The cyclooxygenases (COXs), juga dikenal sebagai prostaglandin H synthases atau sintase prostaglandin endoperoxide, oxygenases adalah enzim yang termasuk dalam superfamili asam lemak myeloperoxidase dan ditemukan di semua vertebrata.
Siklooksigenase adalah enzim bifungsional, karena mereka memiliki dua aktivitas katalitik yang berbeda: aktivitas siklooksigenase dan aktivitas peroksidase, yang memungkinkannya untuk mengkatalisis bis -oksigenasi dan reduksi asam arakidonat untuk membentuk prostaglandin.
Reaksi yang dikatalisis oleh enzim siklooksigenase (Sumber: Pancrat via Wikimedia Commons)
Mereka belum ditemukan pada tumbuhan, serangga, atau organisme uniseluler, tetapi pada sel vertebrata, enzim ini terletak terutama di membran retikulum endoplasma, dengan laporan keberadaan mereka di selubung inti, badan lipid, mitokondria, struktur berserabut , vesikula, dll.
Deteksi pertama dari produk yang disintesis oleh siklooksigenase dilakukan dalam cairan mani, itulah sebabnya awalnya dianggap sebagai zat yang diproduksi di prostat, itulah sebabnya mereka disebut "prostaglandin".
Saat ini diketahui bahwa prostaglandin disintesis di semua jaringan hewan vertebrata dan bahkan pada organisme yang tidak memiliki kelenjar prostat, dan bahwa isomer yang berbeda dari molekul ini memiliki fungsi yang berbeda dalam proses fisiologis dan patologis yang berbeda seperti demam, kepekaan terhadap nyeri atau algesia, inflamasi, trombosis, mitogenesis, vasodilatasi dan vasokonstriksi, ovulasi. fungsi ginjal, dll.
Jenis
Keberadaan dua jenis siklooksigenase telah dilaporkan pada hewan vertebrata. Yang pertama ditemukan dan dimurnikan dikenal sebagai COX-1 atau hanya COX, dan pertama kali dimurnikan pada tahun 1976 dari vesikula seminalis domba dan sapi.
Siklooksigenase kedua yang ditemukan di antara eukariota adalah COX-2 pada tahun 1991. Hingga saat ini, semua hewan vertebrata, termasuk ikan bertulang rawan, ikan bertulang, burung, dan mamalia, telah terbukti memiliki dua gen yang mengkode enzim. PENGEMUDI.
Salah satunya, COX-1, kode untuk siklooksigenase 1 yang bersifat konstitutif, sedangkan kode gen COX-2 untuk siklooksigenase 2 terinduksi.
Karakteristik gen dan produk enzimnya
Enzim COX-1 dan COX-2 sangat mirip, yang dipahami memiliki kemiripan 60-65% antara urutan asam aminonya.
Gen COX-1 ortologis (gen pada spesies berbeda yang memiliki asal yang sama) pada semua spesies hewan vertebrata menghasilkan protein COX-1 yang berbagi hingga 95% identitas urutan asam amino mereka, yang juga berlaku untuk ortolog COX-2, produknya memiliki 70-90% identitas.
Cnidaria dan sea squirt juga memiliki dua gen COX, tetapi ini berbeda dari hewan lain, jadi beberapa penulis berhipotesis bahwa gen ini dapat muncul dalam peristiwa duplikasi independen dari nenek moyang yang sama.
COX-1
Gen COX-1 memiliki berat sekitar 22 kb dan diekspresikan secara konstitutif untuk menyandikan protein COX-1, yang memiliki kurang lebih 600 residu asam amino sebelum diproses, karena ia memiliki peptida sinyal hidrofobik setelah pengangkatan yang menghasilkan protein sekitar 576 asam amino.
Protein ini terutama ditemukan di retikulum endoplasma dan struktur umumnya berupa homodimer, yaitu dua rantai polipeptida identik yang berasosiasi untuk membentuk protein aktif.
COX-2
Di sisi lain, gen COX -2 memiliki berat sekitar 8 kb dan ekspresinya diinduksi oleh sitokin, faktor pertumbuhan, dan zat lainnya. Ini mengkode untuk enzim COX-2 yang memiliki, termasuk peptida sinyal, 604 residu asam amino dan 581 setelah diproses.
Enzim ini juga homodimerik dan ditemukan di antara retikulum endoplasma dan selubung inti.
Struktur molekul siklooksigenase tipe 2 (COX-2) (Sumber: Sitokrom c di Wikipedia bahasa Inggris via Wikimedia Commons)
Dari analisis strukturnya, telah ditentukan bahwa enzim COX-1 dan COX-2 memiliki ujung N-terminal dan di lokasi yang berdekatan dengan peptida sinyal, sebuah "modul" unik dari faktor pertumbuhan epidermal (EGF, dari Faktor Pertumbuhan Epidermal Inggris).
Dalam modul ini terdapat ikatan atau jembatan disulfida yang sangat kekal, yang berfungsi sebagai "domain dimerisasi" antara dua polipeptida dari setiap enzim homodimerik.
Protein juga memiliki heliks amphipathic yang memfasilitasi penahan ke salah satu lapisan membran. Selain itu, domain katalitik keduanya memiliki dua sisi aktif, satu dengan aktivitas siklooksigenase dan yang lainnya dengan aktivitas peroksidase.
Kedua enzim tersebut adalah protein yang sangat terkonservasi, dengan sedikit perbedaan signifikan yang ditemukan antara spesies yang berbeda mengenai dimerisasi dan mekanisme pengikatan membran, serta beberapa karakteristik domain katalitiknya.
Protein COX juga memiliki situs glikosilasi yang penting untuk fungsinya dan yang benar-benar dilestarikan.
Reaksi
Enzim siklooksigenase 1 dan 2 bertanggung jawab untuk mengkatalisasi dua langkah pertama biosintesis prostaglandin, yang dimulai dengan konversi asam arakidonat menjadi prekursor prostaglandin yang dikenal sebagai hidroperoksi-endoperoksida PGG2.
Agar enzim-enzim ini dapat menjalankan fungsinya, mereka harus terlebih dahulu diaktifkan melalui proses yang bergantung pada aktivitas peroksidase mereka. Dengan kata lain, aktivitas utamanya bergantung pada reduksi substrat peroksida (dimediasi oleh situs aktif peroksidase) untuk terjadinya oksidasi besi yang terkait dengan gugus heme yang berfungsi sebagai kofaktor.
Oksidasi gugus heme menyebabkan pembentukan radikal tirosil di situs aktif siklooksigenase, yang mengaktifkan enzim dan mendorong inisiasi reaksi siklooksigenase. Reaksi aktivasi ini hanya dapat terjadi sekali, karena radikal tirosil dibuat ulang selama reaksi terakhir di jalur tersebut.
Penghambat
Siklooksigenase terlibat dalam sintesis prostaglandin, yang merupakan hormon dengan fungsi dalam perlindungan mukosa usus, dalam agregasi trombosit dan pengaturan fungsi ginjal, selain berpartisipasi dalam proses peradangan, nyeri dan demam.
Mengingat fakta bahwa enzim-enzim ini adalah kunci untuk produksi hormon-hormon ini, terutama yang berkaitan dengan proses inflamasi, banyak penelitian farmakologis telah berfokus pada penghambatan siklooksigenase.
Struktur molekul siklooksigenase 1 yang terikat pada ibuprofen (Sumber: Fvasconcellos 5 Mei 2007 via Wikimedia Commons)
Jadi, telah ditunjukkan bahwa mekanisme kerja dari banyak obat antiinflamasi nonsteroid berkaitan dengan asetilasi ireversibel atau reversibel (penghambatan) situs aktif siklooksigenase pada enzim ini.
Obat-obatan tersebut antara lain piroxicam, ibuprofen, aspirin, flurbiprofen, diklofenak, naproxen, dan lain-lain.
Referensi
- Botting, RM (2006). Inhibitor siklooksigenase: mekanisme, selektivitas, dan penggunaan. Jurnal fisiologi dan farmakologi, 57, 113.
- Chandrasekharan, NV, & Simmons, DL (2004). Siklooksigenase. Biologi genom, 5 (9), 241.
- Fitzpatrick, FA (2004). Enzim siklooksigenase: regulasi dan fungsi. Desain farmasi saat ini, 10 (6), 577-588.
- Kundu, N., Smyth, MJ, Samsel, L., & Fulton, AM (2002). Penghambat siklooksigenase memblokir pertumbuhan sel, meningkatkan ceramide dan menghambat siklus sel. Penelitian dan pengobatan kanker payudara, 76 (1), 57-64.
- Rouzer, CA, & Marnett, LJ (2009). Cyclooxygenases: wawasan struktural dan fungsional. Jurnal penelitian lipid, 50 (Suplemen), S29-S34.
- Vane, JR, Bakhle, YS, & Botting, RM (1998). CYCLOOXYGENASES 1 DAN 2. Review tahunan farmakologi dan toksikologi, 38 (1), 97-120.