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1 Enzimi di Fase II Prof. Giorgio Sartor Copyright © 2001-2012 by Giorgio Sartor. All rights reserved. Versione 3.5 – nov 2012 gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II -2- Enzimi di Fase II Lipofilo Idrofilo Xenobiotico Metabolita | OH Metabolita | OR Fase I (ossidazione) Fase II (sintesi) Variazione di polarità Variazione di funzionalità Variazione di dimensioni Variazione di carica Variazione di solubilità Diminuzione dell’attività biologica Aumentata escrezione Escrezione

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1

Enzimi di Fase II

Prof. Giorgio Sartor

Copyright © 2001-2012 by Giorgio Sartor.

All rights reserved.

Versione 3.5 – nov 2012

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Enzimi di Fase II

Lipofilo Idrofilo

Xen

obio

tico Metabolita

|OH

Metabolita|

ORFase I

(ossidazione)

Fase II(sintesi)

• Variazione di polarità• Variazione di funzionalità

• Variazione di dimensioni• Variazione di carica• Variazione di solubilità

• Diminuzione dell’attività biologica• Aumentata escrezione

Escrezione

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Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Glutatione – Solfato– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Glutatione – Solfato– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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3

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Glucuronazione

• Coniugazione di xenobiotici con un H labile con acido glucuronico da acido uridindifosfoglicerico(UDPGA)

O

OH

O

OH

OH

OH

O N

O

OH

N

O

OH

O

O

POO

O

POO

O

O

OHOH

OH

OO

H

UDPGA

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Formazione di UDPGA

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4

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Formazione di UDPGA

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Glucosio-1-fosfato

O O

OH

P

OH

O

O

O

OH

OH

P OO

O

O

O

OH

OH

OH

OH

P OO

O

O

O

OH

OH

O

OH

P

O

O

OfosfoglucomutasiEC 5.4.2.2

G6P

G1P

G16BP

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5

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FosfoglucomutasiEC 5.4.2.2 (1C47)

G16BP

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FosfoglucomutasiEC 5.4.2.2 (1C47)

G16BP

SER-19

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6

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Formazione di UDPG

NO

OH

NH

OOH

O

O

POO

OPOO

OPO

OO O O

OH

P

OH

O

OO

OH

OH

P OOO

O

PO

OH

O NO

OH

NH

OOH

O

O

POO

OPOO

OO

OHOH

OH

OH

+

+

UTP-glucoso-1-fosfato uridililtransferasiEC 2.7.7.9

UTP

UDPG

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Formazione di UDPGA

NO

OH

NHOOH

O

O

POO

OPOO

OO

OHOH

OH

OH NNO

N

OH

N

NH2

OH

OPOO

OPOO

OO

OH

N+

OH

NH2

O

NO

OH

NH

O

OH

O

O

POO

OPOO

O

O

OHOH

OH

OO

NNO

N

OH

N

NH2

OH

OPOO

OPOO

OO

OH

N

OH

NH2

O

HH

H+

+ +

+ +

H2O

UDP-glucoso 6-deidrogenasiEC 1.1.1.22

UDPGNAD+

UDPGA NADH

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7

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UDP-glucoso-6-deidrogenasi

NAD+

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UDP-glucoso-6-deidrogenasi

NAD+

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8

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Coniugazione con acido glucuronico

NO

OH

NH

O

OH

O

O

POO

OPOO

O

O

OHOH

OH

OO

NO

OH

NH

OOH

O

O

POO

OPO

OO O

OH

O

O O

OHOH

R

+

+

ROH

UDPglucuronato β-D-glucuronosiltransferasiEC 2.4.1.17

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β-UDP-glucuroniltransferasi

• L’enzima β-UDP-glucuroniltransferasiforma O-, N-, S-, C- glucuronati; – Sei forme nel fegato umano– Il cofattore è UDP-glucuronato– Induttori: fenobarbital, indoli, 3-metilcolantrene,

(fumo di sigarette).– Substrati: destrofano, metadone, morfine, p-

nitrofenolo, acido valproico, ormoni steroidei,bilirubina.

CH3

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Metabolismo degli androgeni ed estrogeni

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Metabolismo delle porfirine

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10

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• Sindrome di Crigler-Nijar (grave): enzima inattivato; grave iperbilirubinemia; gli induttori non hanno effetto.

• Sindrome di Gilbert (lieve): ridotta attivitàenzimatica; lieve iperbilirubinemia; il fenobarbital porta la glucuronazione della bilirubina alla normalità

• I pazienti possono glucuronidare p-nitrofenolo, morfine, cloroamfenicolo.

Patologie e polimorfismo genetico

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Glucuronazione e glucuronidasi

• I coniugati vengono escreti con la bile o con le urine.

• La glucuronidasi della microflora intestinale taglia il legame con l’acido glucuronico.

• La parte agliconica può essere riassorbita ed andare incontro ad un riciclo enteroepatico.

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Glucuronazione e glucuronidasi

• Attivazione metabolica di 2,6-dinitrotoluene da parte della glucuronidasi.– La glucuronidasi rimuove l’acido glucuronico da N-

glucuronide;– Il nitro gruppo viene ridotto da N-reduttasi

microbiche;– Il risultante metabolita epatocarcinogeno è

riassorbito.

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 22 -

Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Solfato– Glutatione– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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Coniugazione con il gruppo solfato

• Coniugazione di:– xenobiotici con un OH libero con solfato da

fosfoadeninafosfosolfonato (PAPS)

N

ON

N

OHO

N

NH2

P

O

O

OO

POO

OSO

OO

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 24 -

Formazione di PAPS

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13

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Formazione di PAPS

NN

O

N

OH

N

NH2

OH

OPOO

OSO

OO

NO

N

N

OHO

N

NH2

P

O

OOO

POO

OSO

OO

ATPADP

adenilil-solfato kinasiEC 2.7.1.25

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 26 -

• Le solfotransferasi sono enzimi ubiquitari• Cofattore è 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosolfato

(PAPS)• Produce esteri solfati altamente idrosolubili• Eliminati con urine e bile• Xenobiotici e composti endogeni sono solfonati

(fenoli, catecoli, amine, idrossilamine)

Formazione di solfati

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14

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Meccanismo della formazione di solfati

N

ON

N

OHO

N

NH2

P

O

OOO

POO

OSO

OO

CH3

O

O

OH

CH3

H

H

H

N

ON

N

O

N

NH2

P

O

OO

OPOO

O

OH

CH3 O

O

O

CH3

SO

OO

H

H

H

+

+

PAPS

PAP

steroide solfotransferasiEC 2.8.2.15

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 28 -

Metabolismo degli androgeni ed estrogeni

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• La formazione di solfati è una via metabolica ad alta affinità e bassa capacità.– La glucuronazione ha bassa affinità ed alta capacità.– La capacità è limitata dai bassi livelli di PAPS.– A bassi dosaggi prevale la formazione di solfati.– Ad alti dosaggi prevale la glucuronazione.

Formazione di solfati

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 30 -

Formazione di solfati

• Esistono quattro solfotransferasi nel citosol degli epatociti umani

• Le arilsolfatasi nella flora intestinale rimuovono il solfato promuovendo il riciclo enteroepatico

• Possono attivare xenobiotici a carcinogenici se il composto coniugato è chimicamente instabile– I solfonati delle idrossilammine sono instabili.

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Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Solfato– Glutatione – Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 32 -

Coniugazione con glutatione

• Coniugazione di xenobiotici (numerosissimi substrati) con una regione elettrofila (epossido) con glutatione ridotto (GSH) – glutatione-S-transferasi

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

NH

NH

O

SO

O

O

NH2

O

O

NH

NH

O

SO

O

O

NH2

O

O

GSH

GSSG

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• Il glutatione è un tripeptide formato da glicina, cisteina, acido glutamico– Formato da γ-glutamilcisteina sintetasi (EC 6.3.2.3)

GSH

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

GLU CYS GLY

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Sintesi del GSH

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Sintesi del GSH

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 36 -

Sintesi del GSH

NH2

O

O

O

O

NH2

O

O

SH NH

OOSH

O

NH2

OO

O

O

NH2

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

+

+

ATPADP

ATPADP

glutamato-cisteina ligasiEC 6.3.2.2

CYS

GLY

GLU

glutatione sintasiEC 6.3.2.3

1M0W 2HGS

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Glutatione sintasi (1M0W)

γ-glutamilcisteina

omologo di ATP

Mg++

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Glutatione sintasi (1M0W)

γ-glutamilcisteina

omologo di ATP

Mg++

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Glutatione sintasi (1M0W)

γ-glutamilcisteina

Mg++

omologo di ATP

In rosso: aminoacidi basici

In verde: la superficie della proteina

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 40 -

Glutatione sintasi (2HGS)

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• O-demetilazione di organofosfati• Attivazione della trinitroglicerina

– I prodotti sono glutatione ossidato (GSSG), dinitroglicerina, NO (vasodilatore)

• Riduzione di idroperossidi– Metabolismo delle prostaglandine

Coniugazione con GSH

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 42 -

Metabolismo delle prostaglandine

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22

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 43 -

Metabolismo delle prostaglandine

O

O

O

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

NH

S

NH

O

O

OH

OO

NH2

O

O

O

O

+

+ H2O

leucotriene-C4 sintasiEC 2.5.1.37

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 44 -

• Due tipi di reazione con il GSH– Spiazzamento di alogeni, solfati, solfonati, fosfati,

nitrogruppi– Il glutatione viene addizionato a doppi legami attivati

(epossidi) come nella sintesi delle prostaglandine.

• Substrati:– Idrofobici che contengono un elettrofilo– Possono reagire non enzimaticamente

Coniugazione con il GSH

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Coniugazione

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

NH

NH

O

SO

R

O

ONH2

O

O

+

+

RX

HX

glutatione S-transferasiEC 2.5.1.18

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 46 -

Glutatione S-transferasi – EC 2.5.1.18

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Glutatione S-transferasi EC 2.5.1.18 (1A0F)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 48 -

• Glutatione-S-transferasi microsomiale e citosolica

• Almeno quattro classi di glutatione-S-transferasi (α, β, γ, δ), diversi isoenzimi inducibili.– Induttori (3-metilcolantrene, fenobarbital,

corticosteroidi, anti-ossidanti)– La sovraespressione porta a resistenza (insetti

DDT resistenti, piante resistenti all’atrazina, cellule tumorali resistenti alla chemioterapia)

Glutatione S-transferasi

CH3

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• Escrezione dei glutatione-coniugati:– Intatti nella bile– Convertiti in acido mercapturico nei reni ed escreti

nelle urine • γ-glutamiltransferasi, aminopeptidasi M

Eliminazione dei composti coniugati con il GSH

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Metabolismo del naftalene

O OHS

O

NHNHO

NH2

COOH

COOH

H

H

OHS

O

NH

NH2

COOH

H

H

OHS

O

NH2

H

HOH

OHS

O

NH

H

HOH

O

CH3

S

O

NH

OH

O

CH3

naftalenenaftalene

monoossigenasi

GSH

S-(1,2-diidro-2-idrossi-1-naftil)-glutatione

S-(1,2-diidro-2-idrossi-1-naftil)-cisteinilglicina

S-(1,2-diidro-2-idrossi-1-naftil)-cisteinaS-(1,2-diidro-2-idrossi-1-naftil)-N-acetilcisteinaAcido 1-naftilmercapturico

FASE IFASE II

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26

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 51 -

γ-glutamiltransferasi

NH

NH

O

SRO

O

O

NH2

O

O

NH

O

NH2

SR

O

O

NH2

O

O

O

O

+

+

H2O

-glutamiltransferasiEC 2.3.2.2

γ

R-S-alanilglicina Glutamato

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 52 -

Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Solfato– Glutatione– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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27

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 53 -

Coniugazione con il gruppo acetile

• Coniugazione di:– xenobiotici con un OH libero con gruppo acetile da

acetil-CoA

NON

N

OHO

N

NH2

O

P

P

O

O

OO

O

O

P OO

OCH3

CH3

OH

NH

O

NH

O

S CH3

O

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 54 -

Acetilazione

• Maggiore via di biotrasformazione di amine aromatiche e idrazine

• Diminuisce la solubilità• N-acetiltransferasi (NAT)

– Il cofattore è acetil-CoA

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28

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 55 -

Meccanismo della acetilazione

NON

N

OHO

N

NH2

O

P

P

OH

O

OO

O

O

P O

O

O

CH3

CH3

OH

NH

O

NH

O

S CH3

O

NH2

N

ON

N

OHO

N

NH2

O

P

PO

OH

OO

O

O

P O

O

O

CH3

CH3

OH

NH

O

NH

O

SH

NH CH3

O

+

+

AcetilCoA

CoA

arilamina N-acetiltransferasiEC 2.3.1.5

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 56 -

Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Glutatione – Solfato– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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29

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 57 -

Coniugazione con aminoacidi

• Alternativa alla glucuronazione• Due vie principali

– Gruppo -COOH del substrato coniugato con -NH2 di glicine, serina, glutamina, richiede attivazione con CoA

• Coniugazione dell’acido benzoico con glicina per dare l’acido ippurico

– Gruppi -NH2 o -NHOH aromatici coniugati con gruppi COOH di serina, prolina, richiedono attivazione con ATP

NH

OOH

O

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 58 -

• Specie specificità nell’aminoacido accettore– mammiferi: glicina– uccelli: ornitina– cani e gatti: taurina– primati non umani: glutamina

• Attivazione metabolica– Gli N-esteri di serina o prolina delle idrossilamine sono

instabili e degradano a specie elettrofile reattive.

Coniugazione con aminoacidi

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30

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 59 -

Meccanismo della coniugazione con aminoacidi

N

ON

N

OHO

N

NH2

O

P

P O

OH

OO

O

O

P O

O

OCH3

CH3

OH

NH

O

NH

O

S

O

O

O

NH2

HH

N

ON

N

OHO

N

NH2

O

P

P OOH

OO

O

O

P O

O

OCH3

CH3

OH

NH

O

NH

O

SH

NH

OO

O

H H

+

+

glicina N-benzoiltransferasiEC 2.3.1.71

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 60 -

Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Glutatione– Solfato– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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31

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• Via metabolica che diminuisce la solubilità• Metiltransferasi

– Trasferisce un gruppo -CH3 a O, N, S, C– Cofattore: S-adenosilmetionina (SAM)

• Substrati sono: fenoli, catecoli, amine, metalli (Hg, As, Se)

Metilazione

N

N

ON

OHN

NH2

OH

S+

CH3

NH2

O

O

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 62 -

Sintesi di S-adenosilmetionina

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32

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 63 -

Sintesi di S-adenosilmetionina

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 64 -

Sintesi S-adenosilmetionina

PO O

O

O

P OO

O

O

P

O

O

ON

N

ON

OHN

NH2

OH

S+

CH3

NH2

O

O

N

N

ON

OHN

NH2

OH

OPO

O

O

PO

O

O

P

O

O

O

NH2

O

O

SCH3

+ +

+ + H2O

metionina adenosiltransferasiEC 2.5.1.6 trifosfatasiEC 3.6.1.25

ATP MET

SAM

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33

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Metionina adenosiltransferasiEC 2.5.1.6 (1O9T)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 66 -

Metiltransferasi

• Varie metiltransferasi– fenolo O-metiltransferasi, – catecolo O-metiltransferasi, – N-metiltransferasi, – S-metiltransferasi

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gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 67 -

Meccanismo della metilazione

N

N

ON

OHN

NH2

OH

S+

CH3

NH2

O

ONH2R

NNO

N

OH

N

NH2

OH

SNH2

OO N

HCH3R

+

+

amino N-metiltransferasiEC 2.1.1.49

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 68 -

Meccanismo della metilazione

N

N

ON

OHN

NH2

OH

S+

CH3

NH2

O

O

OH

OH

NN

O

N

OH

N

NH2

OH

SNH2

OO O

OH

CH3

+

+

catecolo O-metiltransferasiEC 2.1.1.6

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Catecolo O-metiltransferasiEC 2.2.1.6 (1VID)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 70 -

Catecolo O-metiltransferasiEC 2.2.1.6 (1VID)

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36

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 71 -

Mercurio

Hg

NO

O

N

N

OH

PO

OO

O

N

NH2

POO

OPOO

OO

OH

N+

OH

NH2

O

H+

Hg2+

NO

O

N

N

OH

P

O

OO

O

N

NH2

POO

OPOO

OO

OH

N

OH

NH2

O

HH

RHg+

Hg2+

+ +

+

mercurio(II) reduttasiEC 1.16.1.1 ++RH H+

alchilmercurio liasiEC 4.99.1.2

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 72 -

Gli enzimi di fase II catalizzano reazioni di:

• Coniugazione con– Acido glucuronico– Solfato– Glutatione– Acetile– Aminoacidi

• Metilazione� Metallotioneine

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gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 73 -

Metallotioneine

• Le metallotioneine (MT) sono peptidi e proteine ubiquitarie a basso peso molecolare ad alto contenuto in aminoacidi solforati e metalli.

• Si ipotizza che giochino un ruolo:– nella fissazione dei metalli in tracce (Zn++, Cu++),– nel controllare la concentrazione di questi ioni, – nella regolazione dei flussi degli ioni ai distretti

cellulari,– nella neutralizzazione dei metalli tossici (Cd++, Hg++)

e nella protezione dallo stress indotto dai metalli.

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 74 -

Distribuzione

• Le metallotioneine sono presenti in tutti gli organismi: animali, vegetali e microrganismi.

• Negli animali queste proteine posseggono polimorfismo genetico e sono abbondanti nei tessuti parenchimali(fegato, rene, pancreas e intestino).

• La loro concentrazione dipende da specie, tessuto, età, sesso ed altri fattori non ancora completamente identificati

• Nonostante che le metallotioneine siano proteine citoplasmatiche si sono trovate accumulate nei lisosomi e nel nucleo.

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Trasporto di metallotioneine

• Schema ipotetico del trasporto di metalli pesanti attraverso l’epitelio branchiale di molluschi bivalvi.– M: metalli in traccia;– MT: metallotioneine.

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 76 -

Turnover delle metallotioneine

• Schema del turnover di MT in cellule di molluschi bivalvi (Isaniet al., 2000).

– M: Metalli; – MTF: Fattori di

Trascrizione; – MTI: Inibitori di

Trascrizione.

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Classificazione

• Il nome deriva dal fatto che hanno un alto contenuto di zolfo e metalli. Tale contenuto varia a secondo del metallo (fino ad oltre il 20% in peso)

• Nei mammiferi sono caratterizzate da un peso molecolare di 6000-7000 Da, contengono da 60 ad 68 amino acidi di cui 20 Cys che legano 7 equivalenti di ione metallico bivalente. Mancano di aminoacidi aromatici. Tutte le Cys sono in forma ridotta e sono coordinate con ioni metallici.

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 78 -

Classificazione – Le metallotioneine

• La superfamiglia delle the metallotioneine è definita come quella che comprende i peptidi che assomigliano alla metallotioneina renale equina che ha le seguenti caratteristiche:– Basso peso molecolare– Composizione:

• Alto contenuto in Cys, basso contenuto in aromatici.• Sequenza caratteristica.

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Classificazione – Le famiglie

• Una famiglia di metallotioneine è caratterizzata da una particolare sequenza ed è legata ad una o più specie. – I membri di una determinata famiglia appartengono solo a

quella e si pensa siano correlati da un punto di vista evoluzionistico

– Ogni famiglia è identificata da un numero e dalla specie. – Per esempio: Famiglia 1: vertebrati.

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 80 -

Classificazione

• Le sottofamiglie– Si definiscono sottofamiglie di metallotioneine quegli

insiemi di proteine che oltre i caratteri propri delle famiglie condividono un insieme di caratteri più stringenti.

– Per esempio: m1, m2…

• I sottogruppi– Un sottogruppo rappresenta un insieme di sequenza

correlate filogeneticamente. In un albero filogenetico rappresentano un ramo.

– Per esempio: m2U2 = MT-2 di ungulati, sottogruppo della sottofamiglia m2.

• Le isoforme– Sono i membri di sottogruppi, sottofamiglie e famiglie. – Per esempio MT-1E umana.

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Classificazione – I clan

• Un clan è un insieme di proteine che dividono delle caratteristiche non già definite:– Struttura,– Proprietà termodinamiche,– Affinità per i metalli– Proprietà funzionali– …

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 82 -

p1, p2, p2v, p3, pec, p21

Da 45 a 84 AAs; due regioni ric he di Cys (dominio 1 e dominio 3) separate da una regione con poche Cys(dominio 2)

15piante

[YFH]-x(5,25)-C-[SKD]-C-[GA]-[SDPAT]-x(0,1)-C-x-[CYF]

pDa 53 a 56 AAs; 9 Cys; una Tyr, una His; contine residui non comuni

14procarioti

K-C-A-C-x(2)-C-L-C

f4Da 55 a 56 AA; 9 Cys; un pattern CCC; contiene His e Phe

11funghi IV

C-X-K-C-x-C-x(2)-C-K-C

f1Da 25 a 33 AA; 7 Cys8funghi I

C-G-C-S-x(4)-C-x-C-x(3,4)-C-x-C-S-x-C

ci105 AA, 31 Cys, multiplo pattern CCC, una Tyr7

ciliatiuna sequenza

n1, n262 e 74 AAs; 18 Cys, contiene una Tyr6

nematodiK-C-C-x(3)-C-C

d1, d2Da 40 a 43 AA; 10 Cys conservate5

ditteriC-G-x(2)-C-x-C-x(2)-Q-x(5)-C-

x-C-x(2)D-C-x-C

e1, e2Da 64 a 67 AA; 20 Cys ; due domini strutturali, contenenti 9 e 11 Cys che legano 3 e 4 ioni bivalenti rispettivamente

4echinodermiP-D-x-K-C-[V,F]-C-C-x(5)-C-x-C-

x(4)-C-C-x(4)-C-C-x(4,6)-C-C

c1, c2, cda 58 a 60 AA; esistono varianti con e senza Met N-terminale; 18 Cys totalmente conservate; due domini, ognuno con 9 Cys che legano 3 ioni bivalenti

3crostacei

P-[GD]-P-C-C-x(3,4)-C-x-C

mo1, mo2, mog, moDa 64 a 75 AA; da 18 a 23 Cys, minimo 13 totalmente conservate; due domini

2molluschi

C-x-C-x(3)-C-T-G-x(3)-C-x-C-x(3)-C-x-C-K

m1, m2, m3, m4, m, a, a1, a2, b, ba, t

Da 60 a 68 AA; 20 Cys (21 in un caso), 19 totalmente conservate; due domini strutturali, contenenti 9 e 11 Cysche legano 3 e 4 ioni bivalenti rispettivamente. Il gene ècomposto di 3 esoni, 2 introni

1vertebrati

K-x(1,2)-C-C-x-C-C-P-x(2)-C

SottofamiglieCaratteristicheFamigliaSequenza

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Struttura

• Nonostante che le sequenze aminoacidichesiano diverse hanno caratteristiche strutturali simili:– Forma a manubrio,– Due domini,– Diverse unità tetraedriche Me(II)-Cys,– Tutte le Cys coinvolte nel legame con lo ione

metallico– Pressoché assente la struttura secondaria.

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Cu-Metallotioneina da Saccharomyces Cerevisiae(1AQR)

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Cu-Metallotioneina da Saccharomyces Cerevisiae(1AQR)

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Cd-Metallotioneina da Riccio di mareSubunità α (1QJH)

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Cd-Metallotioneina da Riccio di mareSubunità α (1QJH)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 88 -

Cd-Metallotioneina da Riccio di mareSubunità β (1QJL)

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Cd-Metallotioneina da Riccio di mareSubunità β (1QJL)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 90 -

Cd-Metallotioneina umana (1MHU)

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Cd-Metallotioneina umana (1MHU)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 92 -

Cd-Metallotioneina di Callinectes sapidus (1DMF)

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Cd-Metallotioneina di Callinectes sapidus (1DMF)

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 94 -

Cd-Metallotioneina di Callinectes sapidus (1DMF)

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Struttura genica

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 96 -

Aspetti funzionali

• La più importante delle funzionalità delle metallotioneine è la loro inducibilità da una serie di agenti e condizioni:– Ioni metallici d10 (Cu++, Zn++, Cd++, Tl+, Pb++…)– Ormoni– Citochine– Fattori di crescita– Promotori tumorali– Stress

• È dimostrato il loro aumento fisiologico durante la proliferazione cellulare:

MT-Zn++ + Apo-Zinc-fingers → MT + Zn++- Zinc-fingers

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Determinazione

• Le MT sono proteine ricche in cisteina con affinità elevata per i metalli pesanti

• La concentrazione di MT è quantificata valutando il contenuto in Cys

• Reazione di ELLMAN (standard GSH)

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• Il glutatione è un tripeptide formato da glicina, cisteina, acido glutamico.

GSH

NH

NH

O

SHO

O

O

NH2

O

O

GLU CYS GLY

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SS

NN

OO

OO

OO

S N

OO

OSR

SHN

OO

O

+RS +

ditiobisnitrobenzoato, DTNB

Reazione di ELLMAN

Assorbimento a 412 nm

gs © 2001-2012 ver 3.5 F06 - Enzimi di Fase II - 100 -

Referenze sul WEB

• Vie metaboliche – KEGG: http://www.genome.ad.jp/kegg/

• Degradazione degli xenobiotici: http://www.genome.ad.jp/kegg/pathway/map/map01196.html

• Struttura delle proteine: – Protein data bank (Brookhaven): http://www.rcsb.org/pdb/– Hexpasy

• Expert Protein Analysis System: http://us.expasy.org/sprot/• Prosite (protein families and domains): http://www.expasy.org/prosite/• Enzyme (Enzyme nomenclature database):

http://www.expasy.org/enzyme/– Scop (famiglie strutturali): http://scop.berkeley.edu/

• Enzimi: – Nomenclatura - IUBMB: http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/– Proprietà - Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/– Expasy (Enzyme nomenclature database): http://www.expasy.org/enzyme/

• Database di biocatalisi e biodegradazione: http://umbbd.ahc.umn.edu/• Citocromo P450: http://www.icgeb.org/~p450srv/• Metallotioneine: http://www.unizh.ch/~mtpage/MT.html• Tossicità degli xenobiotici: Agency for Toxic Substances and Disease Registry

http://www.atsdr.cdc.gov

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Crediti e autorizzazioni all’utilizzo

• Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/

• Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:

Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor

Università di Bologna – Alma Mater

Giorgio Sartor - [email protected]