细胞色素P450：药物代谢与激素合成的关键角色

细胞色素 P450 是以血红素作为辅因子的一个庞大的酶超家族，在异源物质的解毒、药物相互作用和内分泌功能等领域都发挥着重要作用，是药物的靶标并参与多种药物相互作用。

细胞色素P450

细胞色素P450 (cytochrome P450，CYP)酶是广泛存在于微生物、动植物及人体中与膜结合的血红蛋白类酶，具有氧化、环氧化、羟化、去甲基化等多种生物催化活性。作为以血红素作为辅因子的一个庞大的酶超家族，P450由许多同工酶和亚型组成，是研究最广泛的蛋白质组之一，在药物、类固醇、脂溶性维生素和许多其他类型化学物质的代谢中具有重要作用。其在异源物质的解毒、药物相互作用和内分泌功能等领域都是热点研究问题。

P450 酶在不同的物种中具有不同的膜结合形式和可溶性。在原核生物中，CYP450可溶蛋白。在真核生物中，它们通常结合在内质网或线粒体内膜上。在哺乳动物中，这类酶氧化类固醇、脂肪酸以及异生物质（如药物、毒素等），对清除各种化合物以及激素合成和分解都很重要。在植物中，这些蛋白质对于防御性次级代谢产物、脂肪酸和激素的生物合成十分重要。

CYP以血红素卟啉铁为中心，能够代谢多种异源物质，与环氧化、羟基化、脱烷基化、脱氨、脱硫、脱卤化、亚砜氧化和N-氧化物还原等多种反应相关。CYP的结构解析对于研究和预测药物代谢非常重要，人类CYP是药物的靶标并参与多种药物相互作用，其结构解析大大简化了药物的设计和临床研究。

细胞色素P450实验结果展示（以下均以CYP11A1为例）

研究背景：

CYP11A1即细胞色素P450家族成员11A1(CYP11A1)，是一个位于线粒体内膜上负责孕烯醇酮生成的胆固醇侧链裂解酶（cholesterol-20,22-desmolase，也称为P450ssc）。类固醇激素合成的第一步是从胆固醇的侧链上切除6个碳，生成孕烯醇酮（pregnenolone）；这是此途径的限速步骤，包含三步反应（图1），人体中都由胆固醇侧链裂解酶催化，因此CYP11A1也是人体内催化类固醇激素生物合成第一步催化反应的唯一一个催化酶。CYP11A1 的抑制可能会停止所有类固醇激素的合成。

图1. CYP11A1催化胆固醇生成孕烯醇酮的反应机理图

分析CYP11A1蛋白氨基酸序列信息，CYP11A1蛋白全长521个氨基酸，N端是一段长约40个氨基酸的线粒体内膜定位信号肽，中间P52-F511区域为P450酶活结构域（图2），属于细胞色素 P450 酶家族，主要作用为氧化类固醇、脂肪酸和外源物质；在CYP11A1蛋白中P450酶活结构域主要是催化胆固醇通过氧化还原反应生成孕烯醇酮。

图2. CYP11A1结构域分布示意图

CYP11A1纯化结果：

实验方案参考文献 DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1019441108

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