万能生物催化剂全长晶体结构获破解

 
 
万能生物催化剂全长晶体布局获破解  
 

完整酶布局      郭瑞庭供图

电子通报机制      郭瑞庭供图

5月29日，《自然—通讯》在线颁发了首个细胞色素P450酶的全长风雅三维布局，解答了这一数十年未解的科学困难。

湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国度重点尝试室传授陈纯琪、马立新和郭瑞庭相助完成了这项事情。他们理会了一种P450酶CYP116B46的晶体布局，并阐发电子在分子内通报的方法。这对相识P450的布局及完整机理提供了重要指导，且对P450酶在医药和家产规模的应用具有重要代价。

万能生物催化剂

细胞色素P450是一种酶卵白，最早于1955年在老鼠的肝脏细胞中发明，因为其与一氧化碳团结的还原态接收光谱波长约在450 nm而得名。

该卵白由血红素（heme）布局域和含有黄素单核苷酸（FMN）的还原酶布局域构成；这两个部门通过包括铁硫簇的铁氧还卵白域相连。“细胞色素P450是一个复杂的酶家属，简称为CYP，参加很多天然产品的合成途径与毒物、药物代谢回响。”论文通讯作者陈纯琪汇报《中国科学报》，在植物中，P450家属参加一些非凡化合物的合成，如青蒿素和紫杉醇；在人体中，P450家属主要参加解毒进程，如化解可以导致癌症的黄曲霉毒素等。

这是因为P450的催化多能性很高，涉及20余类回响，包罗羟化回响、环氧化回响和成环回响等。其底物谱极广，可以识别芬芳族、聚酮类、萜类、肽类、糖类等范例的底物，拥有“万能生物催化剂”之称。

它还具有高度区域选择性和立体选择性，能特异性的识别布局位点和偏向。另外，P450酶的底物团结区具有高度可塑性，透过酶工程改革可以改变底物谱，在重要化学品和药物制造方面的应用深具潜力。

因此，药物活性化与代谢主要都是由CYP这个酶家属所认真的，约莫席卷了生物体中此类代谢的75%。

P450系统遍及存在于所有生物甚至病毒中，已发明高出18000种P450系统。人体内已经发明高出57种P450系统，大部门是膜卵白，主要漫衍在粒线体内膜或内质网上。不外，在大肠杆菌中未发明此类酶卵白的踪影。

“绝大大都P450酶需要氧化还原酶来提供电子，以活化底物团结区的血红素，进而转化底物。”陈纯琪说，成立一个P450系统必需寻找同源可能相匹配的氧化还原酶。

在P450系统的9个家属中，只有2个家属在同一条多肽链上自带氧化还原酶，被称为自给自足的P450酶，这类酶主要来自细菌。别的一些P450系统则需要从外界得到匹配的氧化还原酶，这种环境主要产生在动物体内。

“自给自足的P450酶在生物技能应用方面是极具吸引力的生物催化剂。因此，自给自足P450酶内部电子如何通报是一个很是有趣且重要的课题。”论文通讯作者郭瑞庭汇报《中国科学报》，此前，科学家已经对P450系统中的血红素和FMN等布局域研究较量清楚，但对中间毗连部门始终不相识，缺乏全长风雅布局。

“在卵白纯化及造就晶体的进程中，P450酶极易从中中断裂或降解，因而很可贵到完整的全长三维立体布局。”陈纯琪说。

得到全长P450风雅三维布局

今朝已知的自给自足P450酶有两类。第一类以来历于庞大芽孢杆菌的CYP102A1为代表，由氮端的血红素布局域和碳端的P450还原酶 （CPR）构成，电子通报的偏向是从碳端向氮端通报。固然这类P450酶的全长风雅布局仍然缺失，但对付这类P450酶的电子通报机理也有了一些大致的理论。

第一类自给自足P450酶布局域分列      郭瑞庭供图