细胞色素P450

细胞色素P450

[摘要]：简要介绍了生物细胞色素P450分布的多样性、P450的功能、P450在不同领域的研究现状与进展。鉴于P450的研究无论在理论上探索生物的生理代谢、选择进化和生物与环境的关系方面，或在环境保护、农业生态、生物防治、作物基因工程和医药卫生等应用方面，都有广泛的实践意义，因此，应该受到更大的关注和重视。

[关键词]：细胞色素P450；生物；生理代谢；环境保护

通过体内的解毒酶来催化完成的代谢解毒作用是生物主要而常见的一种适应机制。解毒酶的种类很多，其中单加氧酶的作用最为重要。1954年发现兔肝微粒体对苯异丙胺有脱氨作用。随后人们注意到肝微粒体是多种外源化合物（如药物、毒物及类固醇）的氧化代谢发生部位。并且这些氧化代谢中普遍需要分子氧和NADPH，其共同特点是在作用物分子中加入一个氧原子，因此这些酶可称为单加氧酶或羟化酶和多功能氧化酶。

单加氧酶是一种多酶复合体。一般认为它由细胞色素P450、细胞色素b5、黄素蛋白—NADPH—P450还原酶、黄素蛋白—NADH—细胞色素b5还原酶和磷酯组成，它们共同组成电子传递体系。P450为整个酶系中的末端氧化酶，它不仅负责活化氧分子，同时负责与底物结合，并决定酶系底物的专一性，在整个酶系功能中起着关键的作用。

P450是1958年被发现的，它是一类以还原态与CO结合后在波长450nm处有吸收峰的含血红素的单链蛋白质。近年来，每年发表的有关P450的文章已超过2000篇。研究证实，动物、植物、微生物体内均存在P450，它们以氧活化成分参与各种各样的代谢反应，能代谢包括脂肪酸、甾类化合物、脂肪烃、芳香烃、杀虫剂和除草剂、药物、致癌物等多种化合物，由于该方面的研究涉及到生物化学、临床药物学、环境科学、健康科学、分子生物学等多个领域，因此成为生物技术领域中研究热点。

1 P450分布的多样性

1.1动物体内P450的分布

P450首先在哺乳动物的肝脏微粒体中发现。在同一动物的许多不同组织中都存在P450。哺乳动物的肝脏是P450含量最丰富的器官，它还主要分布在肺、皮肤、消化道、肾、肾上腺皮质和髓质、睾丸、卵巢、主动脉和血小板等部分。P450虽然在许多组织或器官中存在，但其分布具有一定的选择性。耿益民等人对大鼠的心肌组织与肝脏组织的P450含量进行测定，结果证明肝脏组织中的P450明显高于心肌组织[1]。

昆虫中存在P450的报道见于20世纪60年代。1967年，Ray首先在家蝇中确定P450的存在。相继在烟草天蛾中也发现了P450。目前证明，P450在蝗虫、按蚊、蜚蠊、北美黑尾风蝶等几十种昆虫中都有分布。昆虫的许多器官和组织，如中肠、脂肪体、马氏管甚至头壳中都有P450。家蝇的腹部微粒体中P450的含量最高。吴益东等人研究表明，棉铃虫六龄幼虫的不同组织中P450分布有明显差异，在中肠中含量最高，脂肪体中次之，体壁中最低[2]。

在其它动物中，研究较多的是淡水鱼类、海洋鱼类和贝壳类。Cristine Nasci等研究了P450在海洋鱼类中的分布。Briubo证明，鱼类的P450主要分布于肺、肾和鳃。而赤鲷鱼心肌中的P450含量明显低于肝脏。

1.2植物体内P450的分布

1969年D.S.Frear等人首次报道了棉花中存在P450，相继又发现小麦、蓖麻、大豆、薯类等植物中均存在P450。到目前为止，已有50多种植物被鉴定有P450。

研究证明，P450存在于高等植物的微粒体、质膜、高尔基体膜、液泡膜、叶绿体膜和线粒体膜等多处中，其中以微粒体含量最高。黄花幼苗的各个器官如子叶、胚根、幼根、胚轴及地上部分，萌发种子中的胚乳、储藏器官块根、块茎中都存在P450。研究表明，同一种植物在不同部位，同一部位在不同发育时期，P450的分布和含量均有不同。如开花盛期，鳄梨花序P450含量最丰富。P450含量由高至低的排序为叶、花、茎。

1.3微生物的P450分布

1967年，Appleby偶然地从根瘤菌假菌体中发现P450，首次证明存在于细菌。此后的研究表明，P450存在于恶臭假单胞菌生物降解樟脑过程。迄今为止，已在十几个属细菌中发现P450，如假单胞杆菌科的恶臭假单胞菌、铜绿假单胞菌，根瘤菌科的大豆根瘤菌、羽扇豆根瘤菌，奈瑟氏菌科的莫拉氏菌、醋酸钙不动杆菌，病毒科的费氏弧菌、哈氏弧菌磷光合细菌，还有巨大芽孢杆菌、棒状杆菌等。

此外，放线菌也发现有P450，它们是：诺卡氏型的诺卡氏菌、红色红球菌、赤红发

酵多孢菌，链霉菌科的西唐氏链霉菌、灰色链霉菌、浅灰链霉菌等。

在真菌中，如：有酵母菌的微荚膜新隐球酵母、白色假丝酵母、近平滑假丝酵母、镰刀菌属的尖孢镰刀菌。

2 P450功能的多样性

2.1 P450底物的广谱性

P450酶系是自然界中最具有催化作用的生物催化剂。该酶系的主要特点是，底物的广谱性，能作用于许多结构不同的物质，尤其是能催化各种外源化合物，包括其它生物来源和人工合成的化学品（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）的生物转化。在人工合成的约20万种化合物中，大多数都可能是P450的底物。许多可作为P450不同同工酶的诱导剂或抑制剂。有些参与甾醇转化的P450对底物有高度的选择性，而其它P450特别是肝微粒体的P450具有重叠的底物专一性[3]。

2.2 P450的催化机制

P450可以催化成千上万种的反应，甚至对具有相似化学结构的底物也表现出多种反应类型，因而被人们称为万能的催化剂。P450催化反应过程涉及多个步骤，典型的反应是通过电子传递系统将分子氧还原，并将其中一个氧原子加到底物（RH）中，反应需NADPH。RH+O2+NADPH+H+→ROH+H20+NADP+

随着生物所处环境的不同，P450还有其它的催化机制，如：（1）在无氧情况下，还存在过氧化物支路，通过过氧化物提供氧原子使底物羟基化；（2）通过氧还原机制，但氧不加入底物中形成羟基化合物，而是形成超氧化物、过氧化物；（3）P450不完全是氧化催化剂，它还起还原催化作用。亚铁型P450可提供电子，在无氧条件下进行分步反应。许多化合物如染料、N—氧化物、环氧化物都可接收2个电子而被还原[3]。

P450参与的反应主要有烷基的羟化、烯基的环氧化、烃基的氧化、硫位的氧化、氧化性脱氨、脱卤和脱氢、氧化性的碳—碳键断裂及一些还原反应[3]。

3 P450在不同领域的研究进展

3.1 P450在医学方面的研究

3.1.1 P450与药物代谢和致癌机理的研究

20世纪70年代，P450酶系在致癌物的代谢中的主要作用得到证实，许多探讨化学致癌的科学家转向P450的研究。近几年，P450在药物代谢、毒理学、肿瘤生化等方面的工作有很大进展。研究表明，在微粒体药物代谢体系中，参与致癌物代谢活性最主要的酶系为P450。