Lipossigenasi

Le lipossigenasi (LOX) sono enzimi appartenenti alla classe delle ossidoreduttasi che si trovano in molti organismi, come procarioti (cianobatteri e proteobatteri), protisti unicellulari (alghe rosse e verdi), funghi, piante (muschi e piante da fiore) e animali.

Le lipossigenasi catalizzano l’ossidazione degli acidi grassi polinsaturi (PUFA) contenenti un sistema di doppio legame coniugato in cis come l’acido linoleico, linolenico e arachidonico che è una delle reazioni principali nel metabolismo dei lipidi.

La formazione di idroperossidi di acidi grassi può avvenire sia per ossidazione chimica che per azione di enzimi come le lipossigenasi. L’ossigeno molecolare agisce come un accettore terminale di elettroni nelle reazioni catalizzate dalla lipossigenasi. I prodotti primari sono i radicali idroperossidi liberi, che generano ulteriormente idrossiacidi e idroperossidi.

I metaboliti che derivano dall’ossidazione degli acidi grassi polinsaturi tramite una fase catalizzata dalle lipossigenasi, così come quei metaboliti che derivano da reazioni di ossidazione alternative e reazioni successive, sono collettivamente chiamati ossilipine a cui appartengono gli acidi grassi omega-3 e gli acidi grassi omega-6.

Meccanismo di azione

Le lipossigenasi sono un gruppo di enzimi ossidativi che contengono uno ione ferroso come cofattore presso il sito attivo, che sono coinvolte nella regolazione delle risposte infiammatorie mediante la generazione di mediatori proinfiammatori.

Tali mediatori sono i leucotrieni, molecole lipidiche che contribuiscono ai processi infiammatori e/o ai meccanismi dell’immunità e le lipossine che agiscono sia come vasodilatatori che come inibitori della chemotassi dei neutrofili.

La famiglia delle lipossigenasi è divisa in quattro sottotipi sulla base della loro distribuzione tissutale; 5-, 8-, 12- e 15-lipossigenasi. La reazione catalitica delle lipossigenasi comporta un’ossidazione di un singolo elettrone da parte dello ione ferro contenuto nel sito attivo che commuta tra il numero di ossidazione +2 e il numero di ossidazione +3.

Nella reazione catalitica, lo ione Fe³⁺ viene ridotto a Fe²⁺ con concomitante ossidazione del substrato lipidico. L’ossidazione dei lipidi è una reazione metabolica comune in tutti i sistemi biologici, che appare in processi regolati dallo sviluppo e come risposta a stress abiotici e biotici.

Questa reazione produce idroperossidi lipidici, che si decompongono e formano prodotti di ossidazione secondaria

Classificazione delle lipossigenasi

Le lipossigenasi  vegetali sono generalmente classificate in base alla specificità della loro azione sul substrato. Questo substrato è ossigenato nell’atomo di C9 o nell’atomo di C13 dello scheletro carbonioso degli acidi grassi. Pertanto tali enzimi sono stati divisi in due classi, 9-LOX e 13-LOX. In base alla loro struttura primaria e alla somiglianza complessiva della sequenza, possono essere raggruppate in due sottofamiglie.

Le proteine ​​LOX di tipo I non ospitano peptidi di transito e presentano un’elevata somiglianza di sequenza (>75%). Al contrario, le proteine ​​LOX di tipo II trasportano una sequenza peptidica di transito e mostrano solo una moderata somiglianza complessiva della sequenza (circa 35%).

Le lipossigenasi dei mammiferi, così come la cicloossigenasi e il citocromo P450 , catalizzano l’ossigenazione dell’acido arachidonico . Gli enzimi, che sono costituiti da circa 700 residui di amminoacidi, sono classificati in quattro tipi, le (5 S )-, (8 S )-, (12 S )- e (15 S )- lipossigenasi , a seconda della posizione dell’ossigenazione dell’acido arachidonico.

Metabolismo dell’acido arachidonico

L’acido arachidonico è un componente fondamentale del contenuto lipidico della membrana cellulare in cui  è presente principalmente sotto forma di fosfolipidi viene rilasciato nella membrana cellulare dalla fosfolipasi citosolica A2 e viene metabolizzato da tre tipi di enzimi: cicloossigenasi, lipossigenasi e citocromo P450 in diversi metaboliti

Sotto la catalisi della lipossigenasi, l’acido arachidonico viene metabolizzato in acido idroperossieicosatetraenoico. La ricerca attuale suggerisce che almeno quattro enzimi, vale a dire 5-LOX, 8-LOX, 12-LOX e 15-LOX sono coinvolti nel metabolismo dell’AA nella via LOX.

I metaboliti dell’acido arachidonico svolgono un ruolo importante nei destini cellulari, come la proliferazione, la differenziazione e l’apoptosi, nonché nella fibrosi e nell’infiammazione causata da lesioni tissutali. Prove sempre più numerose hanno dimostrato che l’acido arachidonico e i suoi metaboliti agiscono nello sviluppo degli organi e nelle malattie, come lo sviluppo cardiovascolare, lo sviluppo dei reni, lo sviluppo del fegato, lo sviluppo scheletrico, il diabete e l’obesità.