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Lexikon der Biochemie: Cytochrom P450

Cytochrom P450, ein Cytochrom, dessen reduzierter Komplex mit Kohlenmonoxid ein Absorptionsmaximum bei 450 nm besitzt. Die C. P450 fungieren als terminale Oxidasen in cytochrom-P450-abhängigen Monooxygenase-Systemen (Abb. 1 und Abb. 2). Das System enthält Cytochrom-P450-Reduktase (ein Flavoprotein), Cytochrom-P450-Phospholipid und möglicherweise Nicht-Hämeisen. Es ist ungewiss, ob das Phospholipid direkt am Elektronentransfer beteiligt ist oder ob es nur eine strukturelle Rolle spielt. In einigen Systemen können Elektronen auch vom Cytochrom b5 übertragen werden. Die Quelle der Reduktionskraft ist für das System, das über die Cytochrom-P450-Reduktase operiert, letztendlich das NADPH. Prokaryontische C. P450 sind löslich, während eukaryontische membrangebunden innerhalb des endoplasmatischen Reticulums (z.B. in der Leber) oder in der inneren Mitochondrienmembran vorliegen. Die C. P450 in den Mitochondrien der Nebennierenrinde von Säugetieren sind für die Hydroxylierungen im Verlauf der Corticosteroidbiosynthese verantwortlich. In steroiden Geweben, wie Nieren, Plazenta und Gehirn, ist C. P450, das für die Spaltung der Cholesterinseitenkette (Steroide) verantwortlich ist (EC 1.14.15.6), in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Die Säugetierleber enthält eine Superfamilie an C. P450 mit überlappenden Substratspezifitäten, die für die oxidative Umwandlung von verschiedenen endogenen Metaboliten (z.B. Gallensäurebiosynthese) und von Xenobiotika in polarere Verbindungen verantwortlich sind. Polare Verbindungen werden leichter ausgeschieden als unpolare, und zwar entweder allein oder konjugiert mit Sulfat oder Glucuronat. Reaktionen, die mit Hilfe von C. P450 katalysiert werden, sind in der Tabelle aufgeführt. Die C. P450 sind auch am Fettsäurestoffwechsel, an der Prostaglandinbiosynthese, der 1,25-Dihydroxyvitamin-D3-Biosynthese und vielen anderen endogenen Prozessen beteiligt.
Die Oxidation einiger Xenobiotika mit Hilfe von C. P450 kann diese in Verbindungen mit größerer Toxizität oder Carcinogenität überführen (Bay-Region). [S.K. Yang et al. Science 196 (1977) 1.199-1.201; D. Pfeil u. J. Friedrich Pharmazie 40 (1985) 217-221; J. Friedrich u. D. Pfeil ibid. 228-232; H.V. Gelboin u. P.O.P. Ts'o (Hrsg.) "Polycyclic Hydrocarbons and Cancer" Bd. 1, Environmental Chemistry and Metabolism, Academic Press, 1978; S. Arnold et al. Biochem. J. 242 (1987) 375-381]



Cytochrom P450. Abb. 1. Wirkungsmechanismus von Cytochrom-P450-Systemen.
A: Cleland-Schreibweise; zeigt die Bindungsordnung und das Entfernen von Substraten und Produkten.
B: Elektonenübertragung auf Sauerstoff und Substrat über Cytochrom-P450-Reduktase und Cytrochrom P450.




Cytochrom P450. Abb. 2. Wirkungsmechanismus des Cytochrom P450. AH, Substrat. AOH, hydroxyliertes Produkt. Die Bindung des Sauerstoffs an die Fe(II)-Form des Hämproteins mit nachfolgender Delokalisierung eines Elektrons ist eine essenzielle Stufe bei allen Fe-abhängigen Oxygenase-Reaktionen und bei der Bindung des Sauerstoffs an Carrier-Hämproteine wie Hämoglobin.

Cytochrom P450. Tab. Reaktionen, die durch Cytochrom P450 katalysiert werden.
Reaktionstyp Beispielverbindungen
Dehalogenierung Halothan, Kohlenstofftetrachlorid, DDT, Triiodothyronin
N-Desalkylierung Aminopyrin, Chlorpromazin, Ephedrin, Morphin
O-Desalkylierung Phenacetin, Griseofulvin, Codein
S-Desalkylierung 6-Methylmercaptopurin, Methylthiobenzylthiazol, Dimethylsulfid
Desaminierung Amphetamin, Ephedrin
Epoxidierung Benzpyren, Aflatoxin
Hydroxylierung aliphatischer Verbindungen Pentobarbital, Antipyrin, Tolbutamid, Imipramin
Hydroxylierung aromatischer Verbindungen Salicylsäure, Phenobarbital, Acetanilid, synthetischen und natürlichen Östrogenen, Diphenyl
N-Oxidation 2-Acetylaminofluoren, Nicotinamid, Trimethylamin, Guanethidin, Chlorpromazin, Imipramin
Phosphothionatoxidation Parathion
Sulfoxidation Chlorpromazin

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