細胞色素P450ppt課件

1、精選,細胞色素P450（CYP）,精選,1.細胞色素P450酶系,酶系：在細胞內(nèi)的某一代謝過程中，由幾個酶形成的反應(yīng)鏈體系。細胞色素P450酶系，作為功能單位，由多種組分組成，目前已知，細胞色素P450酶系主要包括兩種細胞色素（細胞色素P450和細胞色素b5）和兩種黃素蛋白（NADPH-細胞色素P450還原酶和NADH-細胞色素b5還原酶）和磷脂等。該系中主要組成部分為細胞色素P45O，其P450蛋白與CO的結(jié)合在450nm處有特征吸收峰，故將該酶系命名為細胞色素P45O酶系。主要位于某些細胞的光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，為氧化酶系。廣泛分布于動物、植物和微生物等生物體內(nèi)。,NADPH：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸

2、磷酸NADH：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,精選,細胞色素P450的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，它不是一種蛋白，而是分子質(zhì)量在46-60kDa的結(jié)構(gòu)類似而又不盡相同，性質(zhì)類似而又有差異的一族蛋白質(zhì)(血紅素蛋白)。在原核生物中，P450酶游離于胞質(zhì)中，是一種可溶性蛋白；真核生物中，作為一種膜結(jié)合蛋白，P450酶主要分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體內(nèi)膜上。,細胞色素P450,精選,CYP450家族的酶有相似的折疊結(jié)構(gòu)和相同的氧化活性中心(HEM)，從N端到C端包含螺旋結(jié)構(gòu)為A-L以及相似的折疊結(jié)構(gòu)。P450結(jié)構(gòu)的核心是由3條平行螺旋線（D、L和I）和一條反向螺旋線（E）的四個螺旋束構(gòu)成。不盡相同的過渡螺旋結(jié)構(gòu),則體現(xiàn)不同的家族

3、個體，另外可能與底物結(jié)合的不同機制相關(guān)?；钚灾行挠珊F血紅素和半胱氨酸組成，其亞鐵血紅素基團均被限制在末端的螺旋I和鄰近的螺旋L之間。,精選,細胞色素P450蛋白是P450酶系的末端氧化酶，決定底物和產(chǎn)物的特異性，是酶系的關(guān)鍵組分。細胞色素P450幾乎存在于包括細菌、真菌、植物和動物在內(nèi)的所有有機體中。,精選,第一類是細菌/線粒體型，存在于細菌和真核細胞線粒體中,第二類是微粒體型，存在于真核細胞微粒體中,根據(jù)細胞色素P450氧化酶在生物體中的分布可以分為兩大類：,精選,2.細胞色素P450的多樣性,多數(shù)情況下,微粒體是指在細胞勻漿和差速離心過程中獲得的由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自我融合形成的近似球形的膜囊

4、泡狀結(jié)構(gòu),它包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和核糖體兩種基本成分。,精選,精選,3.細胞色素P45O的命名,(1)以英文縮寫CYP代表細胞色素P450(eytoehromeP450)，CYP后順序依次跟有數(shù)字、字母、數(shù)字，分別代表家族、亞家族、和同功酶。如:CYP6A2，即表示該基因?qū)儆诩毎豍450第6家族中A亞族的第二個基因；,(2)同源性超過40%的視為同一家族的基因成員；同源性超過55%以上，為同一亞族成員；同源性大于80%，歸為等位基因；而大97%的則認為是等位基因的變異體，以末尾加v表示。例如:CYP6A2vl，即CYP6A2的等位基因的第一個突變體;,當然，也有例外的情況。如CYP6A1和CYP6

5、B2這兩個蛋白雖然其氨基酸相似性小于40%，但由于其保守的半胱氨酸側(cè)翼序列相似的緣故，它們被歸為同一家族。,同源性：兩種核酸分子的核苷酸序列之間，或兩種蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列之間相同的程度。,精選,4.細胞色素P450功能,P450酶系是自然界中最具有催化作用的廣譜生物催化劑。其功能主要有兩大類，一是催化內(nèi)源性物質(zhì)(如幽醇、脂肪酸及信息激素等)的生物合成和降解，維持生物體的正常功能；二是針對外源性物質(zhì)包括人工合成的化學品（農(nóng)藥、致癌物、藥物、抗氧化劑、添味劑、溶劑、染料、麻醉劑、石油產(chǎn)品等）起到解毒與活化的作用。,內(nèi)源性生物活性物質(zhì)是指人類和哺乳動物體內(nèi)天然存在的具有生理功能和生物學活性的物質(zhì)

6、,它們可以是小分子化學物質(zhì),也可能是糖類、肽類和蛋白質(zhì)等。,精選,5.細胞色素P450的催化機理,精選,P450的催化機制可以分為以下幾個步驟：,（1）三價鐵還原和HEM結(jié)合氧氣分子；活性中心處的還原性黃素蛋白通過共軛平面和肽鏈將其電子傳遞給HEM的三價鐵，將其還原為二價鐵，此時的亞鐵血紅素易與氧氣分子結(jié)合形成氧合亞鐵血紅素復(fù)合物P-Fe(III)O2e-P-Fe(II)-O2或者與過氧化氫反應(yīng)通過捷徑生成Fe(III)-氫過氧化復(fù)合物P-Fe(III)H2O2P-Fe(III)-O-OHH+(2)形成Fe(III)-氫過氧化復(fù)合物；P-Fe(II)-O2e-H+P-Fe(III)-O-OHH

7、2O(3)高活性氧合鐵中間體形成;PFe(III)-O-OHH+PFe(IV)O+H2O(4)氧化底物。高價鐵具有較高的氧化能力,而細胞色素P450底物上的碳氫鍵正好接近高價鐵原子。氧原子從氧合鐵中間體遷移到底物上,形成氧化產(chǎn)物。最后,產(chǎn)物被水或新的底物取代,從復(fù)合狀態(tài)解脫離去,完成循環(huán)。至此,細胞色素P450完成了羥基化作用2。,低自旋,高自旋,精選,6.細胞色素P450催化反應(yīng)的類型,（1）烯烴環(huán)氧化、炔烴氧合作用,(2)N-脫烷基化、S-脫烷基化、O-脫烷基化,精選,(4)芳環(huán)環(huán)氧化、羥基化,（3）飽和烴的羥基化,精選,(6)氧化脫氨、氧化脫鹵素,(5)N-羥基化、N-氧化、S-氧化,精

8、選,(7)醇、醛氧化,(8)脫水、脫氫,精選,(9)還原反應(yīng),(10)裂解反應(yīng),精選,7.細胞色素P450的應(yīng)用,在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用,CPA:環(huán)磷酰胺,前藥：是指經(jīng)過生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化后才具有藥理作用的化合物。前體藥物本身沒有生物活性或活性很低，經(jīng)過體內(nèi)代謝后變?yōu)橛谢钚缘奈镔|(zhì)。,精選,在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,已知許多來源于昆蟲或其他生物的P450具有對殺蟲劑的解毒能力，因此如將這些P450的基因轉(zhuǎn)入到天敵昆蟲中，可望提高寄生蜂等天敵昆蟲對農(nóng)藥的抗性，有助于害蟲的生物防治。,許多害蟲產(chǎn)生對殺蟲劑的抗性是因為P450催化的殺蟲劑代謝解毒作用增強，因此P450的抑制劑是殺蟲劑的有效增效劑。成功的抑制劑包括增效醚、

9、增效菊亞砜、蒔蘿油等。PBO是最為人熟知的增效劑。,2.轉(zhuǎn)P450基因植物,通過轉(zhuǎn)基因方法可以培育出具有特異性質(zhì)的植物，達到改良作物品質(zhì)（木質(zhì)素，去除不良成分，改變花色及形狀）、提高植物抗性（病、蟲、除草劑）和實現(xiàn)生物除污的目的。,1.害蟲治理,精選,1.用作環(huán)境污染的指示劑,環(huán)境污染物可能抑制或誘導酶系的活性。根據(jù)污染物濃度與酶活性的定量關(guān)系，可以預(yù)測環(huán)境污染的程度。,在環(huán)境監(jiān)測和保護中的作用,2.細胞色素P450在生物除污中的應(yīng)用,人類社會產(chǎn)生的有毒廢物日益增多，迫切需要開發(fā)一種有效的途徑以解毒或降解這些廢物。特別是多環(huán)芳烴及多鹵代有機物，它們的生物利率低且在化學上是惰性的，成為環(huán)境污染治理的一大難題。P450酶系可以通過羥基化、環(huán)氧化、脫烷基化、脫鹵化作用催化多種結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)，使許