Войти
| Флавинсодержащая монооксигеназа | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Ленточная диаграмма FMO дрожжей (PDB: 1VQW ). | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 1.14.13.8 | ||||||||
| Номер CAS | 37256-73-8 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | Просмотр IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология генов | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Флавинсодержащая монооксигеназа FMO | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Flavin_mOase | ||||||||
| Pfam | PF00743 | ||||||||
| InterPro | IPR000960 | ||||||||
| Мембранома | 262 | ||||||||
| |||||||||
флавинсодержащая монооксигеназа (FMO ) белок Семейство специализируется на окислении ксено-субстратов для облегчения выведения этих соединений из живых организмов. Эти ферменты могут окислять широкий спектр гетероатомов, особенно мягких нуклеофилов, таких как амины, сульфиды, и фосфиты. Для этой реакции требуется кислород, кофактор NADPH и FAD простетическая группа. FMO имеют несколько общих структурных особенностей, таких как связывающий домен NADPH, связывающий домен FAD и консервативный остаток аргинина, присутствующий в активном сайте. В последнее время ферменты FMO привлекли к себе большое внимание фармацевтической промышленности как в качестве лекарственной мишени для различных заболеваний, так и в качестве средства метаболизма пролекарственных соединений в активные фармацевтические препараты. Эти монооксигеназы часто ошибочно классифицируются, поскольку их профили активности аналогичны профилям активности цитохрома P450 (CYP450), который вносит основной вклад в окислительный метаболизм ксенобиотиков . Однако ключевое различие между двумя ферментами заключается в том, как они окисляют соответствующие субстраты; Ферменты CYP используют кислородсодержащую простетическую группу гема, в то время как семейство FMO использует FAD для окисления своих субстратов.
До 1960-х годов окисление ксенотоксичные материалы считались полностью обработанными CYP450. Однако в начале 1970-х годов доктор Дэниел Зиглер из Техасского университета в Остине обнаружил печеночный флавопротеин, выделенный из печени свиньи, который, как было обнаружено, окисляет огромное количество различных амины до их соответствующего нитро состояния. Этот флавопротеин, названный «ферментом Циглера», проявлял необычные химические и спектрометрические свойства. После дальнейшей спектроскопической характеристики и исследования пула субстратов этого фермента д-р Зиглер обнаружил, что этот фермент связывает только молекулу FAD, которая может образовывать промежуточное соединение C4a-гидроксипероксифлавин, и что этот фермент может окислять широкий спектр субстратов без общих структурных особенностей., включая, среди прочего, фосфины, сульфиды, соединения селена. Как только это было замечено, фермент доктора Циглера был реклассифицирован как широкополосный флавин монооксигеназа.
. В 1984 году первые доказательства множественных форм FMOs были выявлены двумя разными лабораториями, когда два разных FMO были выделены из легких кролика. С тех пор более 150 различных ферментов FMO были успешно выделены из самых разных организмов. До 2002 г. только 5 ферментов FMO были успешно выделены из млекопитающих. Однако группа исследователей обнаружила шестой ген FMO, расположенный на хромосоме 1 человека. В дополнение к шестому FMO, обнаруженному в 2002 году, лаборатории доктора Яна Филипса и Элизабет Шеппард обнаружили у человека второй кластер генов, который состоит из 5 дополнительных псевдогенов FMO на хромосоме 1.
Семейство FMO генов является консервативным во всех типах, которые были изучены до сих пор, поэтому некоторая форма гена FMO семейство встречается у всех изученных эукариот. Гены FMO характеризуются определенными структурными и функциональными ограничениями, которые привели к развитию различных типов FMO для выполнения разнообразных функций. Расхождение между функциональными типами FMO (FMO 1–5) произошло до того, как земноводные и млекопитающие разделились на отдельные классы. FMO5, обнаруженный у позвоночных, по-видимому, эволюционно старше других типов FMO, что делает FMO5 первым функционально отличным членом семейства FMO. Филогенетические исследования показывают, что FMO1 и FMO3 - самые последние FMO, которые эволюционировали в ферменты с различными функциями. Хотя FMO5 был первым отдельным FMO, неясно, какую функцию он выполняет, поскольку он не оксигенат типичных субстратов FMO, участвующих в метаболизме первого прохождения.
Анализ генов FMO у нескольких видов продемонстрировали обширные молчащие мутации ДНК, которые указывают на то, что текущее семейство генов FMO существует из-за давления отбора на уровне белка, а не на уровне нуклеотида. FMO, обнаруженные у беспозвоночных, как установлено, произошли полифилетически ; означает, что фенотипически подобный ген развился у беспозвоночных, который не был унаследован от общего предка.
FMOs являются одним подсемейством из внешние флавопротеины класса B монооксигеназы (EC 1.14.13), которые относятся к семейству монооксигеназ оксидоредуктаз, наряду с другими подсемействами монооксигеназами Байера-Виллигера и микробными N-гидроксилирующие монооксигеназы. FMO обнаружены в грибах, дрожжах, растениях, млекопитающих и бактериях.
Онтогенетическая и тканеспецифическая экспрессия была изучена у нескольких видов млекопитающих, включая человека, мыши, крысы и кролики. Однако, поскольку экспрессия FMO уникальна для каждого вида животных, трудно сделать выводы о регуляции и активности FMO человека на основе других исследований на млекопитающих. Вероятно, что видоспецифическая экспрессия FMO способствует различиям в восприимчивости к токсинам и ксенобиотикам, а также в эффективности выделения у разных млекопитающих.
Шесть функциональных форм генов FMO человека не сообщалось. Однако FMO6 считается псевдогеном. FMO 1–5 имеют 50–58% аминокислотной идентичности у разных видов. Недавно были обнаружены еще пять генов FMO человека, хотя они относятся к категории псевдогенов.
В отличие от млекопитающих, дрожжи (Saccharomyces cerevisiae ) не имеют нескольких изоформ FMO, а вместо этого имеют только одну, называемую yFMO. Этот фермент не принимает ксенобиотические соединения. Вместо этого yFMO помогает сворачивать белки, содержащие дисульфидные связи, катализируя O 2 и НАДФН-зависимое окисление биологических тиолов, точно так же, как предприятия по изучению млекопитающих. Примером является окисление глутатиона до дисульфида глутатиона, оба из которых образуют redox буферную систему в клетке между эндоплазматический ретикулум и цитоплазма. yFMO локализуется в цитоплазме для поддержания оптимального соотношения окислительно-восстановительного буфера, необходимого для правильного сворачивания белков, содержащих дисульфидные связи. Эта нексенобиотическая роль yFMO может отражать изначальную роль FMO до появления современного семейства ферментов FMO, обнаруженных у млекопитающих.
Растительные FMO играют роль в защите от патогены и катализируют определенные стадии биосинтеза ауксина, гормона растений. FMO растений также играют роль в метаболизме глюкозинолатов. Эти не ксенобиотические роли растительных FMO позволяют предположить, что другие функции FMO могут быть идентифицированы у нерастительных организмов.
Кристаллические структуры были определены для дрожжей (Schizosaccharomyces pombe ) FMO (PDB: 1VQW ) и бактериальный (Methylophaga aminisulfidivorans ) FMO (PDB: 2XVH ). Кристаллические структуры похожи друг на друга и имеют 27% идентичности последовательностей. Эти ферменты имеют 22% и 31% идентичность последовательностей с человеческими FMO соответственно.
Канал и активный сайт бактериального FMO со связанными NADPH и FAD (PDB: 2XVH ).FMOs имеют прочно связанная FAD простетическая группа и связывающий кофактор NADPH. Оба динуклеотидных связывающих мотива образуют складки Россмана. дрожжевой FMO и бактериальный FMO представляют собой димеры, причем каждый мономер состоит из двух структурных доменов : меньшего домена связывания НАДФН и большего домена связывания FAD. домены связаны двойным линкером. Канал между двумя доменами ведет к активному сайту, где NADPH связывает оба домена и занимает щель, которая блокирует доступ к группе флавинов FAD, которая связана с большим домен вдоль канала вместе с молекулой воды. никотинамид группа НАДФН взаимодействует с флавиновой группой FAD, и сайт связывания НАДФН перекрывается с сайтом связывания субстрата o в группе флавинов.
FMO содержат несколько мотивов последовательности, которые консервативны во всех доменах :
Идентифицирующий мотив FMO взаимодействует с флавин ФАД. Мотив F / LATGY представляет собой мотив последовательности, распространенный в N-гидроксилирующих ферментах. Остаток аргинина взаимодействует с фосфатной группой НАДФН.
Реакции, катализируемые FMO. Общая функция этих ферментов - метаболизировать ксенобиотики. Следовательно, они считаются катализаторами детоксикации ксенобиотиков . Эти белки катализируют оксигенацию нескольких гетероатом -содержащих соединений, которые присутствуют в нашем рационе, таких как амин -, сульфид -, фосфор - и другие нуклеофильные соединения, содержащие гетероатом. FMO участвуют в метаболизме ряда фармацевтических препаратов, пестицидов и токсикантов, превращая липофильные ксенобиотики в полярные, насыщенные кислородом и легко выводимые метаболиты.
Субстраты FMO представляют собой структурно разнообразные соединения. Однако все они имеют схожие характеристики:
Цвиттерионы, анионы и дикатионы считаются неблагоприятными субстратами. Сообщается, что несколько препаратов являются типичными субстратами для предприятий.
| Альбендазол | Клиндамицин | Паргилин |
| Бензидамин | Фенбендазол | Ранитидин |
| Хлорфенирамин | Итоприд | Тиоридазин |
| Цимети | Сулиндак сульфид | |
| Ксаномелин | Зимелдин |
Большинство препаратов действуют как альтернативные субстрата конкурентные ингибиторы для FMO (т.е. хорошие нуклеофилы, которые конкурируют с лекарством за FMO оксигенация ), поскольку они не могут служить субстратами FMO. Сообщалось только о нескольких настоящих конкурентных ингибиторах FMO. К ним относятся индол-3-карбинол и N, N-диметиламино-стильбенкарбоксилаты. Хорошо известным ингибитором FMO является метимазол (MMI).
Каталитический цикл FMO вместе с окислительно-восстановительным состоянием простетической группы FAD. Каталитический цикл FMO протекает следующим образом:
Основные распределения различных типов флавинсодержащих монооксигеназ (FMO) в тканях взрослого человека. Экспрессия каждого типа FMO зависит от нескольких факторов, включая запас кофактора, физиологические факторы и факторы окружающей среды, а также диету. Из-за этих факторов каждый тип FMO выражается по-разному в зависимости от вида и ткани. У людей экспрессия FMO в основном сконцентрирована в печени, легких и почках человека, где происходит большая часть метаболизма ксенобиотиков. Однако FMO также можно найти в головном мозге и тонком кишечнике человека. Хотя FMO1-5 может быть обнаружен в мозге, печени, почках, легких и тонком кишечнике, распределение каждого типа FMO различается в зависимости от ткани и стадии развития человека.
У взрослого человека FMO1 преимущественно экспрессируется в почках и в меньшей степени в легких и тонком кишечнике. FMO2 является наиболее распространенным из FMO и в основном экспрессируется в легких и почках, с меньшей экспрессией в печени и тонком кишечнике. FMO3 высококонцентрирован в печени, но также экспрессируется в легких. FMO4 экспрессируется в основном в печени и почках. FMO5 сильно экспрессируется в печени, но также имеет значительную экспрессию в легких и тонком кишечнике. Хотя FMO2 является наиболее экспрессируемым FMO в головном мозге, он составляет лишь около 1% от FMO, обнаруживаемого в легких, что делает экспрессию FMO в мозгу довольно низкой.
Распределение FMO в различных типах тканей меняется по мере того, как человек продолжает развиваться, в результате чего распределение FMO у плода сильно отличается от распределения FMO у взрослых. В то время как в печени взрослого человека преобладает экспрессия FMO3 и FMO5, в печени плода преобладает экспрессия FMO1 и FMO5. Другое отличие заключается в головном мозге, где взрослые в основном экспрессируют FMO2, а плоды в основном экспрессируют FMO1.
Дополнительная информация: Разработка лекарств
Метаболизм лекарств - один из наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать при разработке новых лекарств для терапевтического применения. Скорость разложения этих новых лекарств в системе организма определяет продолжительность и интенсивность их фармакологического действия. В течение последних нескольких лет предприятиям уделялось много внимания разработке лекарств, так как эти ферменты нелегко индуцировать или ингибировать химическими веществами или лекарствами, окружающими их среду. CYPs - основные ферменты, участвующие в метаболизме лекарств. Однако в последнее время усилия были направлены на разработку лекарств-кандидатов, которые включают функциональные группы, которые могут метаболизироваться FMO. Таким образом сводится к минимуму количество потенциальных неблагоприятных лекарственных взаимодействий и снижается зависимость от метаболизма CYP450. Было предложено несколько подходов к выявлению потенциальных лекарственных взаимодействий. Один из них включает человеческий FMO3 (hFMO3), который описывается как наиболее важный FMO с точки зрения лекарственного взаимодействия. Для успешного скрининга hFMO3 с высокой пропускной способностью hFMO3 был успешно прикреплен к чипам оксида графена для измерения изменения электрического потенциала, возникающего в результате окисления лекарства при он взаимодействует с ферментом.
. Имеются данные, свидетельствующие о том, что FMO связаны с регуляцией артериального давления. FMO3 участвует в образовании N-оксидов ТМА (ТМАО). Некоторые исследования показывают, что гипертензия может развиться при отсутствии органических осмолитов (например, ТМАО), которые могут противодействовать повышению осмотического давления и периферического сопротивления. Лица с недостаточной активностью FMO3 чаще страдают гипертонией и другими сердечно-сосудистыми заболеваниями, так как происходит снижение образования N-оксидов ТМА, чтобы уравновесить эффекты более высокого осмотического давления и периферического сопротивления.
Дополнительная информация: Расстройство триметиламинурии
Расстройство триметиламинурии, также известное как синдром запаха рыбы, вызывает аномальный метаболизм, опосредованный FMO3, или дефицит этот фермент у человека. У человека с этим заболеванием низкая способность окислять триметиламин (ТМА), который поступает с пищей, до его метаболита без запаха ТМАО. Когда это происходит, большое количество ТМА выделяется с мочой, потом и дыханием человека с сильным запахом рыбы. На сегодняшний день нет известного лекарства или лечения этого расстройства. Однако врачи рекомендуют пациентам избегать продуктов, содержащих холин, карнитин, азот, серу и лецитин.
FMO также были связаны с другими заболеваниями, такими как рак и диабет. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования для выяснения взаимосвязи между функцией FMO и этими заболеваниями, а также для определения клинической значимости этих ферментов.
