The cyclooxygenases (COXs), juga dikenal sebagai Prostaglandin H synthases atau synthases prostaglandin endoperoxide, oxygenases adalah enzim yang tergolong dalam asid lemak myeloperoxidase superfamily dan terdapat di semua vertebrata.
Cyclooxygenases adalah enzim bifungsi, kerana mereka mempunyai dua aktiviti pemangkin yang berbeza: aktiviti cyclooxygenase dan aktiviti peroksidase, yang memungkinkan mereka mengkatalisis bis-oksigenasi dan pengurangan asid arakidonat untuk membentuk prostaglandin.
Reaksi dikatalisis oleh enzim siklooksigenase (Sumber: Pancrat melalui Wikimedia Commons)
Mereka tidak dijumpai pada tumbuhan, serangga atau organisme uniselular, tetapi dalam sel vertebrata enzim ini terletak terutamanya di membran retikulum endoplasma, dengan laporan mengenai keberadaannya di sampul nuklear, badan lipid, mitokondria, struktur filamen , vesikel, dll.
Pengesanan pertama dari produk yang disintesis oleh siklooksigenase dibuat dalam cairan mani, itulah sebabnya pada awalnya dianggap bahawa mereka adalah zat yang dihasilkan dalam prostat, itulah sebabnya mereka disebut "prostaglandin".
Hari ini diketahui bahawa prostaglandin disintesis dalam semua tisu haiwan vertebrata dan bahkan dalam organisma yang tidak mempunyai kelenjar prostat, dan bahawa isomer molekul yang berbeza mempunyai fungsi yang berbeza dalam proses fisiologi dan patologi yang berbeza seperti demam, kepekaan terhadap sakit atau algesia, keradangan, trombosis, mitogenesis, vasodilatasi dan vasokonstriksi, ovulasi. fungsi buah pinggang, dll.
Jenis-Jenis
Kewujudan dua jenis siklooksigenase telah dilaporkan di kalangan haiwan vertebrata. Yang pertama dijumpai dan disucikan dikenali sebagai COX-1 atau hanya COX, dan ia disucikan untuk pertama kalinya pada tahun 1976 dari vesikel mani domba dan sapi.
Siklooksigenase kedua yang ditemui di antara eukariota adalah COX-2 pada tahun 1991. Sehingga kini, semua haiwan vertebrata, termasuk ikan tulang rawan, ikan bertulang, burung, dan mamalia, terbukti memiliki dua gen yang memberi kode untuk enzim. COX.
Salah satunya, COX-1, memberi kod untuk siklooksiasease 1, yang bersifat konstitutif, sementara gen COX-2 memberi kod untuk siklooksigenase 2 yang dapat diinduksi.
Ciri-ciri kedua gen dan produk enzimnya
Enzim COX-1 dan COX-2 agak serupa, yang difahami sebagai persamaan 60-65% antara urutan asid amino mereka.
Gen COX-1 orthologous (gen dalam pelbagai spesies yang mempunyai asal yang sama) dalam semua spesies haiwan vertebrata menghasilkan protein COX-1 yang berkongsi sehingga 95% identiti urutan asid amino mereka, yang juga berlaku untuk ortologi COX-2, produknya mempunyai identiti 70-90%.
Cnidarians dan squirt laut juga mempunyai dua gen COX, tetapi ini berbeza dengan gen lain, jadi sebilangan penulis berhipotesis bahawa gen ini mungkin timbul dalam kejadian penduaan bebas dari nenek moyang yang sama.
COX-1
Gen COX-1 mempunyai berat kira-kira 22 kb dan secara konstitutif dinyatakan untuk mengkodekan protein COX-1, yang mempunyai lebih kurang 600 sisa asid amino sebelum diproses, kerana ia mempunyai peptida isyarat hidrofobik setelah penyingkirannya menghasilkan protein sekitar 576 asid amino.
Protein ini terutamanya terdapat dalam retikulum endoplasma dan struktur amnya adalah dalam bentuk homodimer, iaitu dua rantai polipeptida yang serupa yang bergabung untuk membentuk protein aktif.
COX-2
Gen COX -2, sebaliknya, beratnya sekitar 8 kb dan ekspresinya disebabkan oleh sitokin, faktor pertumbuhan, dan bahan lain. Ia memberi kod untuk enzim COX-2 yang, termasuk peptida isyarat, 604 residu asid amino dan 581 setelah diproses.
Enzim ini juga homodimerik dan terdapat di antara retikulum endoplasma dan sampul nuklear.
Struktur molekul siklooksiasease jenis 2 (COX-2) (Sumber: Sitokrom c di Wikipedia Bahasa Inggeris melalui Wikimedia Commons)
Dari analisis strukturnya, telah ditentukan bahawa enzim COX-1 dan COX-2 memiliki di ujung terminal N dan di lokasi berdekatan dengan peptida isyarat, "modul" unik faktor pertumbuhan epidermis (EGF, dari Faktor Pertumbuhan Epidermal Inggeris).
Dalam modul ini terdapat ikatan atau jambatan disulfida yang sangat terpelihara, yang berfungsi sebagai "domain dimerisasi" antara dua polipeptida setiap enzim homodimerik.
Protein juga mempunyai heliks amphipatik yang memudahkan penambat ke salah satu lapisan membran. Di samping itu, domain pemangkin keduanya mempunyai dua laman aktif, satu dengan aktiviti siklooksigenase dan satu lagi dengan aktiviti peroksidase.
Kedua-dua enzim adalah protein yang sangat terpelihara, dengan sedikit perbezaan yang ketara antara spesies yang berbeza mengenai dimerisasi dan mekanisme pengikat membran, serta beberapa ciri domain pemangkinnya.
Protein COX juga mempunyai laman glikosilasi yang penting untuk fungsinya dan benar-benar dipelihara.
Tindak balas
Enzim siklooksigenase 1 dan 2 bertanggungjawab untuk mengkatalisis dua langkah pertama biosintesis prostaglandin, yang bermula dengan penukaran asid arakidonik menjadi prekursor prostaglandin yang dikenali sebagai hidroperoksi-endoperoksida PGG2.
Agar enzim ini dapat menjalankan fungsinya, mereka mesti terlebih dahulu diaktifkan melalui proses yang bergantung pada aktiviti peroksidase mereka. Dengan kata lain, aktiviti utamanya bergantung kepada pengurangan substrat peroksida (dimediasi oleh peroksidase tapak aktif) untuk pengoksidaan zat besi yang berkaitan dengan kumpulan heme yang berfungsi sebagai kofaktor untuk berlaku.
Pengoksidaan kumpulan heme menyebabkan pembentukan radikal tirosil di tapak aktif siklooksigenase, yang mengaktifkan enzim dan mendorong permulaan reaksi siklooksigenase. Reaksi pengaktifan ini hanya dapat terjadi sekali, kerana radikal tyrosyl dijana semula semasa reaksi terakhir di jalur.
Perencat
Cyclooxygenases terlibat dalam sintesis prostaglandin, yang merupakan hormon dengan fungsi dalam melindungi mukosa usus, dalam agregasi platelet dan dalam pengaturan fungsi ginjal, selain turut serta dalam proses keradangan, sakit dan demam.
Mengingat fakta bahawa enzim ini adalah kunci untuk penghasilan hormon ini, terutama yang berkaitan dengan proses keradangan, banyak kajian farmakologi telah memberi tumpuan kepada penghambatan siklooksigenase.
Struktur molekul siklooksigenase 1 terikat dengan ibuprofen (Sumber: Fvasconcellos 5 Mei 2007 melalui Wikimedia Commons)
Oleh itu, telah ditunjukkan bahawa mekanisme tindakan banyak ubat anti-inflamasi bukan steroid berkaitan dengan asetilasi tidak aktif yang dapat dipulihkan atau terbalik (penghambatan) dari laman aktif siklooksigenase pada enzim ini.
Ubat ini termasuk piroxicam, ibuprofen, aspirin, flurbiprofen, diclofenac, naproxen, dan lain-lain.
Rujukan
- Botting, RM (2006). Inhibitor cyclooxygenases: mekanisme, selektiviti dan kegunaan. Jurnal fisiologi dan farmakologi, 57, 113.
- Chandrasekharan, NV, & Simmons, DL (2004). The cyclooxygenases. Biologi genom, 5 (9), 241.
- Fitzpatrick, FA (2004). Enzim siklooksigenase: peraturan dan fungsi. Reka bentuk farmaseutikal semasa, 10 (6), 577-588.
- Kundu, N., Smyth, MJ, Samsel, L., & Fulton, AM (2002). Inhibitor siklooksigenase menyekat pertumbuhan sel, meningkatkan ceramide dan menghalang kitaran sel. Penyelidikan dan rawatan barah payudara, 76 (1), 57-64.
- Rouzer, CA, & Marnett, LJ (2009). Cyclooxygenases: pandangan struktur dan fungsional. Jurnal penyelidikan lipid, 50 (Tambahan), S29-S34.
- Vane, JR, Bakhle, YS, & Botting, RM (1998). CYCLOOXYGENASES 1 DAN 2. Kajian tahunan farmakologi dan toksikologi, 38 (1), 97-120.