细胞色素P450ppt课件

细胞色素P450 CYP CompanyLogo 1 细胞色素P450酶系 酶系 在细胞内的某一代谢过程中 由几个酶形成的反应链体系 细胞色素P450酶系 作为功能单位 由多种组分组成 目前已知 细胞色素P450酶系主要包括两种细胞色素 细胞色素P450和细胞色素b5 和两种黄素蛋白 NADPH 细胞色素P450还原酶和NADH 细胞色素b5还原酶 和磷脂等 该系中主要组成部分为细胞色素P45O 其P450蛋白与CO的结合在450nm处有特征吸收峰 故将该酶系命名为细胞色素P45O酶系 主要位于某些细胞的光滑内质网上 为氧化酶系 广泛分布于动物 植物和微生物等生物体内 NADPH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADH 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 CompanyLogo 细胞色素P450的化学本质是蛋白质 它不是一种蛋白 而是分子质量在46 60kDa的结构类似而又不尽相同 性质类似而又有差异的一族蛋白质 血红素蛋白 在原核生物中 P450酶游离于胞质中 是一种可溶性蛋白 真核生物中 作为一种膜结合蛋白 P450酶主要分布在内质网和线粒体内膜上 细胞色素P450 CompanyLogo CYP450家族的酶有相似的折叠结构和相同的氧化活性中心 HEM 从N端到C端包含 螺旋结构为A L以及相似的 折叠结构 P450结构的核心是由3条平行螺旋线 D L和I 和一条反向螺旋线 E 的四个螺旋束构成 不尽相同的过渡螺旋结构 则体现不同的家族个体 另外可能与底物结合的不同机制相关 活性中心由含铁血红素和半胱氨酸组成 其亚铁血红素基团均被限制在末端的螺旋I和邻近的螺旋L之间 CompanyLogo 细胞色素P450蛋白是P450酶系的末端氧化酶 决定底物和产物的特异性 是酶系的关键组分 细胞色素P450几乎存在于包括细菌 真菌 植物和动物在内的所有有机体中 CompanyLogo 第一类是细菌 线粒体型 存在于细菌和真核细胞线粒体中 第二类是微粒体型 存在于真核细胞微粒体中 根据细胞色素P450氧化酶在生物体中的分布可以分为两大类 CompanyLogo 2 细胞色素P450的多样性 多数情况下 微粒体是指在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构 它包含内质网膜和核糖体两种基本成分 CompanyLogo CompanyLogo 3 细胞色素P45O的命名 1 以英文缩写CYP代表细胞色素P450 eytoehromeP450 CYP后顺序依次跟有数字 字母 数字 分别代表家族 亚家族 和同功酶 如 CYP6A2 即表示该基因属于细胞色素P450第6家族中A亚族的第二个基因 2 同源性超过40 的视为同一家族的基因成员 同源性超过55 以上 为同一亚族成员 同源性大于80 归为等位基因 而大97 的则认为是等位基因的变异体 以末尾加v表示 例如 CYP6A2vl 即CYP6A2的等位基因的第一个突变体 当然 也有例外的情况 如CYP6A1和CYP6B2这两个蛋白虽然其氨基酸相似性小于40 但由于其保守的半胱氨酸侧翼序列相似的缘故 它们被归为同一家族 同源性 两种核酸分子的核苷酸序列之间 或两种蛋白质分子的氨基酸序列之间相同的程度 CompanyLogo 4 细胞色素P450功能 P450酶系是自然界中最具有催化作用的广谱生物催化剂 其功能主要有两大类 一是催化内源性物质 如幽醇 脂肪酸及信息激素等 的生物合成和降解 维持生物体的正常功能 二是针对外源性物质包括人工合成的化学品 农药 致癌物 药物 抗氧化剂 添味剂 溶剂 染料 麻醉剂 石油产品等 起到解毒与活化的作用 内源性生物活性物质是指人类和哺乳动物体内天然存在的具有生理功能和生物学活性的物质 它们可以是小分子化学物质 也可能是糖类 肽类和蛋白质等 CompanyLogo 5 细胞色素P450的催化机理 CompanyLogo P450的催化机制可以分为以下几个步骤 1 三价铁还原和HEM结合氧气分子 活性中心处的还原性黄素蛋白通过共轭平面和肽链将其电子传递给HEM的三价铁 将其还原为二价铁 此时的亚铁血红素易与氧气分子结合形成氧合亚铁血红素复合物 P Fe III O2 e P Fe II O2 或者与过氧化氢反应通过捷径生成Fe III 氢过氧化复合物 P Fe III H2O2 P Fe III O OH H 2 形成Fe III 氢过氧化复合物 P Fe II O2 e H P Fe III O OH H2O 3 高活性氧合铁中间体形成 P Fe III O OH H P Fe IV O H2O 4 氧化底物 高价铁具有较高的氧化能力 而细胞色素P450底物上的碳氢键正好接近高价铁原子 氧原子从氧合铁中间体迁移到底物上 形成氧化产物 最后 产物被水或新的底物取代 从复合状态解脱离去 完成循环 至此 细胞色素P450完成了羟基化作用 2 低自旋 高自旋 CompanyLogo 6 细胞色素P450催化反应的类型 1 烯烃环氧化 炔烃氧合作用 2 N 脱烷基化 S 脱烷基化 O 脱烷基化 CompanyLogo 4 芳环环氧化 羟基化 3 饱和烃的羟基化 CompanyLogo 6 氧化脱氨 氧化脱卤素 5 N 羟基化 N 氧化 S 氧化 CompanyLogo 7 醇 醛氧化 8 脱水 脱氢 CompanyLogo 9 还原反应 10 裂解反应 CompanyLogo 7 细胞色素P450的应用 在医药工业中的应用 CPA 环磷酰胺 前药 是指经过生物体内转化后才具有药理作用的化合物 前体药物本身没有生物活性或活性很低 经过体内代谢后变为有活性的物质 CompanyLogo 在农业上的应用 已知许多来源于昆虫或其他生物的P450具有对杀虫剂的解毒能力 因此如将这些P450的基因转入到天敌昆虫中 可望提高寄生蜂等天敌昆虫对农药的抗性 有助于害虫的生物防治 许多害虫产生对杀虫剂的抗性是因为P450催化的杀虫剂代谢解毒作用增强 因此P450的抑制剂是杀虫剂的有效增效剂 成功的抑制剂包括增效醚 增效菊亚砜 莳萝油等 PBO是最为人熟知的增效剂 2 转P450基因植物 通过转基因方法可以培育出具有特异性质的植物 达到改良作物品质 木质素 去除不良成分 改变花色及形状 提高植物抗性 病 虫 除草剂 和实现生物除污的目的 1 害虫治理 CompanyLogo 1 用作环境污染的指示剂 环境污染物可能抑制或诱导酶系的活性 根据污染物浓度与酶活性的定量关系 可以预测环境污染的程度 在环境监测和保护中的作用 2 细胞色素P450在生物除污中的应用 人类社会产生的有毒废物日益增多 迫切需要开发一种有效的途径以解毒或降解这些废物 特别是多环芳烃及多卤代有机物 它们的生物利率低且在化学上是惰性的 成为环境污染治理的一大难题 P450酶系可以通过羟基化 环氧化 脱烷基化 脱卤化作用催化多种结构不同的物质 使许多类型的化合物的化学性质发生改变 人类创造的环境化合物 估计已超过200000种 其中大多数可能是P450的底物