Bioquímica del Metabolismo

Síntesis de eicosanoides

El contenido de esta página: Las prostaglandinas y compuestos relacionados
vía cíclica: la prostaglandina-H ₂ sintasa (ciclooxigenasas) 
vía lineal (síntesis de leucotrienos): lipoxigenasa 
síntesis EET: citocromo P ₄₅₀ epoxigenasa

Las prostaglandinas y compuestos relacionados se conocen colectivamente como eicosanoides . La mayoría se producen a partir del ácido araquidónico , un ácido graso poliinsaturado de 20 carbonos  (ácido 5,8,11,14-eicosatetraenoico).Los eicosanoides son considerados " hormonas locales . " Tienen efectos específicos en las células diana cerca de su lugar de formación. Ellos se degradan rápidamente , por lo que no son transportados a sitios distales dentro del cuerpo. Pero además de participar en la señalización intercelular , hay evidencia para la implicación de los eicosanoides en cascadas de señales intracelulares . Ejemplos de los eicosanoides son prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos, leucotrienos y ácidos epoxieicosatrienoicos . Tienen diversas funciones en la inflamación, la fiebre, la regulación de la presión arterial, coagulación de la sangre, la modulación del sistema inmune, el control de los procesos de reproducción y crecimiento de tejido, y la regulación del ciclo sueño / vigilia.

Las prostaglandinas

Las prostaglandinas tienen un anillo de ciclopentano, y se designan mediante un código de letras, basado en modificaciones de anillo (por ejemplo, grupos hidroxilo o ceto). Un subíndice se refiere al número de dobles enlaces en las dos cadenas laterales. Tromboxanos son similares pero tienen en cambio un anillo de seis miembros La prostaglandina E 2 (PGE 2 ) se muestra a la derecha.

Receptores de prostaglandina: Las prostaglandinas y compuestos relacionados son transportados fuera de las células que las sintetizan. La mayoría afectan a otras células mediante la interacción con la membrana plasmática G-receptores acoplados a proteínas . Dependiendo del tipo de célula, el activado proteína G puede estimular o inhibir la formación de cAMP , o puede activar una vía de señalización intracelular que conduce a fosfatidilinositol Ca ⁺⁺ liberación. Otro receptor de prostaglandina, designado PPAR g , está relacionado con una familia de receptores nucleares con la actividad del factor de transcripción. 

• Receptores de prostaglandina son especificados por el mismo código de letra. Por ejemplo:
  Los receptores para E-clase prostaglandinas son designados EP . T hromboxane receptores se designan TP .
  
• Múltiples receptores para una prostaglandina son especificados por los subíndices (por ejemplo, el documento EP ₁ , EP ₂ , EP ₃ , etc.).
  Los diferentes receptores para una prostaglandina particular pueden activar diferentes cascadas de señales. Efectos de una prostaglandina particular puede variar en diferentes tejidos, dependiendo de que se expresan los receptores. Por ejemplo, en diferentes células PGE ₂ puede activar ya sea estimulador o inhibidor o proteínas G, conduciendo a ya sea aumento o disminución en la formación de AMPc.
  

El ácido graso arachidonate menudo se esterifica al hidroxilo en C2 de glicerofosfolípidos, especialmente fosfatidil inositol , muestra a la derecha con araquidonato en azul.Araquidonato es liberado de los fosfolípidos de la hidrólisis catalizada por fosfolipasa A 2 . Esta enzima hidroliza el enlace éster entre un ácido graso y el hidroxilo en el carbono 2 del esqueleto de glicerol, liberando el ácido graso (por ejemplo, araquidonato) y un lisofosfolípido como productos. Los corticosteroides son anti-inflamatoria , ya que impiden inducible fosfolipasa A 2 expresión, reduciendo la liberación de araquidonato.

Hay múltiples fosfolipasa A ₂ enzimas, sujeto a la activación a través de diferentes cascadas de señales.

• La molécula inflamatoria señal de factor de activación de plaquetas está implicado en la activación de algunas variantes de la fosfolipasa A ₂ .
• Se han hecho intentos de desarrollar fármacos que inhiben isoformas particulares de la fosfolipasa A2, para el tratamiento de enfermedades inflamatorias . El éxito ha sido limitado por la diversidad de enzimas fosfolipasa A2, y el hecho de que araquidonato puede dar lugar a eicosanoides inflamatorios o anti-inflamatorias en diferentes tejidos.

Fosfatidil inositol cascadas de señales pueden conducir a la liberación de araquidonato. Después de fosfatidilinositol es fosforilada a PIP 2 , la escisión del PIP 2a través de la fosfolipasa C produce diacilglicerol (e IP 3 ). araquidonato liberación de diacilglicerol es entonces catalizada por diacilglicerol lipasa.

Dos principales vías del metabolismo de eicosanoides se resumen a la derecha. Estructuras de ejemplos de los compuestos enumerados se muestran en la p.962 de Bioquímica, por Voet y Voet, tercera edición.Vía cíclica : La prostaglandina H 2 sintasa (PGH 2 sintasa) cataliza el paso comprometido en la "vía cíclica" que lleva a la producción de prostaglandinas, prostaciclinas y tromboxanos. Diferentes tipos de células convierten PGH 2 a diferentes compuestos.

La prostaglandina H 2 sintasa es un hemo -Con dioxigenasa , con destino a las membranas del retículo endoplásmico. (A dioxigenasa incorpora O 2 en un sustrato.) PGH 2 sintasa presenta dos actividades catalíticas, ciclooxigenasa y peroxidasa . La enzima que expresa ambas actividades se refiere a veces como la ciclooxigenasa, la COX abreviado.Los ciclooxigenasa y reacción de la peroxidasa que interactúan vías son complejas. Un peróxido (tal como la generada más tarde en la secuencia de reacción) oxida el hierro hemo. El heme oxidado acepta un electrón de una cercana tirosina residuo (Tyr385). Se propone el radical tirosina resultante para extraer un átomo de hidrógeno a partir de araquidonato, la generación de una especie que reacciona con radicales O 2 . La molécula señal de NO (óxido nítrico) puede iniciar la síntesis de prostaglandinas al reaccionar con anión superóxido (O 2 - ) para producir peroxinitrito, que oxida el hierro hemo que permite la transferencia de electrones de la tirosina sitio activo. La síntesis de prostaglandinas en respuesta a algunos estímulos inflamatorios se ve disminuida por inhibidores de la óxido nítrico sintasa.

El dominio de unión a membrana de PGH 2 sintasa consta de 4 cortas anfipáticas unas hélices que se insertan en una valva de la bicapa lipídica, frente a la luz del retículo endoplásmico. Araquidonato , derivado de lípidos de membrana, se aproxima a la hemo través de un canal hidrofóbico que se extiende desde el dominio de unión a membrana de la enzima.  En la imagen de la derecha , el canal está ocupado por un inhibidor, un análogo de ibuprofeno.

No esteroide fármacos anti-inflamatorios ( NSAID s), como la aspirina y derivados de ibuprofeno, inhiben la actividad de la ciclooxigenasa de PGH 2 sintasa. Inhiben la formación de prostaglandinas involucradas en la fiebre, el dolor y la inflamación. Ellos inhiben la coagulación de la sangre mediante el bloqueo de la formación de tromboxano en las plaquetas de la sangre. El ibuprofeno y compuestos relacionados actúan bloqueando el canal hidrófobo por araquidonato que entra en el sitio activo de la ciclooxigenasa. Un análogo yodado de ibuprofeno se ve en el diagrama estructural anterior, entre el dominio de unión a la membrana y el hemo.

La aspirina acetila una serina grupo hidroxilo cerca del sitio activo, la prevención de araquidonato de unión. La inhibición por la aspirina es irreversible. Sin embargo, en la mayoría de las células del cuerpo re-síntesis de PGH 2 sintasa restablecería la actividad de la ciclooxigenasa.El tromboxano A 2 estimula la sangre de plaquetas agregación, esencial para el papel de las plaquetas en la coagulación de la sangre. Muchas personas toman un diario de aspirina por su anti-coagulación efecto, atribuido a la inhibición de la formación de tromboxano en plaquetas de la sangre. Este efecto de la aspirina es de larga vida , porque las plaquetas carecen de un núcleo y no hacen nueva enzima.

Dos isoformas de PGH ₂ sintasa se ​​designan COX-1 y COX-2 (ciclooxigenasa 1 y 2).

• COX-1 se expresa constitutivamente en niveles bajos en muchos tipos de células.
• COX-2 expresión está altamente regulada . La transcripción del gen de la COX-2 está estimulada por factores de crecimiento, citoquinas, y endotoxinas. COX-2 expresión puede ser mejorada porcAMP , y en muchas células PGE ₂ produce como resultado de la COX- 2 actividad en sí misma conduce a cambios en los niveles de cAMP. 
  
  

Aunque ambas isoformas de la ciclooxigenasa catalizan PGH ₂ formación, que difieren de localización dentro de una célula, y la localización de enzimas que convierten PGH ₂ en prostaglandinas o tromboxanos particulares, puede resultar en la COX-1 y COX-2 ceder diferentes productos finales .

• COX-1 es esencial para tromboxano formación en plaquetas de la sangre, y para mantener la integridad del epitelio gastrointestinal.
• I nflammation está asociado con la regulación de COX-2 y aumento de la formación de determinadas prostaglandinas . COX-2 niveles aumentan en las enfermedades inflamatorias como la artritis.
• Aumento de la COX-2 expresión se ve en algunos c Ancer células. La angiogénesis (desarrollo de los vasos sanguíneos), que es esencial para el crecimiento del tumor, requiere COX-2. La sobreexpresión de COX-2 conduce a una mayor expresión de VEGF (factor de crecimiento endotelial vascular). El uso regular de los AINE se ha demostrado que disminuye el riesgo de desarrollar cáncer colorrectal.

La mayoría de los AINE inhiben tanto la COX-1 y COX-2.

Selectivos inhibidores de la COX-2 se han desarrollado (por ejemplo, Celebrex y Vioxx).

• Inhibidores de la COX-2 son el dolor anti-inflamatoria y bloque, pero son menos propensos a causar toxicidad gástrica asociada con el uso crónico de AINE que bloquean la COX-1. 
• Una tendencia a desarrollar coágulos de sangre la hora de tomar algunos de estos medicamentos se ha atribuido a: 
  • disminución de la producción de un anticuerpo anti-trombótica (bloqueo de coágulos) prostaglandina (PGI ₂ ) por las células endoteliales que revisten los vasos sanguíneos pequeños
  • falta de inhibición de la formación de tromboxanos pro-trombóticos COX-1 mediada en las plaquetas.

Algunas evidencias sugieren la existencia de una tercera isoforma de PGH 2 sintasa, designado COX-3 , con papeles en la mediación del dolor y la fiebre, y sujeto a la inhibición por acetaminofeno (Tylenol). El acetaminofeno tiene poco efecto sobre COX-1 o COX-2, y por lo tanto carece de actividad anti-inflamatoria. Explora a la derecha de la estructura de PGH 2 sintasa-1 (COX-1) se cristalizó con iodosuprofen encuadernado, un derivado de ibuprofeno.

PGH 2 sintasa

Linear Pathway :El primer paso de la vía lineal para la síntesis de los leucotrienos es catalizada por la lipoxigenasa . Organismos mamíferos tienen una familia de enzimas que catalizan la oxigenación de lipoxigenasa de varios ácidos grasos poliinsaturados en diferentes sitios. Muchos de los productos tienen papeles de señal. Por ejemplo, 5-lipoxigenasa , que se encuentra en los leucocitos, cataliza la conversión de araquidonato a 5-HPETE (ácido 5-hidroperoxieicosatetraenoico). 5-HPETE se convierte en leucotrieno-A 4 , que a su vez se puede convertir en varios otros leucotrienos (diagramas p. 966, 968). Un hierro no hemo es el grupo prostético de las enzimas lipoxigenasa. ligandos al hierro incluyen 4 átomos de nitrógeno de histidina y el oxígeno carboxilato C-terminal. El araquidonato sustrato se une en un bolsillo hidrofóbico , adyacente al átomo de hierro catalítico. O 2 se cree que acercarse desde el lado opuesto del sustrato que el lado orientado hacia el hierro, para un estereoespecífica de reacción. La reacción comienza con la extracción de un hidrógeno de araquidonato, con la transferencia del electrón a la de hierro , reduciéndolo de Fe 3+ a Fe 2+ . Losradicales de ácido graso reacciona con O 2 para formar un hidroperoxi ácido graso. Qué hidrógeno se extrae, y la posición del grupo hidroperoxi resultante, varía con diferentes lipoxigenasas (por ejemplo, 5-Lipoxgenase muestra a la derecha, 15-lipoxigenasa, etc.) reacciones adicionales luego ceder los diversos leucotrienos .

Los leucotrienos tienen un papel en la inflamación . Se producen en áreas de inflamación en las paredes de los vasos sanguíneos como parte de la patología de la aterosclerosis . Los leucotrienos también están implicados en asmática constricción de los bronquiolos. Algunos leucotrienos actúan a través de específicos G-receptores acoplados a proteínas en la membrana plasmática. Los medicamentos contra el asma incluyen los inhibidores de la 5-lipoxigenasa, como Zyflo (zileuton), y las drogas que interfieren con la interacción de los receptores de leucotrienos. Por ejemplo, Singulair (montelukast) y Accolate (zafirlukast) bloquea la unión de los leucotrienos a sus receptores en las membranas plasmáticas de músculo liso de las vías respiratorias.  5-lipoxigenasa requiere la presencia de la proteína de membrana  FLAP (5-lipoxigenasa-activación de la proteína). FLAP se une araquidonato, facilitando su interacción con la enzima. La translocación de la 5-lipoxigenasa desde el citoplasma al núcleo , y la formación de un complejo que incluye 5-lipoxigenasa, FLAP, y fosfolipasa A 2 (que cataliza la liberación de araquidonato de los fosfolípidos) en asociación con la envoltura nuclear se ha observado durante la activación de los leucotrienos síntesis en los leucocitos. A b -barril de dominio en el N -terminal de las enzimas lipoxigenasa puede tener un papel en la unión a membranas .

Explora a la derecha de la estructura de lipoxigenasa , con un análogo de sustrato presente en el sitio activo.

Lipoxigenasa

El citocromo P ₄₅₀ e poxygenase vías:

Ácidos epoxieicosatrienoicos ( EETs ) y ácidos hydroxyeicosatrienoic se forman a partir de araquidonato por las enzimas del citocromo P 450 familia. Otros miembros del citocromo P 450 familiares participan en una variedad de reacciones de oxigenación, incluyendo la hidroxilación de esteroles (que se discutirá en la sección sobre el colesterol síntesis y metabolismo).Un ejemplo de una EET (ácido 14,15-epoxieicosatrienoicos), producido a partir de araquidonato por la actividad de un citocromo P 450 epoxigenasa, se muestra a la derecha. EETs son modificados por reacciones catalizadas por enzimas adicionales para producir muchos compuestos diferentes . Ellos pueden incorporarse en fosfolípidos, y liberados por la acción de fosfolipasas. EETs tiene papeles en la regulación de la proliferación celular, inflamación, secreción de hormona peptídica, y varias vías de señalización celular relacionados con las funciones cardiovasculares y renales . Por ejemplo, EETs se han encontrado para inhibir la apoptosis (muerte celular programada) en células endoteliales.