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

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[2] Nelson D R, Kaymans L, Kamataki T, et al. P450

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

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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

特征序列Signature

Conserved

sequences

domains

是鉴定P450的主要特征,位于血红素近表面，含高度保

血红素结合域 Heme binding domain

FxxGxRxCxG/A

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。

是位于细胞色素P450 N

螺旋C Helix C

WxxxR

端的保守序列，其中，色氨酸

区域特征Conserved characteristic

（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。

含有高度保守的苏氨酸（Thr），位于活性中心吡咯环

螺旋I Helix I (A/G)Gx(D/E)T(T/S)

B的上方，推测与氧分子或底物分子的结合有关。

位于血红素近侧，谷氨酸（Glu）和精氨酸（Arg）完全

螺旋K Helix K

ExxR

保守，可能具有稳定核心结构的作用。

位于蛋白质近表面，没有

曲 meander

FxPE/DRF

特征性的二级结构，但该结构域三级结构相当保守

[1] Chapple C. Molecular-genetic analysis of plant cytochrome

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[2] Rupasinghe S, Schuler MA. Homology modeling of plant

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