12.18细胞色素P450酶系ppt课件
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细胞色素P450酶讲解
– CYP2C19弱代谢者在白种人中占3%～5%，在黄种人 中占15%～20%
药物与P450酶的关系
• 酶的底物(substrates) • 抑制剂(inhibitors) • 诱导剂(inducers)
药物的手性特征
• 对映体可YP2C9代谢
细胞色素P450酶 与精神药物的氧化代谢
首都医科大学附属北京安定医院 王传跃
病例
一老年患者，女性，既往心肌梗塞史6个月， 1988.11.21晨，因严重胸骨后疼痛急诊入院，诊断: 心前壁梗塞。3天ICU监护后，因室性心律失常转入 心血管病房，采用普罗帕酮300mg tid治疗。用药后 第4天，突然出现心源性休克、肺水肿、III度传导阻 滞，再次进入ICU。检测普罗帕酮血浆浓度发现，＞ 6000ng/ml，是同一剂量预期浓度的8~10倍。患者 再停用普罗帕酮5天后改善。持续的室性心律失常改 用乙胺碘呋酮治疗。1989.2.10进一步恢复出院。
利福平、奥美拉唑等
结束语
• 继续探讨各种精神药物(尤其是新药)与不同P450酶 的关系
• 深入研究某些P450酶个体和人种差异的本质和机制 • 积极采用血药浓度监测，尽量避免或及时发现不合
理用药 • P450酶表型和基因型分析将来有可能应用于临床，
从而提高用药的安全性
• 对映体还可以具有不同程度的酶抑制作用，如氟西 汀的S-对映体对CYP2D6的抑制作用比R-对映体强 56倍
P450酶的底物特异性
• 多数精神药物的代谢是由一个或多个 P450酶不同程 度地参与
• 如有多个P450酶参与代谢，其中可能有某个酶是起 主要作用的限速酶
• 不同P450酶对某个药物同一代谢途径催化能力(亲和 力)有高低差别
氯氮平
药物与P450酶的关系
• 酶的底物(substrates) • 抑制剂(inhibitors) • 诱导剂(inducers)
药物的手性特征
• 对映体可YP2C9代谢
细胞色素P450酶 与精神药物的氧化代谢
首都医科大学附属北京安定医院 王传跃
病例
一老年患者，女性，既往心肌梗塞史6个月， 1988.11.21晨，因严重胸骨后疼痛急诊入院，诊断: 心前壁梗塞。3天ICU监护后，因室性心律失常转入 心血管病房，采用普罗帕酮300mg tid治疗。用药后 第4天，突然出现心源性休克、肺水肿、III度传导阻 滞，再次进入ICU。检测普罗帕酮血浆浓度发现，＞ 6000ng/ml，是同一剂量预期浓度的8~10倍。患者 再停用普罗帕酮5天后改善。持续的室性心律失常改 用乙胺碘呋酮治疗。1989.2.10进一步恢复出院。
利福平、奥美拉唑等
结束语
• 继续探讨各种精神药物(尤其是新药)与不同P450酶 的关系
• 深入研究某些P450酶个体和人种差异的本质和机制 • 积极采用血药浓度监测，尽量避免或及时发现不合
理用药 • P450酶表型和基因型分析将来有可能应用于临床，
从而提高用药的安全性
• 对映体还可以具有不同程度的酶抑制作用，如氟西 汀的S-对映体对CYP2D6的抑制作用比R-对映体强 56倍
P450酶的底物特异性
• 多数精神药物的代谢是由一个或多个 P450酶不同程 度地参与
• 如有多个P450酶参与代谢，其中可能有某个酶是起 主要作用的限速酶
• 不同P450酶对某个药物同一代谢途径催化能力(亲和 力)有高低差别
氯氮平
细胞色素P450课件
诱导剂：利福平
CYP2D6
CYP2D6的底物：大多数β受体拮抗剂 （美托洛 尔 、普萘洛尔 、拉贝洛尔 ）、 抗心律失常药物 （普罗帕酮、美西律）、麻醉药品（吗啡 、曲马 多 、羟考酮 、哌替啶 、可待因）
*具有饱和性，药物对具有饱和性的酶可出现竞争性抑制
抑制剂：胺碘酮、 奎尼丁、普罗帕酮、 西咪 替丁、氟西汀等
CYP450酶的命名
P450基本上分成至少4个基因族，又可进一步区分为 不同亚族。其分类为CYP1，CYP2，CYP3和CYP4 等，按英语A、B、C……和阿拉伯数字1，2， 3，……进一步分类。
举例： CYP3A4
1 CYP450简介 2 与药物代谢相关的CYP450酶 3 CYP450酶与药物相互作用（病例） 4 CYP450酶与合理选药
细胞色素P450（CytochromeP450 ，简称CYP450）， 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。
由于其一氧化碳结合物的最大吸收峰在450nm处，故 叫P450，P表示（protein蛋白质）
细胞色素P450是一种血红素蛋白，能进行氧化和还原。当 外源性化学物质（药物）进入肝细胞后，在微粒体中与氧 化型P450结合，形成一种复合物，经一系列反应，药物被 氧化成为氧化产物。
择与华法林和胺碘酮相互作用较小者，如普伐他汀。
1 CYP450简介 2 与药物代谢相关的CYP450酶 3 CYP450酶与药物相互作用（病例） 4 CYP450酶与合理选药
1. 大环内酯类抗生素
14 元环的红霉素、克拉霉素等与 CYP3A4 形成复合 物的作用最强，发生不良反应也最严重；罗红霉素 和16 元环的交沙霉素、螺旋霉素等次之；最弱为 15 元环的阿奇霉素，故与 CYP3A4 底物如茶碱 、环胞 素、部分钙通道阻滞剂、部分HMG-CoA还原酶抑制 剂、唑类抗真菌药等合用应选择阿奇霉素不应选用 红霉素或克拉霉素
CYP2D6
CYP2D6的底物：大多数β受体拮抗剂 （美托洛 尔 、普萘洛尔 、拉贝洛尔 ）、 抗心律失常药物 （普罗帕酮、美西律）、麻醉药品（吗啡 、曲马 多 、羟考酮 、哌替啶 、可待因）
*具有饱和性，药物对具有饱和性的酶可出现竞争性抑制
抑制剂：胺碘酮、 奎尼丁、普罗帕酮、 西咪 替丁、氟西汀等
CYP450酶的命名
P450基本上分成至少4个基因族，又可进一步区分为 不同亚族。其分类为CYP1，CYP2，CYP3和CYP4 等，按英语A、B、C……和阿拉伯数字1，2， 3，……进一步分类。
举例： CYP3A4
1 CYP450简介 2 与药物代谢相关的CYP450酶 3 CYP450酶与药物相互作用（病例） 4 CYP450酶与合理选药
细胞色素P450（CytochromeP450 ，简称CYP450）， 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。
由于其一氧化碳结合物的最大吸收峰在450nm处，故 叫P450，P表示（protein蛋白质）
细胞色素P450是一种血红素蛋白，能进行氧化和还原。当 外源性化学物质（药物）进入肝细胞后，在微粒体中与氧 化型P450结合，形成一种复合物，经一系列反应，药物被 氧化成为氧化产物。
择与华法林和胺碘酮相互作用较小者，如普伐他汀。
1 CYP450简介 2 与药物代谢相关的CYP450酶 3 CYP450酶与药物相互作用（病例） 4 CYP450酶与合理选药
1. 大环内酯类抗生素
14 元环的红霉素、克拉霉素等与 CYP3A4 形成复合 物的作用最强，发生不良反应也最严重；罗红霉素 和16 元环的交沙霉素、螺旋霉素等次之；最弱为 15 元环的阿奇霉素，故与 CYP3A4 底物如茶碱 、环胞 素、部分钙通道阻滞剂、部分HMG-CoA还原酶抑制 剂、唑类抗真菌药等合用应选择阿奇霉素不应选用 红霉素或克拉霉素
细胞色素P450ppt课件
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。
.
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。
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。
在农业上的应用
1.害虫治理
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。
.
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：
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
.
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。
.
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；
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。
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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。
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
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活性或活性很低，经过体内代谢后变为有活性的物质。
在农业上的应用
1.害虫治理
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。
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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：
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
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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。
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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；
细胞色素P450
2.转P450基因植物 转 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 通过转基因方法可以培育出具有特异性质的植物， 木质素，去除不良成分，改变花色及形状）、提高植物抗性（ ）、提高植物抗性 （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） 目的。 除草剂）和实现生物除污的目的。
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 人类社会产生的有毒废物日益增多， 或降解这些废物。特别是多环芳烃及多卤代有机物， 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。 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、 用催化多种结构不同的物质， 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。 境化合物， 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
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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： 氧化酶在生物体中的分布可以分为两大类： 根据细胞色素 氧化酶在生物体中的分布可以分为两大类
第一类是细菌/ 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
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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， 催化的杀虫剂代谢解毒作用增强， 许多害虫产生对杀虫剂的抗性是因为 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 的抑制剂是杀虫剂的有效增效剂。 因此 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、 菊亚砜、莳萝油等。 是最为人熟知的增效剂。 菊亚砜、莳萝油等。PBO是最为人熟知的增效剂。 是最为人熟知的增效剂 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 具有对杀虫剂的解毒能力， 已知许多来源于昆虫或其他生物的 具有对杀虫剂的解毒能力 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， 的基因转入到天敌昆虫中， 这些 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。 有助于害虫的生物防治。
Cytochrome P450 enzyme细胞色素P450酶.ppt
Three dimensional Structure of the Active Site
• In P450cam substrate binding, there are three regions of AA flexibility.
– One at the substrate binding site – Two are at the assumed substrate access
6. Oxidation of the substrate.
1. Formal abstraction of hydrogen atom or electron 2. Radical recombination
7. Release of the product.
• Oxidative Reactions
– Carbon Hydroxylation – Heteroatom Hydroxylation – Heteroatom Release – Rearangement Related to Heteroatom Oxidations – Oxidation of π-System
– Hypervalent Oxygen substrate
and design
Introduction
• R.T. Williams - in vivo, 1947. Brodie – in vitro, from late 40s till the 60s.
• Cytochrome P450 enzymes (hemoproteins) play an important role in the intra-cellular metabolism.
Design of Substrate Inhibitor Model
细胞色素概述PPT资料(正式版)
在 （该光细F细光细e血F过合胞胞合胞3e+红程 磷 色 色 磷 色3++素 位酸素素酸素）e这 于化：参化广-之样 糖是c与是泛间yt一 酵植氧植存可a个 解物化物在,逆c环 和叶还叶于y变Ft状 三绿原绿真ea化23结羧体反体核+。, c构 酸的应的生yt中 循类是类物b， 环囊因囊的, c铁 之体为体线yt 原 后膜反膜粒c,c子 ，或应或体yt处 是光过光内c1于 产合程合膜活 生细中细和泼 “菌细菌内的 能的胞的质化 量载色载网学 通色素色中状 货体能体，态 ”在作在植， 光为光物AT可 下电下的P的以 催子催叶主传 化的化绿要递 载体AADD步单 体中PP骤个 传，与与。的 递以磷磷电 电及酸酸子 子光（（而 。合PPii））不 成形形必 微成成成 生AA对 物TT传 和PP的的递细反反， 菌应应可 中。。以 。在还原态（Fe2+）和氧化态 C根y据t b可5 见, c吸yt收p-光45谱0 ，我们将细胞色素分为： H细细细细细细在等H细细H判在等光C该细eeey胞胞胞胞胞胞动的胞胞定动的合过胞tmmmb色 色 色 色 色 色 物 非 色 色 生 物 非 磷 程 色eee6(ggg素素素素素素组磷素素物组磷酸位素brrr5ooo种c来来c种织酸参广亲织酸化于参6uuu是是3ppp类自自类在化与泛缘在化是糖与)生生ooo较三三较动反氧存关动反植酵氧cfff物物yccc多羧羧多物应化在系物应物解化tyyy氧氧tttb，酸酸，组的还于的组的叶和还acc3化化可循循可织电原真远织电绿三原(b的的5以环环以的子反核近的子体羧反5一一用中中用细传应生细传的酸应9个个) 光产产光胞递是物胞递类循是c非非y谱生生谱器链因的器链囊环因t常常f学的的学内。为线内。体之为(重重b、琥琥、质反粒质膜后反5要要5血珀珀血网应体网或，应2的的)红酸酸红系过内系光是过电电素辅辅素膜程膜膜合产程子子基酶酶基和中和和细生中传传团团微细内微菌“细AA递递，，的的生胞质生的能胞体体其其精精物色网物载量色，，肽肽确确中素中中色通素在在链链结结，能，，体货能线线仅仅构构广作植广在”作粒粒有有、、泛为物泛光为A体体T11抑抑存电的存下电P00崤崤44的制制在子叶在催子个个上上主剂剂着的绿着化的氨氨与与要的的两载体两载A基基其其D步敏敏种体中种体酸酸P它它骤感感细传，细传与，，氧氧。度度胞递以胞递磷体体化化以以色电及色电酸内内酶酶及及素子光素子（大大排排还还参。合参。P量量列列i）原原与成与存存成成形电电催微催在在呼呼成势势化生化，，吸吸A的的一物一一一T链链大大些和些P般 般，，的小 小 脂 细 脂无无参参反来来溶菌溶需需与与应分分性中性外外细细。辨辨的。的源源胞胞。。底底补补呼呼物物充充吸吸的的；；过过羟羟程程化化。。、、去去饱饱和和及及氧氧合合 C判Fey定3t +b生5+物,ec亲-yt缘p-关45系0 的F远e2近+ 根He据m可e g见ro吸up收o光f c谱yt，a我们将细胞色素分为： Heme group of cyt a
细胞色素P450酶系统的生物学功能
细胞色素P450酶系统的生物学功能细胞色素P450酶系统，简称P450酶系统，是关键的生物转化系统，参与生物体的代谢和解毒等生理过程。
该酶系统最早于1951年被发现，随后在生物化学、药理学和毒理学等学科中得到广泛研究。
本文将从该酶系统的来源、结构、生物学功能三个方面进行探讨。
一、来源P450酶系统是广泛存在于真核生物和原核生物中的酶系统，包括人类、动物、植物以及微生物等各种生物体。
酶系统的基本结构和功能在不同生物体中均有所不同，但都包含由蛋白质和铁血红素（hem）组成的基本结构单元。
二、结构P450酶系统分子量一般为50以上，是一种多功能的氧化酶，由两个主要部分组成：蛋白质和铁血红素（hem）催化中心。
蛋白质为酶的支架架构，通过多层次结构的蛋白质折叠，将酶催化中心（hem）整合在一起。
催化中心（hem）是P450酶系统最重要的部分，同时也是催化剂的核心组成部分。
催化中心是由一个铁离子（Fe3+）和一个四环结构（睾酮分子）组成的。
铁离子通过6个半官能基固定在酶分子中，并与血红蛋白一样承载氧分子进行化学反应。
三、生物学功能P450酶系统是参与生物体内广泛的代谢和转化过程的酶系统，既包括正常代谢过程，也包括很多药物的代谢过程。
具体生物学功能如下：1、药物代谢P450酶系统是药物代谢中最重要的酶系统之一，参与大量药物的代谢，如止痛药吗啡、抗癫痫药卡马西平、抗生素阿奇霉素、降血脂药伊贝特罗等。
2、内源性化合物的代谢P450酶系统参与人们饮食、内分泌及免疫系统等内源性化合物的代谢，如肝素、胆固醇、雌激素、睾酮等。
3、有害化合物的解毒作用P450酶系统可将体内有害化合物转化为可溶于水的无害性物质，从而减少了有害物质对人体的危害，如环境污染物苯、多环芳烃等。
4、信号转导P450酶系统还参与人体信号转导相关的代谢过程，如维生素D、胆固醇等内源性物质的代谢，能够对人体的健康发挥重要作用。
总之，P450酶系统在人体内发挥了多种多样的生物学功能，对于维持身体的正常代谢和自我保护起着重要的作用。
细胞色素P450酶基因家族演化与多样性
细胞色素P450酶基因家族演化与多样性细胞色素P450（Cytochrome P450, CYP）酶是一类位于内膜系统中的酶，它们参与许多生物合成、代谢、解毒和药物作用等生命过程。
现已发现CYP酶包括500余种，散布在细胞的内质网和线粒体膜上。
由于它们在生物代谢过程中扮演着重要角色，因此也成为了各种疾病的研究热点。
CYP酶通过氧化还原反应使化合物转化成为更易于排泄的物质。
CYP酶是由CYP基因家族编码的，由于该家族特异性强，目前已知基因数量超过100种。
这些CYP基因分布在所有的真核生物中，包括植物、动物和真菌等，但它们的数量和类型却存在着差异性。
CYP基因家族的起源可以追溯到古老的生物界，它们经历了长时间的演化过程，产生了大量的多样性。
在进化过程中，CYP基因家族创造了无数种不同的CYP酶，以满足各种生物代谢需求。
例如，在人类体内，CYP酶对药物代谢和毒物解毒有重要作用。
而在植物中，CYP酶则起到合成分泌物和对抗外界压力的作用。
CYP基因家族的多样性来自于其两个主要演化机制：基因复制和基因重组。
基因复制是指在一段时间内，一个基因会发生多次复制，形成一系列具有相似序列的基因。
当环境发生改变时，这些基因会产生分歧，通过突变增加多样性。
而基因重组则是指基因间发生重组，产生新的基因编码蛋白质，这也是促进CYP酶多样性发展的重要因素。
虽然CYP基因家族的多样性非常高，但是多数CYP酶都具有共同结构及特征。
CYP酶的核心结构由氨基酸组成，特点是含有一些保守区域和一些可变区域，不同的保守区域决定了CYP酶的功能，而可变区域则决定了CYP酶的物种特异性。
因此，对CYP酶活性和物种特异性的研究也是目前研究CYP基因家族的重要方向之一。
此外，CYP基因家族也存在其他的研究方向。
例如，CYP基因家族在肿瘤和癌症的发生发展中起到了关键性的作用，因此CYP酶在抗癌药物研发方面也有非常大的应用价值。
另外，CYP酶的多样性还与化学品的生产和分解过程有关，因此对CYP基因家族的研究也为环境保护提供了参考和借鉴。
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细胞色素P450酶系
孙婉菊 2014年12月17日
1.细胞色素P450酶系概述
• 细胞色素P450单加氧酶系(cytochrome P450 monooxygenases，P450s) ： NAD(P)H-细胞色素P450还原酶 (CPR) 细胞色素P450单加氧酶 (CYP) 2个组分均通过疏水的膜结合锚点结合在微粒体膜上。
cycle only 21% of Prog could be converted in the presence of propan-2-ol. Without this cosolvent
53% 15b-Prog was formed;
• This indicates the limited
applicability of propan-2-ol as a cosolvent in this system.
2.We expressed this enzyme together with the electron-transfer partners bovine adrenodoxin and adrenodoxin reductase in Escherichia coli.
3.An enzyme-coupled cofactor regeneration system was implemented by expressing alcohol dehydrogenase from Lactobacillus brevis。
• 甾体化合物分子中11-羟基的引入在甾体药物化学中占极为重要的地位 。
eg1
Towards Preparative Scale Steroid Hydroxylation with Cytochrome P450 Monooxygenase CYP106A2
1.CYP106A2 from Bacillus megaterium ATCC 13368, enables the oxidation of 3-keto-4-ene steroids mainly at position 15.
Cloning
• pBAR Twin: bovine AdR、Adx • pACYC FHH28: CYP106A2 • pBAR Tripel: bovine AdR、AdX、LbADH
Selectivity of CYP106A2
• With growing cells as a biocatalyst, a limited selectivity of both Prog and Tes hydroxylation was observed.
• Microbial CYPs Actinomycetes Mycobacterium smegmatis (39 P450s) Mycobacterium tuberculosis (20 P450s) Streptomyces coelicolor (18 P450s)
In human adrenal P450s been intensively studied in steroid synthesis. In bacteria, the P450s are used in catabolic pathways for the production of steroids, bioactive lipids and chiral synthons.
Substrate solubility and transport into the cell
53% 21%
• Highest activity was observed in presence of even 2m (15.4 vol%) propan-2-ol.
• During the second reaction
Influence of propan-2-ol on the activity (A) and stability (B) of the wh ole-cell biocatalyst
• No side product formation could be observed when resting cells were used as biocatalysts.
Comparison of growing and resting cells for A) progesterone and B) testosterone conversion
3.甾体羟化反应
• 甾体羟化酶大都是细胞色素P450依赖型单加氧酶，属于末端氧 化酶，能将一摩尔分子氧引入底物，通过NADPH递氢，完成羟 化反应。
RH + NADPH ჷ OH-
Steroidogenesis
• 细胞色素P450酶系羟化反应主要有：9α羟化、11α羟化、11β羟化、 16α羟化、17α羟化和19α羟化等。
• CPR是CYP的主要电子供体，电子传递给CYP之后，CYP才能与底物发生 氧化还原反应，发挥代谢活性，CPR与CYP的电子传递反应是CYP氧化 还原反应的限速步骤 。
2.Human and Microbial CYPs
• Human CYPs Humans contain 57 CYPs mitochond rial CYPs: CYP11A1、CYP11B1、CYP11B2 microsomal CYPs: CYP17A1、CYP19A1、CYP21A1 Six P450 enzymes are involved in steroidogenesis
• CYP450 广泛分布在动物、植物、低等真核生物和细菌体内，在同种 生物的不同组织中都存在，是自然界中含量最丰富、底物谱最广的催 化酶系。
NADPH-细胞色素P450 还原酶
• NADPH-细胞色素P450还原酶是一种以FAD和FMN作为辅基的细胞微粒体 复合黄素蛋白； CYP450是以硫醇盐结合血红素为活性中心催化氧原 子转移的氧化还原酶，氧由亚铁血红素（HEME）来活化。
孙婉菊 2014年12月17日
1.细胞色素P450酶系概述
• 细胞色素P450单加氧酶系(cytochrome P450 monooxygenases，P450s) ： NAD(P)H-细胞色素P450还原酶 (CPR) 细胞色素P450单加氧酶 (CYP) 2个组分均通过疏水的膜结合锚点结合在微粒体膜上。
cycle only 21% of Prog could be converted in the presence of propan-2-ol. Without this cosolvent
53% 15b-Prog was formed;
• This indicates the limited
applicability of propan-2-ol as a cosolvent in this system.
2.We expressed this enzyme together with the electron-transfer partners bovine adrenodoxin and adrenodoxin reductase in Escherichia coli.
3.An enzyme-coupled cofactor regeneration system was implemented by expressing alcohol dehydrogenase from Lactobacillus brevis。
• 甾体化合物分子中11-羟基的引入在甾体药物化学中占极为重要的地位 。
eg1
Towards Preparative Scale Steroid Hydroxylation with Cytochrome P450 Monooxygenase CYP106A2
1.CYP106A2 from Bacillus megaterium ATCC 13368, enables the oxidation of 3-keto-4-ene steroids mainly at position 15.
Cloning
• pBAR Twin: bovine AdR、Adx • pACYC FHH28: CYP106A2 • pBAR Tripel: bovine AdR、AdX、LbADH
Selectivity of CYP106A2
• With growing cells as a biocatalyst, a limited selectivity of both Prog and Tes hydroxylation was observed.
• Microbial CYPs Actinomycetes Mycobacterium smegmatis (39 P450s) Mycobacterium tuberculosis (20 P450s) Streptomyces coelicolor (18 P450s)
In human adrenal P450s been intensively studied in steroid synthesis. In bacteria, the P450s are used in catabolic pathways for the production of steroids, bioactive lipids and chiral synthons.
Substrate solubility and transport into the cell
53% 21%
• Highest activity was observed in presence of even 2m (15.4 vol%) propan-2-ol.
• During the second reaction
Influence of propan-2-ol on the activity (A) and stability (B) of the wh ole-cell biocatalyst
• No side product formation could be observed when resting cells were used as biocatalysts.
Comparison of growing and resting cells for A) progesterone and B) testosterone conversion
3.甾体羟化反应
• 甾体羟化酶大都是细胞色素P450依赖型单加氧酶，属于末端氧 化酶，能将一摩尔分子氧引入底物，通过NADPH递氢，完成羟 化反应。
RH + NADPH ჷ OH-
Steroidogenesis
• 细胞色素P450酶系羟化反应主要有：9α羟化、11α羟化、11β羟化、 16α羟化、17α羟化和19α羟化等。
• CPR是CYP的主要电子供体，电子传递给CYP之后，CYP才能与底物发生 氧化还原反应，发挥代谢活性，CPR与CYP的电子传递反应是CYP氧化 还原反应的限速步骤 。
2.Human and Microbial CYPs
• Human CYPs Humans contain 57 CYPs mitochond rial CYPs: CYP11A1、CYP11B1、CYP11B2 microsomal CYPs: CYP17A1、CYP19A1、CYP21A1 Six P450 enzymes are involved in steroidogenesis
• CYP450 广泛分布在动物、植物、低等真核生物和细菌体内，在同种 生物的不同组织中都存在，是自然界中含量最丰富、底物谱最广的催 化酶系。
NADPH-细胞色素P450 还原酶
• NADPH-细胞色素P450还原酶是一种以FAD和FMN作为辅基的细胞微粒体 复合黄素蛋白； CYP450是以硫醇盐结合血红素为活性中心催化氧原 子转移的氧化还原酶，氧由亚铁血红素（HEME）来活化。