细胞色素P450研究进展.

1.1细胞色素P450研究进展

1.1.1细胞色素P450

细胞色素P450(cytochrome P450或CYP,简称P450）是一个古老的以血红素为辅基的B族细胞色素蛋白酶基因超家族，广泛存在于细菌、真菌、植物以及动物等各种生物体内[1]，通常与质体、线粒体、内质网、高尔基体等细胞器膜结合。还原态P450与CO结合后在450nm处能检测到最大吸收峰，故命名为P450。因其能使疏水性分子插入一个氧原子而变得更具有亲水性或者活性，因此又称之为单加氧酶(mixed-function oxidase,简称MFO)[2]。P450酶系作为自然界中生物催化剂，它所催化的反应类型多样，最典型的反应是把分子氧还原为水的同时，将其中一个氧原子转移至底物形成产物，催化反应为[3]:

RH+O2+NADPH+H+ROH+H2O+NADP+

1958年，在大鼠肝微粒体中第一次发现P450。D.S Frear于1969年首次在棉花(Gossypium hirsutum L.)中发现了它的存在[4]。此后，大量的研究表明在拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)[5]、小麦(Triticum aestivum L.)[6]、苜蓿(Medicago sativa L.)[7]、蓖麻(Ricinus communis L.)[8]等许多植物中也均有P450存在。P450酶系在植物中参与多种代谢反应，发挥重要的催化作用。

[1]Omura T(1999).Forty years of cytochrome P450.Biochem Biophys

Res Commun,266(3):690~698.

[2]Nelson D R,Kaymans L,Kamataki T,et al.P450superfamily:update

on new sequence,gene mapping,accession numbers andnomenclature[J].Pharmacogenetics,1996,6:1-42.

[3]Ortiz de Montellano PR.Cytochrome P450:structure,mechanism,

and biochemistry[M],3rd ed.Kluwer Academic/Plenum Press,New York,2005,183-245.

[4]Frear DS,Swanson HR,Tanaka FS.N-Demethylation of substituted

3-(phenyl)-1-methylureas:isolation and characterization of a microsomal mixed function oxidase from cotton.Phytochemistry, 1969,8(11):2157–2169.

[5]Paquette SM,Bak S,Feyereisen R.Intron-exon organization and

phylogeny in a large superfamily,the paralogous cytochrome P450 genes of Arabidopsis thaliana.DNA Cell Biol,2000,19(5): 307–317.

[6]Murphy PJ,West CA.The role of mixed function oxidases in kaurene

metabolism in Echinocystis macrocarpa Greene endosperm.Arch Biochem Biophys,1969,133(2):395–407.

[7]Li LY,Cheng H,Gai JY,Yu DY.Genome-wide identifycation and

characterization of putative cytochrome P450genes in the model legume Medicago truncatula.Planta,2007,226(1):109–123. [8]Lew FL,West CA.(-)-kaur-16-en-7β-ol-19-oic acid,an intermediate

in gibberellin biosynthesis.Phytochemistry,1971,10(9): 2065–2076.

1.1.2细胞色素P450结构特征

在细胞色素P450超基因家族中，不同成员之间在氨基酸序列上具有高度的变异性，但其空间结构上却保持较高的相似性，P450蛋白三级结构主要由C端的α-螺旋结构和N端的β-折叠结构组成[1,2]。与半胱氨酸相连接的血红素（heme）结合位点是诸多结构域中最为保守的活性中心，其主要螺旋k、螺旋I、螺旋C和“曲”（meander）等重要的保守区域组成[3]，如表1所示。

保守区域

Conserved domains 特征序列Signature

sequences

区域特征Conserved

characteristic

血红素结合域

Heme binding domain FxxGxRxCxG/A

是鉴定P450的主要特征,

位于血红素近表面，含高度保

守的半胱氨酸(cys)，提供亚铁

血红素的第5个配体，亚铁血

红素接受电子被还原后同CO

结合，在450nm附近形成特征

吸收峰。

螺旋C Helix C WxxxR

是位于细胞色素P450N 端的保守序列，其中，色氨酸（Trp）和精氨酸（Arg）残基与血红素辅基丙酸负离子作用，与血红素形成电子拉链。