What-are-Cytochrome-P450-Enzymes

Text Material Preview

What are Cytochrome P450 Enzymes?
The superfamily of proteins called cytochrome P450 (CYP) enzymes are
involved in the synthesis and metabolism of a range of internal and external
cellular components. These enzymes have been identified in many organisms,
including animals, plants, bacteria, and even in a few viruses.
The name “cytochrome P450 enzymes” is derived due to their several
characteristics; they are bound to the membrane of cells (cyto) and contain
heme pigment (chrome and P). When bound to carbon monoxide, these
proteins produce a spectrum with a wavelength at approximately 450 nm.
By Hannah Simmons, M.Sc.
Reviewed by Deepthi Sathyajith, M.Pharm.
What are Cytochrome P450 Enzymes?
Saved from URL: https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
P
/51
https://www.news-medical.net/life-sciences/authors/hannah-simmons
https://www.news-medical.net/life-sciences/authors/deepthi-sathyajith
https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
Cytochrome p450 liver enzyme (CYP3A4, human), chemical structure. This
liver protein plays an important role in drug detoxification in the human body.
Image Credit: molekuul_be / Shutterstock
How do CYP Enzymes Work?
There are seven stages of the CYP catalytic cycle.
Firstly, the substrate binds to the CYP enzyme, inducing a conformational
change and a spin state change of the heme iron.
The second stage is initial reduction reaction of the heme group (Fe3+).
NAD(P)H transfers an electron to heme via the electron transfer chain,
forming Fe2+. Then, oxygen binds to the Fe2+ heme group, forming
Fe2+O2. Eventually, it becomes a more stable form, Fe3+O2.
The fourth stage is the second reduction reaction, which forms
Fe3+O22­.
The O22­ then reacts with two protons, breaking the bond between the
two oxygen molecules and forming (FeO)3+.
The heme­bound oxygen atom is then transferred to the substrate.
Finally, the product is released from the enzyme and the initial enzymatic
state is returned.
Role of CYP Enzymes in Humans
Within humans, CYP enzymes are mainly found within the endoplasmic
reticulum and mitochondria of liver cells. However, they are also found in
many other cells of the body. These membrane­bound proteins are involved in
the metabolism of many harmful substrates, such as toxins.
Additionally, they are also important in the synthesis of many beneficial
substrates, such as steroid hormones (such as estrogen and testosterone),
fatty acids, and sterols (such as cholesterol and bile acids).
So far, 57 different CYP genes in 18 protein families have been identified in
the human genome. Some of these enzymes have highly specific targets,
such as aromatase, which only targets androgens to convert them into
estrogens. However, some CYP genes have a wide range of function.
What are Cytochrome P450 Enzymes?
Saved from URL: https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
P
/52
https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
The role of CYP Enzymes in Drug Metabolism
One of the most studied roles of CYP enzymes is their function in drug
metabolism. These proteins control the speed at which drugs are broken
down, and the duration for which the drugs are present in the body.
An overly active CYP enzyme will render the drug ineffective. However, if
these enzymes are not active enough, the drug can stay in the body for a
prolonged duration leading to toxicity.
Of all the different CYP proteins that are present in the human body, six of
them are involved in the metabolism of 90% of drugs. These proteins are
CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6, CYP3A4, and CYP3A5.The most important are
CYP3A4 and CYP2D6.
Genetic variability within these enzymes greatly influences the rate at which
drugs are broken down. Certain drugs can also inhibit or activate the enzyme
or even cause harmful drug­to­drug interactions and adverse reactions. For
example, around 1 in 15 individuals can have an over reactive response to
beta­blockers due to genetic variation.
In addition to genetic variability, other factors can influence the function of
these enzymes. For instance, diet can also on influence the activity of CYP
enzymes.
Grapefruit juice contains a molecule called flavanol that has inhibitory effects
on the CYP enzyme and can slow down the metabolism of drugs, leading to
stronger drug effects.
Other foods that activate the CYP enzymes are charcoal­grilled foods and
cruciferous vegetables (e.g. broccoli), which minimize the effect of drugs. An
additional factor that affects the function of these enzymes is smoking.
Smoking activates CYP1A2, leading to increased drug metabolism and
lowering drug levels in the body.
CYP Enzymes and Personalized Medicine
There is extensive research being carried out using CYP enzymes in the area
of personalized medicine.
What are Cytochrome P450 Enzymes?
Saved from URL: https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
P
/53
https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
Guin
Realce
An example of a gene that has been investigated as a possible target for
personalized medicine is the CYP2C9 gene that is involved in the metabolism
of warfarin. The protein product of this gene controls the amount of warfarin
that is required by each patient. Therefore, it has been suggested that by
identifying the specific gene variant that a patient possesses, informed
decisions could be made with respect to dosing. This can prevent the
possibility of internal bleeding, a common and potentially dangerous side
effect of warfarin.
By characterizing the CYP450 enzyme of each individual, the optimal drug
dosage levels can be prescribed preventing the dangers of overdose or the
possibility of inefficient treatment.
Sources
https://themedicalbiochemistrypage.org/cytochromep450.php
https://ghr.nlm.nih.gov/primer/genefamily/cytochromep450
http://pdb101.rcsb.org/motm/82
www.gpnotebook.co.uk/simplepage.cfm
https://www.aafp.org/afp/2007/0801/p391.html
http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mds21/thesis/node49.html
Further Reading
All Cytochrome P450 Content
Last Updated: Feb 26, 2019
Written by
What are Cytochrome P450 Enzymes?
Saved from URL: https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
P
/54
https://themedicalbiochemistrypage.org/cytochromep450.php
https://ghr.nlm.nih.gov/primer/genefamily/cytochromep450
http://pdb101.rcsb.org/motm/82
https://www.gpnotebook.co.uk/simplepage.cfm?CFID=1ba83411-c8c8-4a41-b677-83ff2c446600&CFTOKEN=0&ID=-1019936698
https://www.aafp.org/afp/2007/0801/p391.html
http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mds21/thesis/node49.html
https://www.news-medical.net/?tag=/Cytochrome-P450
https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
Hannah Simmons
Hannah is a medical and life sciences writer with a Master of Science (M.Sc.) degree
from Lancaster University, UK. Before becoming a writer, Hannah's research
focussed on the discovery of biomarkers for Alzheimer's and Parkinson's disease.
She also worked to further elucidate the biological pathways involved in these
diseases. Outside of her work, Hannah enjoys swimming, taking her dog for a walk
and travelling the world.
What are Cytochrome P450 Enzymes?
Saved from URL: https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx
P
/55
https://www.news-medical.net/life-sciences/authors/hannah-simmons
https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Cytochrome-P450-Enzymes.aspx