CICLOOSSIGENASI: TIPI, REAZIONE, INIBITORI - BIOLOGIA - 2025

Le cicloossigenasi (COX), note anche come prostaglandina H sintasi o sintasi prostaglandina endoperossido, le ossigenasi sono enzimi appartenenti alla superfamiglia della mieloperossidasi degli acidi grassi e si trovano in tutti i vertebrati.

Le cicloossigenasi sono enzimi bifunzionali, in quanto hanno due diverse attività catalitiche: un'attività cicloossigenasica e un'attività perossidasica, che consentono loro di catalizzare la bisossigenazione e la riduzione dell'acido arachidonico per formare prostaglandine.

Reazione catalizzata dagli enzimi cicloossigenasi (Fonte: Pancrat tramite Wikimedia Commons)

Non sono stati trovati in piante, insetti o organismi unicellulari, ma nelle cellule dei vertebrati questi enzimi si trovano principalmente nella membrana del reticolo endoplasmatico, con segnalazioni della loro presenza nell'involucro nucleare, corpi lipidici, mitocondri, strutture filamentose , vescicole, ecc.

Le prime rilevazioni dei prodotti sintetizzati dalle cicloossigenasi sono state effettuate nei fluidi seminali, motivo per cui inizialmente si pensava che fossero sostanze prodotte nella prostata, motivo per cui venivano chiamate “prostaglandine”.

Oggi è noto che le prostaglandine sono sintetizzate in tutti i tessuti degli animali vertebrati e anche in organismi che non hanno ghiandole prostatiche, e che i diversi isomeri di queste molecole hanno funzioni differenti in diversi processi fisiologici e patologici come febbre, sensibilità a dolore o algesia, infiammazione, trombosi, mitogenesi, vasodilatazione e vasocostrizione, ovulazione. funzione renale, ecc.

tipi

Tra gli animali vertebrati è stata segnalata l'esistenza di due tipi di cicloossigenasi. Il primo ad essere scoperto e purificato è noto come COX-1 o semplicemente COX, ed è stato purificato per la prima volta nel 1976 dalle vescicole seminali di pecore e mucche.

La seconda cicloossigenasi scoperta tra gli eucarioti è stata la COX-2 nel 1991. Ad oggi, tutti gli animali vertebrati, inclusi pesci cartilaginei, pesci ossei, uccelli e mammiferi, hanno dimostrato di possedere due geni che codificano per enzimi. COX.

Uno di questi, COX-1, codifica per la cicloossigenasi 1, che è costitutiva, mentre il gene COX-2 codifica per la cicloossigenasi inducibile 2.

Caratteristiche di entrambi i geni e dei loro prodotti enzimatici

Gli enzimi COX-1 e COX-2 sono abbastanza simili, il che è considerato una somiglianza del 60-65% tra le loro sequenze di amminoacidi.

I geni ortologhi COX-1 (geni di specie diverse che hanno la stessa origine) in tutte le specie di animali vertebrati producono proteine ​​COX-1 che condividono fino al 95% dell'identità delle loro sequenze amminoacidiche, il che vale anche per il orthologs di COX-2, i cui prodotti condividono l'identità del 70-90%.

Anche gli cnidari e gli schizzi di mare hanno due geni COX, ma questi sono diversi da quelli di altri animali, quindi alcuni autori ipotizzano che questi geni potrebbero essere sorti in eventi di duplicazione indipendenti dallo stesso antenato comune.

COX-1

Il gene COX-1 pesa circa 22 kb ed è costitutivamente espresso per codificare la proteina COX-1, che ha più o meno 600 residui di amminoacidi prima di essere processata, poiché ha un peptide segnale idrofobo dopo la rimozione del quale produce una proteina di circa 576 aminoacidi.

Questa proteina si trova principalmente nel reticolo endoplasmatico e la sua struttura generale è sotto forma di un omodimero, cioè due catene polipeptidiche identiche che si associano per formare la proteina attiva.

COX-2

Il gene COX -2, invece, pesa circa 8 kb e la sua espressione è indotta da citochine, fattori di crescita e altre sostanze. Codifica per l'enzima COX-2 che ha, incluso il peptide segnale, 604 residui di amminoacidi e 581 dopo l'elaborazione.

Questo enzima è anche omodimerico e si trova tra il reticolo endoplasmatico e l'involucro nucleare.

Struttura molecolare della cicloossigenasi di tipo 2 (COX-2) (Fonte: Citocromo c su Wikipedia in inglese tramite Wikimedia Commons)

Dall'analisi delle loro strutture, è stato determinato che gli enzimi COX-1 e COX-2 possiedono all'estremità N-terminale e nel sito adiacente al peptide segnale, un "modulo" unico del fattore di crescita epidermico (EGF, del Fattore di crescita epidermico inglese).

In questo modulo sono presenti legami o ponti disolfuro altamente conservati, che funzionano come un "dominio di dimerizzazione" tra i due polipeptidi di ciascun enzima omodimerico.

Le proteine ​​hanno anche eliche anfipatiche che facilitano l'ancoraggio a uno degli strati della membrana. Inoltre, il dominio catalitico di entrambi ha due siti attivi, uno con attività cicloossigenasi e l'altro con attività perossidasica.

Entrambi gli enzimi sono proteine ​​altamente conservate, con poche differenze significative tra specie diverse per quanto riguarda la dimerizzazione e i meccanismi di legame di membrana, nonché alcune caratteristiche dei loro domini catalitici.

Le proteine ​​COX hanno inoltre siti di glicosilazione essenziali per la loro funzione e che sono assolutamente conservati.

Reazione

Gli enzimi cicloossigenasi 1 e 2 sono responsabili della catalizzazione dei primi due passaggi della biosintesi delle prostaglandine, che iniziano con la conversione dell'acido arachidonico in precursori delle prostaglandine noti come idroperossi-endoperossido PGG2.

Affinché questi enzimi possano svolgere le loro funzioni, devono prima essere attivati ​​attraverso un processo dipendente dalla loro attività perossidasica. In altre parole, la sua attività principale dipende dalla riduzione di un substrato di perossido (mediato dalla perossidasi del sito attivo) affinché si verifichi l'ossidazione del ferro associato al gruppo eme che funge da cofattore.

L'ossidazione del gruppo eme provoca la formazione di un radicale tirosilico nel sito attivo della cicloossigenasi, che attiva l'enzima e favorisce l'inizio della reazione della cicloossigenasi. Questa reazione di attivazione può verificarsi solo una volta, poiché il radicale tirosile viene rigenerato durante l'ultima reazione nel percorso.

inibitori

Le cicloossigenasi sono coinvolte nella sintesi delle prostaglandine, che sono ormoni con funzioni nella protezione della mucosa intestinale, nell'aggregazione delle piastrine e nella regolazione della funzione renale, oltre a partecipare ai processi di infiammazione, dolore e febbre.

In considerazione del fatto che questi enzimi sono fondamentali per la produzione di questi ormoni, soprattutto quelli che hanno a che fare con processi infiammatori, numerosi studi farmacologici si sono concentrati sull'inibizione delle cicloossigenasi.

Struttura molecolare della cicloossigenasi 1 legata all'ibuprofene (Fonte: Fvasconcellos 5 maggio 2007 tramite Wikimedia Commons)

Pertanto, è stato dimostrato che il meccanismo d'azione di molti farmaci antinfiammatori non steroidei ha a che fare con l'acetilazione irreversibile o reversibile (inibitoria) del sito attivo della cicloossigenasi su questi enzimi.

Questi farmaci includono piroxicam, ibuprofene, aspirina, flurbiprofene, diclofenac, naprossene e altri.

Riferimenti

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