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最新-细胞色素P450与肺癌关系探讨 精品

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细胞色素P450与肺癌关系探讨

细胞色素450450,450是广泛存在于生物体内的一组含亚铁血红素蛋白,结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶,相对分子质量50,因它与一氧化碳的结合物在450附近有特征吸收而得名。

肺癌的发生是一个多基因多阶段发展的复杂过程,不同基因代谢不同的致癌化合物,因此,近年来对450基因型和表型相关性的研究越来越受到重视,人们企图寻找450基因多态性与肿瘤易感性的关系,希望利用基因型来了解个体药物代谢酶的活性,从而在提高药物治疗水平的同时,降低不良反应的发生。

一、450与肺致癌物质的生物活化450参与许多前致癌物和前毒素的代谢活化,生成亲电性很强的中间产物或终产物,使得基因突变或抑制一些基因的表达,造成细胞损害,从而诱发程序性死亡或肿瘤。

肺癌患者中约有34是由吸烟引起的,其烟雾中的致癌物主要是多环芳香族化合物和亚硝基类化合物,而其中的芳烃化合物和芳香胺类化合物能够在肺部经450代谢激活。

芳烃化合物进入人体后,主要经过4501代谢活化,生成具有强致癌活性的亲电子环氧化物,然后由多种450催化产生最终的致癌物——二醇环氧化物。

芳香胺类化合物则先经过450催化的一羟化作用生成具有反应活性的硝?离子,最终被活化为致癌物。

二、450基因多态性与肺癌易感性21是一种肝外相代谢酶,主要在肺组织中表达,具有芳香烃羟化酶活性,是参与多环芳烃代谢的最重要的酶,也是人体肺组织中研究最深入的细胞色素450酶。

等发现是患鳞癌的危险因素。

基因位于人类染色体1522~24,目前已知的基因多态性有4种,多态是其中一种,在基因的3端非编码区下游碱基264-突变导致活性增高,并形成酶切位点,产生多态。

华中科技大学同济医学院的研究者用分析的方法总结了1989年~2006年46个关于中国人等基因多态性与肺癌易感性的关系,认为变异与肺癌易感性有关。

此外,在第7外显子5’端突变致使血红蛋白结合区第462位编码异亮氨酸的密码子被缬氨酸密码子取代,形成2多态。

等研究表明在白人或非裔美国人中,无论还是462都与肺癌易感性有关。

22219219又称一美芬妥英羟化酶,219基因定位于人类染色体10241—243,编码两种类型酶,快代谢者和慢代谢者。

2191主要是219基因外显子5中发生单个碱基突变—,从而产生了一个异常的拼接位点,使外显子5’端的前40的碱基发生缺失,改变了随后的阅读框架,使蛋白的合成过早终止,结果生成一个缺乏血红素结合位点的无功能酶蛋白。

2192主要是219基因外显子4的第636个碱基处的突变—,使本来为色氨酸的密码子变为终止密码子,导致蛋白合成提前终止,该蛋白因缺乏血红素及底物结合区而无活性。

等在对肺癌患者进行219等位基因分析中发现,219与肺癌的发生具有相关性,从而推测219参与了肺癌致癌物的灭活,其作用机制可能是当219酶活性降低时,这些致癌物在体内代谢减慢,从而导致其在体内堆积,增加了致癌物在体内的作用时问和数量,增加了罹患肺癌的风险。

232626是异哇胍羟化酶,在肝脏、肺、胃肠道、肾和大脑中都有表达,其基因位于人类染色体22131。

因其能激活烟草中的亚硝胺等前致癌物,所以26可能涉及吸烟引起的肺癌变化过程。

但是26多态性、吸烟与肺癌易感性关系的研究结果却常常相互矛盾。

其原因可能是不同地区、民族的人群,其遗传背景会有一定差异,从而可能影响26与肺癌风险的关系。

目前已经发现80余种突变等位基因,以26*表示。

26表型和基因型有显著的种族差异,亚洲人尤其中国人中常见26$10等位基因,即26外显子1和9分别发生188-和4268-突变,造成034-和486-氨基酸取代的等位基因。

等发现—188包括188和188基因型和—4268包括4268和4268基因型与肺癌有中度的相关性。

而188或4268基因型在不吸烟或吸烟较少人群中是保护因素,可能有助于降低肺癌易感性。

24221是二甲基亚硝胺-脱甲基酶,该酶主要在肝脏表达,也在肺、肾中表达,可被乙醇等化合物诱导,参与亚硝胺及其前致癌物一亚硝基二甲胺和一亚硝

基四吡咯烷的代谢。

21基因定位于人类染色体10243一,共有11413个碱基对,9个外显子和8个内含子。

21遗传多态性最常见的是5’区的多态和内含子6的多态。

这些多态性存在种族差异,甚至地区差异。

多项研究已明确表明2与肺癌发生风险有密切关系,但其研究结果并不一致。

等2009年做的分析表明亚洲人携带2122和2+22基因型个体比携带基因型者发生肺癌的风险高。

在混血人种中只有2等位基因2+22携带者才具有发生肺癌的高风险。

而在白种人的遗传个体中未发现明显的相关性。

等做的分析则发现携带22和2+22基因型个体,其肺癌的发生风险会降低,而且在亚洲人中也是这样。

他们还发现21和+多态性是肺癌发生的保护因素。

253434在人体肺中表达,并且与烟草致癌物的代谢有关。

34。

1等位基因能够增加的发病风险。

262626是介导大部分尼古丁代谢灭活的人体肝酶,26的基因变异可以通过改变蛋白质的表达水平、结构和功能来增强或减弱酶的活性。

26基因多态性能增强与烟草有关的肺癌的易感性。

271和2131参与多环芳烃的代谢,在肺癌致癌物质顺式和反式-7,8-二氢苯并[]芘异构体形成过程中具有十分重要的作用。

213在人的呼吸道表达,是参与亚硝胺活性代谢最有效的酶。

等首次研究发现213的表达在非小细胞肺癌患者中显著增加,这种高表达可能与非小细胞肺癌患者肿瘤的发生、发展有关。

等发现1和213基因型可能均与女性早期肺癌的易感性有关。

三、450与肺癌的治疗31450与抗癌药物的代谢药物代谢是药物在体内消除的主要途径,药物代谢酶在药物的代谢解毒、代谢活化中起重要作用。

450催化结构上不相关的外源性和内源性化合物,通过分解代谢使药物失活或催化前体药物使其活化。

细胞色素P450的特性

细胞色素P450的特性及其研究进展 摘要:细胞色素P450是内质网膜上混合功能氧化酶系统的末端氧化酶,在生物体内分布广泛,主要催化机体内源和外源性物质在体内的氧化反应。在临床药物的生物学转化中,它参与大部分药物的生物氧化,因此具有重要的生物学意义。 关键词:细胞色素P450 特性机理功能 Characteristics of cytochrome P450 and its research development ABSTRACT: Being the terminal oxidase component of mixed function oxidase system in the membrane of endoplasmic reticulum, cytochrome P450 (CYP450) has been found in all living organisms and can catalyze the oxidation of a variety of endogenous and xenobiotic compounds. This article reviewed the mechanistic explorations on CYP450- catalyzed reactions , especially the recent investigations on the mechanism of ethanol oxidation catalyzed by CYP450, as well as those in CYP450 drug metabolism. Keywords cytochrome P450;structure; catalytic mechanism; function 前言 细胞色素P450是一组结构和功能相关的超家族基因编码的含铁血红素同工酶,主要存在于肝细胞平滑肌内质网内,由血红素蛋白、

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。

mGWAS细胞色素P450氧化还原酶参与了细胞铁死亡时磷脂的过氧化反应

研究背景: 细胞铁死亡是一种非细胞凋亡形式的受调节细胞死亡,其广泛涉及肾脏、肝脏和大脑等多种组织的退行性疾病,是多种原发性和难治性癌症的易感因素。磷脂氢过氧化物在细胞膜中的积累是细胞铁死亡的标志和限速步骤。利用全基因组的crispr-cas9介导的抑制因子筛选,和系统脂质组学分析,揭示细胞色素P450氧化还原酶(POR)参与细胞铁死亡的机制。 研究思路: 研究结果: 1.CRISPR筛选鉴定POR为铁死亡作用基因 利用全基因组CRISPR/Cas9的无偏筛选方式来寻找铁死亡过程中的正向促进蛋白。设计了两组互补的全基因组的CRISPR-Cas9筛选:透明细胞肾癌细胞、UACC-257黑色素瘤细胞,在所有的筛选中,POR都是处于前列的靶标。POR

在铁死亡中的必要作用也被mRNA干扰技术在大量的癌细胞体系中验证:结果都表明POR缺失的细胞发生铁死亡的概率大大减弱(图1)。 2.POR在多种癌症谱系中介导铁死亡 为了验证POR的前铁作用,我们使用了三个序列独立的sgRNAs来耗尽cas9表达的UACC-257细胞中的POR蛋白。POR耗竭以剂量依赖的方式抑制花生四烯酸对ML210/RSL3的敏感性(图2) 3.POR通过促进脂质过氧化来介导铁死亡作用 学者推测POR有两种参与铁死亡的方式,一是调节胞内NADPH的活性而间接影响不饱和脂肪酸的丰度,二是通过还原细胞色素P450中的铁离子来保持胞膜上的亚铁离子浓度,从而直接的参与磷脂过氧化反应。脂质组分析指向第二种可能性:POR缺失的细胞虽然拥有正常的脂质组成分,却不能够响应GPX4的活性缺失而积累过氧化磷脂,从而将POR的作用锁定在过氧化反应这一关键

细胞色素P450研究进展.

1.1细胞色素P450研究进展 1.1.1细胞色素P450 细胞色素P450(cytochrome P450或CYP,简称P450)是一个古老的以血红素为辅基的B族细胞色素蛋白酶基因超家族,广泛存在于细菌、真菌、植物以及动物等各种生物体内[1],通常与质体、线粒体、内质网、高尔基体等细胞器膜结合。还原态P450与CO结合后在450nm处能检测到最大吸收峰,故命名为P450。因其能使疏水性分子插入一个氧原子而变得更具有亲水性或者活性,因此又称之为单加氧酶(mixed-function oxidase,简称MFO)[2]。P450酶系作为自然界中生物催化剂,它所催化的反应类型多样,最典型的反应是把分子氧还原为水的同时,将其中一个氧原子转移至底物形成产物,催化反应为[3]: RH+O2+NADPH+H+ROH+H2O+NADP+ 1958年,在大鼠肝微粒体中第一次发现P450。D.S Frear于1969年首次在棉花(Gossypium hirsutum L.)中发现了它的存在[4]。此后,大量的研究表明在拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)[5]、小麦(Triticum aestivum L.)[6]、苜蓿(Medicago sativa L.)[7]、蓖麻(Ricinus communis L.)[8]等许多植物中也均有P450存在。P450酶系在植物中参与多种代谢反应,发挥重要的催化作用。 [1]Omura T(1999).Forty years of cytochrome P450.Biochem Biophys Res Commun,266(3):690~698. [2]Nelson D R,Kaymans L,Kamataki T,et al.P450superfamily:update

细胞色素P450分子生物学研究

细胞色素P450分子生物学研究进展 饶勇曾振灵 (广东省兽药研制与安全性评价重点实验室,华南农业大学兽医药理研究室,广州,510640) 细胞色素P450 (cytochrome P450, CYP)是人、哺乳动物及一些昆虫体内参与各类药物、毒物及其它外来化合物代谢含血色素的酶系,具单加氧氧化特性,是微粒体混合功能氧化酶系的末端氧化酶,起着与底物结合以及从NADPH传递电子到NADPH- cytochrome P450还原酶的重要作用[1, 2]。随着分子生物学技术的发展,80年代以来,CYP新基因不断被克隆,其结构与表达调控,转基因细胞系以及单克隆抗体等研究进展迅速。 1 CYP基因的分离与鉴定 细胞色素P450是一个由结构和功能相关的基因超家族(superfamily)编码的同工酶所组成的超家族酶系,由多个基因家族(family)组成,每个基因家族又包含若干个基因亚族(subfamily)。根据Nebert的分类命名系统,CYP基因全序列同源部分<36%为家族标准,40%-65%为亚族界限,>97%则可以认为是等位变异基因[3,4]。现在已经发现,人类P450有16个基因家族31个亚家族[5],哺乳动物有12个家族22个亚家族[6],昆虫也已发现8个家族20个亚家族[7]。已在原核生物、植物及动物体内至少发现300余种P450同工酶[8]。 1985年Jaiswal等[9]第一次获得CYP1A1的cDNA克隆,经二恶英诱导,测定了人的CYP1A1完全的DNA和氨基酸顺序。Feyereisen等[10]获得第一个昆虫P450基因,被命名为CYP6A1。CYP6A1具有1629个核苷酸,其开放阅读框架为1530 bp,编码509个氨基酸的P450蛋白(Mr=56 738)。其氨基酸序列与哺乳动物CYP3家族只有27%的同源部分,表明昆虫存在一个独立的P450基因家族。Yamano等[11]利用大鼠2B1cDNA为探针从人肝脏的λgt11文库中克隆出了h2B1 cDNA。H2B1蛋白质含491个氨基酸残基,分子量56286,与鼠2B1蛋白有76%氨基酸序列相同,具有7-乙氧香豆素脱乙基活性。同时还克隆了h2B2cDNA 和h2B3cDNA。h2B2cDNA与h2B1cDNA 相比,在5'-端外显子4有一个明显的改变:缺失了29 bp而同时插入了44 bp的非同源DNA,此改变常发生在外显子3和4的结合处。h2B3cDNA和h2B1cDNA相比,其核苷酸和氨基酸的同源性分别为95%和93%。用体细胞杂交迹印方法确定人的CYP2B基因位于19号染色体上。1990年Yamano等[12]还克隆了CYP2A3,CYP2A3v,CYP2A4的cDNA,测序结果为在CYP2A3和CYP2A3v 间只有1个氨基酸不同,Leu160→His,是由于T488→A而引起的,另外两处核苷酸的变化是G60→A,G1645→C,属于无意义突变,说明CYP2A3v为CYP2A3的等位基因变化型。CYP2A4与CYP2A3和CYP2SA3v相比,氨基酸序列有94%相同。1990年Matsunaga等[13]测定了CYP2A1和CYP2A2,CYP2A1基因全长12835 bp,CYP2A2较CYP2A1长10 kbp,除位于第2号位长1.5 kbp和位于第5号位长12 kbp的内含子未测序外,CYP2A2 基因的序列都被测出。CYP2A1和CYP2A2都含有9个外显子,有93%的核苷酸序列相同。转录起点为CYP2A1上游的4544 bp及CYP2A2上游的5 529 bp处,两者都含典型的TATA箱但没有CCAAT箱。 在国内,董海涛等[14]采用RT-PCR技术特异性地扩增CYP1A1cDNA,为1.5 kbp大小,将此片段克隆至质粒pGEM-3Z并进行部分序列分析。结果显示克隆片段包含CYP1A1 DNA 5’端和3’端部分编码区及完整的编码区。吴健敏等[15]测得CYP2B6的3’端190 bp序列,与Yamano等[11]报道的序列相同。1995年Wang等[16]根据已知昆虫P450和哺乳动物CYP3在血红素结合位点附近的一段保守氨基酸序列设计探针,筛选棉铃虫(Heliothis zea)cDNA文库,获得了CYP6B2 cDNA。其编码504个氨基酸残基的P450

细胞色素P450与药物代谢的关系

细胞色素P450与药物代谢的关系 众所周知,药物的主要代谢场所是在肝脏内,药物在肝内所进行的生物转化过程,可分为两个阶段:1.氧化、还原和水解反应;2.结合作用。这两个阶段就是药物代谢通常所说的Ⅰ和Ⅱ相反应。 一、药物在肝脏内的代谢反应 Ⅰ相反应――药物通过氧化、还原和水解反应使多数药物灭活的过程,称为Ⅰ相反应。多数药物的Ⅰ相反应在肝细胞的微粒体中进行。是由一组药酶(又称混合功能氧化酶系)所催化的各种类型的氧化作用,使非极性脂溶性化合物(烃基及芳香基羟)产生带氧的极性基因(如羟基),从而增加其水溶性。 Ⅱ相反应――药物经过Ⅰ相反应后,往往要通过结合反应,分别与极性配体如葡萄糖醛酸、硫酸、甲基、乙酰基、巯基、谷胱甘肽、甘氨酸、谷酰胺等基因结合。这一过程成为Ⅱ相反应。通过结合作用,不仅遮盖了药物分子上某些功能基因,而且还可改变其理化性质,增加其水溶性,通过胆汁或尿液排出体外。 二、药酶 药物在肝脏内主要通过氧化、还原、水解和结合等反应进行代谢。在肝细胞微粒体内有1个氧化还原的酶系统,是由多种水解酶和结合酶组成。这个酶系统在生理情况下,可以促进生理活性物质的灭活和排泄,另一方面也可以促进药物代谢,所以又叫药酶。 三、细胞色素P450 细胞色素P450是药酶中的一种多功能氧化还原酶,它可以使药物的烃基及芳香基羟化,使硝基及偶氮化合物还原成氨基,因它的一氧化碳结合物的最大吸收峰在450nm处,故叫P450。药物代谢的Ⅰ相反应,主要在肝细胞的微粒体中进行,此过程系由一组混合功能氧化酶系所催化促进,其中最重要的是P450和有关的辅酶类。细胞色素P450是一种铁卟啉(红细胞血红素)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。 1.细胞色素P450酶系的分类 细胞色素P450酶系也称CYP酶系实际上为同一家族的多种异构型。迄今为止,人类P450的基因已发现有27种,编码多种的P450。 1.1按基因族分类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,按英语A、B、C……和阿拉伯数字1,2,3,……进一步分类。 1.2按功能分类人类的P450可分成二类。CYP1,2,3,主要代谢外源性化合物,如药物、毒物等,有交叉的底物特异性,常可被外源性物质诱导和抑制,在药物代谢过程中,其特异性差。CYP4则主要代谢内源性物质,有高度特异性,通常不能被外源性物质影响,此类P450在类固醇、脂肪酸和前列腺素代谢中起作用。 2. 人肝微粒体细胞色素P450酶的情况 参与人体药物代谢的P450酶主要有:CYP1A、CYP2C、CYP2D、CYP2E和CYP3A五大类。人肝微粒体内参与药物代谢的主要P450酶的含量,CYP3A4占52%,CYP2D6占30%。CYP3A 占成人肝中总CYP450酶的25%,临床中使用的60%药物经CYP3A代谢,CYP3A活性的高低,影响许多药物对患者的使用效果和毒性反应。 3. 细胞色素P450酶系对药物代谢的影响 由细胞色素P450酶系催化的Ⅰ相反应是药物体内代谢转化的关键性步骤,其可以影响药物的半衰期、清除率和生物利用度等许多重要的药物动力学特性。P450酶系具有的可诱导和可抑制的特性,许多化学物对P450酶可产生诱导或抑制作用,进而使某些P450酶的量和活性增加或活性明显降低,因此,一些外源性物质可影响P450酶对其底物的代谢活性,从而

细胞色素P450与药物代谢的关系

细胞色素 P450 与药物代谢的关系众所周知,药物的主要代谢场所是在肝脏内,药物在肝内所进行的生物转化过程,可分为两个阶段:1. 氧化、还原和水解反应;2. 结合作用。这两个阶段就是药物代谢通常所说的I和H相反应。 一、药物在肝脏内的代谢反应 I相反应一一药物通过氧化、还原和水解反应使多数药物灭活的过程,称为I相反应。多数药物的I相反应在肝细胞的微粒体中进行。是由一组药酶(又称混合功能氧化酶系)所催化的各种类型的氧化作用,使非极性脂溶性化合物(烃基及芳香基羟)产生带氧的极性基因(如羟基),从而增加其水溶性。 H相反应——药物经过I相反应后,往往要通过结合反应,分别与极性配体如葡萄糖醛酸、硫酸、甲基、乙酰基、巯基、谷胱甘肽、甘氨酸、谷酰胺等基因结合。这一过程成为H相反应。通过结合作用,不仅遮盖了药物分子上某些功能基因,而且还可改变其理化性质,增加其水溶性,通过胆汁或尿液排出体外。二、药酶药物在肝脏内主要通过氧化、还原、水解和结合等反应进行代谢。在肝细胞微粒体内有1个氧化还原的酶系统,是由多种水解酶和结合酶组成。这个酶系统在生理情况下,可以促进生理活性物质的灭活和排泄,另一方面也可以促进药物代谢,所以又叫药酶。 三、细胞色素P450 细胞色素P450是药酶中的一种多功能氧化还原酶,它可以使药物的 烃基及芳香基羟化,使硝基及偶氮化合物还原成氨基,因它的一氧化碳结合物的最大吸收峰在450nm处,故叫P45O药物代谢的I相反应,主要在肝细胞的微粒体中进行,此过程系由一组混合功能氧化酶系所催化促进,其中最重要的是

P450和有关的辅酶类。细胞色素P450 是一种铁卟啉(红细胞血红素)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。 1.细胞色素P450酶系的分类 细胞色素P450酶系也称CYP酶系实际上为同一家族的多种异构型。迄今为止,人类P450的基因已发现有27种,编码多种的P450b 1.1按基因族分类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按英语A B、C??…和阿拉伯数字1, 2, 3,……进一步分类。 1.2按功能分类人类的P450可分成二类。CYP1 2, 3,主要代谢外源性化合物,如药物、毒物等,有交叉的底物特异性,常可被外源性物质诱导和抑制,在药物代谢过程中,其特异性差。CYP4则主要 代谢内源性物质,有高度特异性,通常不能被外源性物质影响,此类P450在类固醇、脂肪酸和前列腺素代谢中起作用。 2.人肝微粒体细胞色素P450酶的情况 参与人体药物代谢的P450酶主要有:CYP1A CYP2C CYP2D CYP2E 和CYP3A 五大类。人肝微粒体内参与药物代谢的主要P450酶的含量,CYP3A4占52%, CYP2D占30%。CYP3A占成人肝中总CYP450酶的 25%,临床中使用的60%药物经CYP3A弋谢,CYP3A舌性的高低,影响许多药物对患者的使用效果和毒性反应。 3.细胞色素P450酶系对药物代谢的影响

植物细胞色素P450酶系的研究进展及其与外来物质的关系

植物细胞色素P450酶系的研究进展 及其与外来物质的关系 Ξ 刘 宛 李培军 周启星 许华夏 孙铁珩 张春桂 (中国科学院沈阳应用生态研究所痕量物质生态过程开放实验室,沈阳110015) 摘 要 植物细胞色素P450是分子量为40—60K D 、结构类似的一类血红素2硫铁蛋白。它以可溶 性和膜结合两种形态存在于植物细胞内,可催化多种化学反应,在防御植物免受有害物质侵害方面具有重要作用。目前已克隆90多个植物细胞色素P450基因。本文概述了植物P450基因表达调控与环境、发育、组织特异性关系的研究进展。认为植物P450同工酶在环境毒物生物修复和在抗外源毒素的转基因植物方面具有很高的应用前景。 关键词 植物 细胞色素P450 基因克隆 外来物质 The research progress of plant cytochrome P450 enzymes and their relationship with xenobiotics Liu wan Li Peijun Zhou Qixing Xu Huaxia Sun Tieheng Zhang Chungui (Laboratory of Ecological Process of Trace Substances in Terrestrial Ecosystems , Institute of Applied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016) Abstract Plant cytochromes P450enzymes are a diverse array of heme 2thiolate proteins with similar structure in the range of molecular weight 40to 60KD.They are found in vari 2ous subcellular locations in soluble and membrane 2bound forms and play an important role in preventing the plants from injury of harmful substances by catalyzing many kinds of reaction.At present ,more than 90genes for cytochromes P450in plants are cloned.The research progress of expression of plant P450gene family is discussed in relation to regulation in re 2sponse to environmental and developmental cues and tissue location.It is thought that the application prospectives for the bioremediation of environmental toxicants by plant P450isozymes and for expressing these P450s in transgenic plants with anti 2exotoxicants are high. K ey w ords plant ;cytochrome P450;gene clone ;xenobiotics 随着科学技术的进步和工业的发展,有机化学品的生产量不断增加。这些与环境相关的外来化学制剂,统称为异生物质或外来物质(xenobiotics ),常可分为以下几类:多 环芳烃、多氯联苯、有机氯、杂环化合物等[1]。我国该类化合物污染日益严重,在沈阳等大城市及其周围地区的土壤、地面水及地下水中均有较高浓度,这一问题应受到重视[2]。当前,国内从植物细胞色素(cy 2tochrome )P (pigment )450(简称P450,CYP )酶系角度系统研究上述外来物质生物 修复的文献很少[3]。P450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 Ξ中国科学院知识创新工程项目(KZCX22401);国家自然科学基金(29877028)资助项目 第2卷第5期环境污染治理技术与设备 Vol .2,No .52001年10月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Oct .,2001

细胞色素P450

细胞色素P450概述 摘要:细胞色素p450【1】是广泛存在于生物体内的一类含血红素和硫羟基的蛋白,相对分子质量50KD,在波长450nm处有最大吸收峰。实际上,P450是属于血红蛋白类酶也是一类氧化酶,在原核生物中,游离于胞质中,为一种可溶性蛋白;真核生物中,作为一种膜结合蛋白,主要分布在内质网和线粒体内膜上。其参与内源物质的代谢与外源物质的转化,细胞色素p450的末端氧化功能使其在碳同化、激素合成、外源物质降解、前致癌物的活化等方面起着重要作用,具有重要的研究价值和潜在的经济价值【2】。 关键词:细胞色素P450 结构与功能分子进化 1分子进化 分子进化包括自然界中自主发生的多种情况,如基因突变,基因倍增,基因转座与整合,外显子的重排,当病毒与细菌感染导致宿主的基因发生改变,一旦基因发生可遗传的变化,其编码的蛋白也将受到影响,在长期的自然进化中,适应性的蛋白最终得到保存,其中的核心部位具有进化保守性,如一些酶的催化活性基团以及关键的核心位点,除此之外,蛋白与蛋白之间相互作用,其中的反应交界面也是在长期的进化中产生相互的影响,其识别机制与反应特点都是在适应的过程中得到保存。在自然条件下以外,通过人工方法加速分子进化已经成为一种普遍应用的手段,例如点突变技术,易错PCR,交错延伸技术,DNA改组技术等都能快速的实现分子进化从而改变蛋白的特性来满足所需要的要求。 1 细胞色素p450的分布 细胞色素P45的分布【3】存在于不同的生物如细菌、真菌、植物、无脊椎动物、脊椎动物等(详细见表格1)和生物的不同组织中。真菌P450可归为4个集团,植物P450可以分为4个集团,其中脊椎动物肝脏中细胞色素 P450含量最丰富,细胞色素P450主要分布于外源物进入体内必经的组织器官,构成外源物进入体内的第一道防线,如在哺乳动物中,它主要分布于皮肤、大脑、肺、胃肠道、肝脏、肾脏、肾上腺、睾丸、胎盘、黄体、主动脉、血小板和巨噬细胞等,高等植物的细胞色素P450分布在质膜、微粒体和高尔基体等处。除此之外对细胞色素P450与其他物质形成融合蛋白的研究也有所进展,由此可以揭示细胞色素P450在进化方面表现【4】(详细情况见图2)。 2.1 细胞色素p450的结构与反应特点 细胞色素P450家族成员之间的一级结构差异较大,但空间结构却有着较大的相似性,含有由含铁血红素和半胱氨酸组成的活性中心。Dai R,pincus MR等人建立了鼠细胞色素P4502B1的分子模型。该模型建立在对P450II家族成员中P450-BM3的结构研究以及P450cam 和P450terp保守的核心序列的研究的基础上,综合了P450II家族五个成员的氨基酸序列并用二级结构预测的方法对其进行调整,最后采用分子动力学、热平衡及能量最小化等方法对模型进行了优化。该模型认为分子中的F-G LOOP结构不仅具有将分子锚定于膜上的功能,而且提供了疏水性底物进入P450活性位点的通道。疏水性的底物结合区使其易与疏水性的底物作用,而该部位酸性Glu-105 的存在可解释该分子易于与带正电荷的底物甲基苯异丙基苄胺反应因此,该模型成功地解释P450与膜连接机制及其底物特异性。 通常P450有4个β折叠,13个α - 螺旋,其中β5是可变的。核心区域较保守,由D、E、I、J、K和L 6个α螺旋组成。螺旋I包含高度保守的苏氨酸,N- 端有酸性氨基酸残基,位于活性中心吡咯环的上方。螺旋K含非常保守的E- X - X - R,可能起稳定核心结构的作用,位于血红素近侧。螺旋L构成血红素结合区的一个部分,有两套结构保守的β- 折叠, 一

细胞色素p450的研究进展

细胞色素p450 摘要:细胞色素P450酶是广泛存在于生物界的含亚铁血红素单加氧酶, 参与不同生物中多种重要的生化反应,如甾类激素的合成、脂溶性维生素代谢、药物代谢等. 文章结合近期p450研究综述了细胞色素P450生物分布、结构特点、功能、降解及其部分应用。 关键字:p450 发现分布代谢 细胞色素p450是生物界中广泛存在的一种含高铁血红素的蛋白,作为细胞色素p450酶系的末端氧化酶,具有关键作用。其以铁原卟啉为辅基,属于单链b族细胞色素蛋白。因其还原态与CO结合后,在450nm处具有高光吸收峰而得名。由于细胞色素P450 酶在生物体内广泛参与甾类激素的合成、脂溶性维生素代谢、多不饱和脂肪酸转换为生物活性分子, 以及致癌作用和药物代谢,细胞色素p450被各大实验室广泛研究。 1、P450的发现 细胞色素P450(CYPs)代表着一个很大的可自身氧化的亚铁血红素蛋白家族,属于单氧酶的一类,因其在450纳米有特异吸收峰而得名。1958年,这些细胞色素在肝脏细胞微粒体中被发现。这个细胞色素家族的成员在进化路途中(从细菌到人类)的所有生物体中都存在。在原核生物中,CYPs的功能具有可塑性,而真核生物中它们的功能是不同的,哺乳动物CYPs是膜的组分,参与生物合成和许多生理有效物质的代谢,除了在骨骼肌和成熟红血球之外所有的器官和组织中都有发现,而且,这些细胞色素是在催化生物转化的时候是唯一的,例如外源的代谢物质(药物,毒素,环境污染等等) 2、p450分布 2.1动物体内的分布 P450 酶由Klingberg 和Gorfinkle 在1958 年在哺乳动物体内主要存在于肝细胞微粒体中发现的,在同一动物和不同动物的许多不同组织中都存在P450,哺乳动物的肝脏是P450是含量最丰富的器官。昆虫中存在P450 的报道见于20世纪60年代。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 Nesci 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。 2.2植物体内的分布 1969年D.S.Frear等人首次报道了棉花中存在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。另外研究还表明P450含量由高至低的排序为叶、花、茎。 2.3微生物内的分布 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。迄今为止,已陆续在十几个属地细菌中发现了P450。另外在放线菌和真菌种也同样发

细胞色素P450酶系总活性荧光定量检测试剂盒产品说明书(

细胞色素P450酶系总活性荧光定量检测试剂盒产品说明书(中文版) 主要用途 细胞色素P450酶系(CYP-ECOD)总活性荧光定量检测试剂是一种旨在通过乙氧基香豆素脱乙基酶反应系统中乙氧基香豆素转化为羟基香豆素后荧光峰值的变化,即采用荧光法来测定样品中酶系活性的权威而经典的技术方法。该技术经过精心研制、成功实验证明的。其适用于各种细胞或组织裂解萃取液样品(动物、人体)或纯化微粒体样品细胞色素P450酶系的总活性检测。产品严格无菌,即到即用,操作简捷,性能稳定。 技术背景 细胞色素P450酶是肝细胞微粒体复合功能单加氧化酶系统的总称。其分成五十多个亚酶:CYP1至CYP51。作用在于体内外源化合物(xenobiotics),包括药物、致癌剂、化学污染物的氧化代谢,即单加氧化作用(monooxygenation)和羟化作用(hydroxylation)。乙氧基香豆素脱乙基酶(7-ethoxycoumarin O-deethylase;ECOD)的活性是细胞色素P450酶系的诊断标记,其基于ECOD广泛性催化细胞色素P450亚酶的活性。乙氧基香豆素(7-ethoxycoumarin)在乙氧基香豆素脱乙基酶的催化下,转化为羟基香豆素(7-hydroxycoumarin)后荧光峰值的变化(激发波长368nm,散发波长456nm),来定量测定细胞色素P450酶系的活性。乙氧基香豆素脱乙基酶反应系统为: ECOD 7-ethoxycoumarin + NADPH→7-hydroxycoumarin+CH3CHO +NADP+ 产品内容 缓冲液(Reagent A)5毫升 反应液(Reagent B)500微升 底物液(Reagent C)125微升 终止液(Reagent D)2毫升 标准液(Reagent E)100微升 产品说明书1份 保存方式 保存在-20℃冰箱里,反应液(Reagent B)、底物液(Reagent C)和标准液(Reagent E)避免光照,终止液(Reagent D)具有腐蚀性,注意操作安全;有效保证6月 用户自备 1.5毫升离心管:用于标准样品配制和反应的容器 培养箱:用于孵育反应 200微升1厘米光径比色皿或黑色96孔板:用于荧光分析的容器 荧光分光光度仪过荧光酶标仪:用于荧光分析 实验步骤 实验开始前,将-20℃冰箱里的试剂置入冰槽里融化。然后进行下列操作。 一、测定准备 1.准备好待测样品(例如细胞裂解萃取液或微粒体样品等),置于冰槽里 2.设定好荧光分光光度仪(温度为37℃):激发波长370nm,散发波长450nm,并置零3.准备好5个1.5毫升离心管,标记为1至5号管 4.分别加入25微升缓冲液(Reagent A)到每个离心管 5.移取25微升标准液(Reagent E)到1号管,混匀 6.小心移取25微升1号管稀释的标准液(Reagent E)到2号管,混匀

细胞色素P450酶诱导模型

细胞色素P450酶诱导模型 摘要 细胞色素氧化酶P450是人体内一类参与内源性和外源性化合物代谢的重要代谢酶,代谢活化许多药物,前致癌物,前毒物,和质变剂。大约有60%的药物主要依赖细胞色素氧化酶P450的代谢作用清除的。 本文主要建立了细胞色素P450酶的诱导模型,有望为研究新药提供参考。 建立化合物对细胞色素P450酶的诱导的模型时,我们选择了利福平,奥美拉挫和苯巴比妥分别作为1A2,3A4和2B6酶的诱导剂。此模型使用肝细胞来建立的,化合物加入到细胞培养液中,通过LC-MS来从测定代谢产物的变化。同时,我们进行了基因水平的检测,在基因水平上我们检测了化合物对细胞的诱导作用.通过此模型,我们可以直接从LC-MS测定的代谢产物的多少来确定未知的化合物是否对细胞色素CYP450是否有诱导作用。由实验得知,利福平,奥美拉挫和苯巴比妥对1A2,3A4和2B6的诱导能力很强,都超过20倍。

前言 细胞色素P450(cytochrome,CYP450)是一类以还原态与CO结合后在450nm 处具有最高吸收峰的含血红素的单链蛋白质。人体内代谢药物的主要酶就是细胞色素P450超家族(Cytochrome P450 proteins, CYP),它们是一类主要存在于肝脏、肠道中的单加氧酶,多位于细胞内质网上,催化多种内、外源物质的(包括大多数临床药物)代谢。P450酶能通过其结构中的血红素中的铁离子传递电子,氧化异源物,增强异源物质的水溶性,使它们更易排出体外。 美国的一项研究表明,住院患者的严重不良反应发生率为6.7%,因药物相互作用的致死率已排名住院患者死亡原因的第4—5位[1]。近20年内,美国IDA 先后已将批准上市的数十种新药从市场撤出,其最主要的原因就是出现了严重的药物代谢性相互作用[2]。诱导药物代谢是药物在代谢过程中诱导CYP450酶的表达或者CYP450酶的功能上调,从而加快药物的代谢速率,影响了临床药效或者引起药物中毒的一种代谢方式。 新药对CYP450酶的诱导作用已经越来越受国际医药界的重视,新药对CYP450酶诱导能力评价已经正式成为FDA的标准之一。 生物体中的酶分为两种,分别为结构酶和诱导酶,CYP450酶是个很大的家族,其基因就超过了200种,一小部分基因数量稳定在细胞中被持续的转录和翻译,我们称之为结构酶,另一部分酶需要受到化学物质或者激素的刺激才能被表达,我们称之为诱导酶。药物对细胞色素P450产生诱导的主要机制是基因转录水平的提高。绝大部分的CYP450酶的基因转录的增加是通过核受体介导的机制。CYP酶的基因活化主要有三种受体调控:孕烷X受体(PXR),雄烷受体(CAR),和芳烃受体(AhR)。【3】正常情况下,核受体与其对应的阻截物结合,保证基因转录水平的稳定性,但是当诱导药物存在时,药物会和受体配基的结合区域结合,并且使阻截化合物解聚,从而促使染色质变质和基因转录。【4】CYP450酶的家族很大,主要分为三类:CYP1家族,CYP2家族,CYP3家族[27,28] 。我们在实验中选取了CYP450酶的1A2,3A4和2B6进行了诱导能力的评价。CYP3A4,CYP1A2和CYP2B6的诱导分别由PXR,CAR和AhR介导,因此我们对CYP450家族进行的体外诱导实验只需要选取这三个酶就可以了。根据FDA的报道利福平,奥美拉挫和苯巴比妥分别是1A2,3A4和2B6酶强

细胞色素p450的研究进展

细胞色素p450的研究进展 摘要:细胞色素P450酶是广泛存在于生物界的含亚铁血红素单加氧酶, 参与不 同生物中多种重要的生化反应,如甾类激素的合成、脂溶性维生素代谢、药物代谢等. 文章结合近期p450研究综述了细胞色素P450生物分布、结构特点、功能、降解及其部分应用。特别是在环境保护方面的作用。 关键字:p450 结构功能降解环境保护 New Progress In Studies On Cytochrome-P450 Abstract: Cytochrome p450 is one kind of heme-containing monooxygenases and is widespread in the biosphere. It is inolved in many important biological responses in a variety of organisms ,such as biosynthesis of steroid hormonesand fat-soluble vitamin metabolism and drug metabolism . In combination with recent p450 studies,the paper summayscytochrome P450’s biostribution, structural characteristics, function, degradation and some of its applications. Particularly in the role of environmental protection. Keyword: p450 struction function degradation environmental protection 细胞色素p450是生物界中广泛存在的一种含高铁血红素的蛋白,作为细胞色 素p450酶系的末端氧化酶,具有关键作用。其以铁原卟啉为辅基,属于单链b族细胞色素蛋白。因其还原态与CO结合后,在450nm处具有高光吸收峰而得名[1]。由于细胞色素P450 酶在生物体内广泛参与甾类激素的合成、脂溶性维生素代谢、多不饱和脂肪酸转换为生物活性分子, 以及致癌作用和药物代谢,细胞色素p450被各大实验室广泛研究[2]。 1、p450分布 1.1动物体内的分布 P450 酶由Klingberg 和Gorfinkle 在1958 年在哺乳动物体内主要存在于肝细胞微粒体中发现的[3],在同一动物和不同动物的许多不同组织中都存在P450,哺乳动物的肝脏是P450是含量最丰富的器官。昆虫中存在P450 的报道见于20世纪60年代。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 Nesci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[4.5]。 1.2植物体内的分布 1969年D.S.Frear等人首次报道了棉花中存在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。另外研究还表明P450含量由高至低的排序为叶、花、茎[6]。

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