que catalizan reacciones de conjugación de los xenobióticos con diversas moléculas de naturaleza endógena como ácido glucorónico, sulfatos, acetato, el tripéptido glutatión o algunos aminoácidos. El objetivo final de ambas fases es aumentar la solubilidad en agua de los compuestos y así facilitar su excreción del organismo a través de la orina o la bilis¹.

Existen antecedentes que indican que la actividad y expresión de las enzimas que participan en la biotransformación de xenobióticos están alteradas en distintas patologías, ya sea producto de la enfermedad, o de su tratamiento.

En este artículo nos referiremos específicamente al citocromo P450 de la Fase I del metabolismo de drogas; revisaremos algunos conceptos básicos y la alteración de su expresión y actividad en ciertas patologías de importancia médica.

Características generales del citocromo P450

El sistema de monooxigenasas es un complejo multienzimático cuya oxidasa final es una hemoproteína denominada citocromo P450 (CYP). Este sistema se encuentra presente en diferentes tejidos como el riñón, pulmón, piel, intestino, corteza adrenal, testículos, placenta y otros, pero es particularmente activo en el hígado². Además de participar en el metabolismo de sustratos de naturaleza exógena como drogas, pesticidas, procarcinógenos, anestésicos, solventes orgánicos, entre muchos otros³, el CYP participa en el metabolismo de sustratos endógenos de importancia biológica como colesterol, ácidos biliares, hormonas esteroidales y ácidos grasos⁴. En los mamíferos, el CYP se encuentra presente en la mitocondria y en diversos tipos de membranas celulares, siendo particularmente abundante en el retículo endoplásmico liso (microsomas)³. La denominación citocromo P450 proviene de la característica de que esta hemoproteína en su forma reducida y unida a monóxido de carbono, presenta un máximo de absorbancia a los 450 nm⁶.

Las diversas especies de enzimas CYP se caracterizan por ser fácilmente inducibles inclusive por las mismas drogas a ser biotransformadas, lo que tiene consecuencias clínicas puesto que aproximadamente 50% de los fármacos que consume el hombre son metabolizados por estas enzimas. Además, su expresión y actividad son influenciadas por diversos factores como la edad, sexo, dieta, especie, tejido y estado hormonal y, a diferencia de las enzimas clásicas, presentan especificidad superpuesta para algunos sustratos⁷.

La mayoría de los CYP están formados por 400-500 aminoácidos de los cuales cerca de 55% son de naturaleza apolar; la mitad heme es protoporfirina IX y el ligando axial para el hierro es un residuo cisteína ubicado cerca del extremo carboxi-terminal de la proteína. Numerosos agentes que reaccionan con los grupos sulfidrilos o que rompen interacciones hidrofóbicas, convierten al CYP a una forma inactiva llamada P420⁷.

Actividad catalítica. El CYP cataliza la biotransformación de un sinnúmero de xenobióticos, proceso que se realiza principalmente en el hígado, pero en éste y otros órganos participa además en el metabolismo de una serie de compuestos de naturaleza endógena. La gran gama de reacciones químicas catalizada y la amplia especificidad de sustrato característico de estas enzimas, hacen del CYP uno de los catalizadores más versátiles conocidos⁸.

Como se observa en la Figura 1, aunque la principal función del CYP es participar en reacciones de detoxificación transformando un compuesto farmacológicamente activo en inactivo excretado por la orina, también participa en procesos de activación metabólica, de manera que compuestos inertes y poco reactivos son convertidos en otros de gran reactividad química que son tóxicos para el organismo. Por ejemplo, el acetominofén es metabolizado por el CYP2E1 a N-acetil-p-benzoquinoneimina (NAPQI), un compuesto muy hepatotóxico¹.

El CYP cataliza una amplia variedad de reacciones, incluyendo epoxidaciones, N-deaquilaciones, O-deaquilaciones, S-oxidaciones e hidroxilaxiones de sustratos aromáticos y alifáticos y, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno en el tejido, reacciones de reducción⁹. La mayoría de las reacciones catalizadas requieren de un paso inicial, que involucra la inserción de un grupo hidroxilo en el sustrato para formar un intermediario hidroxilado el cual puede, dependiendo de la naturaleza del sustrato y la estabilidad del intermediario, sufrir posteriores reacciones de dealquilación, deaminación, etc¹⁰.

La reacción general catalizada por el CYP es la siguiente:
RH + NADPH + H⁺ + O₂ ®ROH + NADP⁺ + H₂O

El CYP tiene requerimiento absoluto de NADPH y oxígeno molecular para la catálisis de la monooxigenación. En la Figura 2, se muestra cómo los electrones necesarios para activar al oxígeno pasan del NADPH al CYP a través de la acción de la enzima NADPH-citocromo P450 reductasa, la que junto con el CYP, están insertas en la membrana¹¹.

Mecanismos de acción de las reacciones catalizadas por el CYP. En la Figura 3, se muestra una simplificación del ciclo de óxido-reducción del CYP y su sustrato, propuesto por Coon⁷. El mecanismo de acción es complejo y aún no está bien esclarecido debido a la baja vida media de sus intermediarios. Existen evidencias de que en el proceso se generarían especies reactivas de oxígeno como el anión superóxido (O₂•^-) y peróxido de hidrógeno (H₂O₂), además del radical libre sustrato (R•) el que al unirse a un radical hidroxilo, generaría finalmente el producto hidroxilado (ROH).

La descomposición del CYP oxigenado es descrita como una de las mayores fuentes de radicales superóxido de los sistemas biológicos y su producción depende de la isoforma del CYP, la naturaleza del sustrato unido (si lo hay) y de la eficiencia en la entrada del segundo electrón (etapa 4)⁸.

Nomenclatura. Algunas isoformas de CYP presentan una alta homología en su secuencia de aminoácidos, lo que se evidencia en estudios con anticuerpos como el Western-blot, donde generalmente se observa una reacción cruzada entre las diversas enzimas.

Más de 160 formas han sido caracterizadas utilizando una nueva nomenclatura basada en su homología estructural, deducida a partir de sus correspondientes cDNAs¹². Aquellas proteínas CYP de cualquier fuente que presentan 40% o más de identidad en su secuencia, son incluidas en la misma familia, designada por un número arábico, el que va después del término CYP (ej: CYP2A6 y CYP2B6 son enzimas que pertenecen a la familia 2); las isoformas con más de 55% de identidad, son incluidas en la misma subfamilia, designada por una letra mayúscula y a las enzimas individuales se les asigna un número arbitrario específico¹². Actualmente, se han descubierto más de 160 genes de CYP diferentes en eucariontes y al menos 17 familias han sido descritas en mamíferos.

Figura 2. Traspaso de electrones desde el NADPH al citocromo P450, catalizado por la enzima de membrana NADPH citocromo P450 reductasa.

Figura 3. Mecanismo de acción del citocromo P450. Este esquema es una simplificación del mecanismo de acción del citocromo P450 (CYP) propuesto por Coon7. En él, el Fe3+ representa al hierro del grupo heme del CYP oxidado, RH y ROH a los sustratos y productos respectivamente. En este ciclo de óxido-reducción se liberan anión superóxido (O2•-) y peróxido de hidrógeno (H2O2).