P450-содержащие системы
Любую ферментативную систему, которая включает белок или домен цитохрома P450, можно назвать P450-содержащей системой . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
Ферменты P450 обычно действуют как терминальные оксидазы в многокомпонентных цепях переноса электронов , называемых P450-содержащими монооксигеназными системами, хотя также были описаны самодостаточные немонооксигеназные P450. Все известные монооксигеназные системы, содержащие P450, имеют общую структурную и функциональную доменную архитектуру. Помимо самого цитохрома, эти системы содержат один или несколько фундаментальных редокс- доменов: FAD -содержащий флавопротеин или домен, FMN- домен, ферредоксин и цитохром b 5 . Эти вездесущие редокс-домены в различных комбинациях широко распространены в биологических системах. Домен FMN, ферредоксин или цитохром b 5 переносят электроны между флавинредуктазой (белком или доменом) и P450. Хотя системы, содержащие P450, встречаются во всех царствах жизни, у некоторых организмов отсутствует один или несколько из этих окислительно-восстановительных доменов.
Системы FR/Fd/P450
[ редактировать ]Митохондриальные и некоторые бактериальные системы P450 используют растворимые ферредоксины Fe 2 S 2 (Fd), которые действуют как переносчики одиночных электронов между FAD-содержащей ферредоксинредуктазой (FR) и P450. В митохондриальных монооксигеназных системах адренодоксин действует как растворимый переносчик электронов между НАДФН: адренодоксинредуктазой и несколькими мембраносвязанными P450 (CYP11A, CYP11B, CYP27). У бактерий путидаредоксин, терпредоксин и родококсин служат переносчиками электронов между соответствующими НАДН -зависимыми ферредоксинредуктазами и растворимыми P450 ( CYP101 , CYP108, CYP116).
НАДН → путидаредоксинредуктаза → путидаредоксин → CYP101 → О 2 НАДН → терпредоксинредуктаза → терпредоксин → CYP108 → О 2 НАДН → родококсинредуктаза → родококсин → CYP116 → О 2 НАДФН → адренодоксинредуктаза → адренодоксин → CYP11A1 → О 2
Общая схема потока электронов в системах Р450, содержащих ферредоксины адренодоксинового типа, выглядит следующим образом:
НАД(Ф)Н → ФАД → Fe2SFe2S2 → P450 → О 2
Стеролдеметилазная ферредоксин система микобактерий туберкулеза содержит флавопротеинредуктазу А (FprA), типа Fe 3 S 4 бактериального и гемопротеин CYP51. [ 5 ]
НАД(Ф)Н → ФАД → Фе 3 С 4 → P450 → О 2
Системы СЛР/P450
[ редактировать ]Эукариотические микросомальные ферменты P450 и некоторые бактериальные P450 получают электроны от FAD- и FMN-содержащего фермента, известного как цитохром P450 редуктаза (CPR; EC 1.6.2.4 ). Микросомальный CPR представляет собой мембраносвязанный белок, который взаимодействует с различными P450. У Bacillus megaterium и Bacillus subtilis CPR представляет собой C-концевой домен CYP102, однополипептидной самодостаточной растворимой системы P450 (P450 представляет собой N-концевой домен). Общая схема потока электронов в системе CPR/P450:
НАДФН → ФАД → ФМН → P450 → О 2
Системы CBR/b5/P450
[ редактировать ]Вездесущий белок-электронтранспортер цитохром b 5 может служить эффектором (активатором или ингибитором) P450s. Была выдвинута гипотеза, что цитохром b 5 участвует в переносе второго электрона на P450 либо от CPR, либо от НАДН:цитохром b 5 редуктазы (CBR; EC 1.6.2.2 ):
НАДФН → СЛР → цит b 5 → P450 → О 2 НАДН → ЦБ РФ → цит b 5 → P450 → О 2
Способность системы CBR/цитохром b 5 поддерживать катализ P450 была продемонстрирована in vitro с использованием очищенного CBR и цитохрома b 5 из Saccharomyces cerevisiae и фермента CYP51 из Candida albicans . В этой системе и первый, и второй электроны пожертвованы CBR.
НАД(Ф)Н → ФАД → б 5 → P450 → О 2
Системы FMN/Fd/P450
[ редактировать ]Необычная однокомпонентная система P450 первоначально была обнаружена у Rhodococcus sp. НЦИМВ 9784 ( CYP116B2 ). В этой системе N-концевой домен Р450 слит с редуктазным доменом, имеющим сходство последовательностей с фталатдиоксигеназоредуктазой и состоящим, в свою очередь, из FMN-связывающего домена и С-концевого ферредоксинового домена растительного типа. [ 6 ] Подобные системы были идентифицированы у толерантной к тяжелым металлам бактерии Ralstonia Metallidurans ( CYP116A1 ) и у нескольких видов Burkolderia . Общая схема потока электронов в этой системе выглядит так:
НАДН → ФМН → Fe2SFe2S2 → P450 → О 2
Системы только для P450
[ редактировать ]Редуктаза оксида азота (P450nor) представляет собой фермент P450, участвующий в денитрификации у нескольких видов грибов. Наиболее охарактеризованным P450nor является CYP55A1 из Fusarium oxysporum . Этот фермент не обладает монооксигеназной активностью, но способен восстанавливать оксид азота (NO · ) с образованием закиси азота (N 2 O) непосредственно с использованием НАД(Ф)Н в качестве донора электронов:
НАД(Ф)Н → P450 → НЕТ ·
β-гидроксилаза жирных кислот P450 BSβ из Bacillus subtilis ( CYP152A1 ) и α-гидроксилаза жирных кислот P450 SPα из Pseudomonas paucimobilis ( CYP152B1 ) катализируют реакцию гидроксилирования длинноцепочечных жирных кислот с использованием перекиси водорода (H 2 O 2 ) в качестве окислителя. Эти ферменты не требуют какой-либо восстановительной системы для катализа.
Алленоксидсинтаза (CYP74A; EC 4.2.1.92 ), гидропероксидлиаза жирных кислот (CYP74B), простациклинсинтаза (CYP8; EC 5.3.99.4 ) и тромбоксансинтаза (CYP5; EC 5.3.99.5 ) являются примерами ферментов P450, которым не требуется редуктаза или молекулярный кислород за их каталитическую активность. Субстратами всех этих ферментов являются производные жирных кислот, содержащие частично восстановленный дикислород (либо гидроперокси-, либо эпидиоксигруппы).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дегтяренко, К.Н.; Куликова, Т.А. (2001). «Эволюция бионеорганических мотивов в системах, содержащих P450». Биохим. Соц. Транс . 29 (2): 139–147. дои : 10.1042/BST0290139 . ПМИД 11356142 .
- ^ Ханукоглу, И. (1996). «Белки-переносчики электронов систем цитохрома P450» (PDF) . Адв. Мол. Клеточная Биол . Достижения молекулярной и клеточной биологии. 14 : 29–56. дои : 10.1016/S1569-2558(08)60339-2 . ISBN 9780762301133 .
- ^ Маклин, К.Дж.; Сабри, М.; Маршалл, КР; Лоусон, Р.Дж.; Льюис, Д.Г.; Клифт, Д.; Облысение, пиар; Данфорд, Эй Джей; Уорман, Эй Джей; Маквей, JP; Куинн, AM; Сатклифф, MJ; Скраттон, Северная Каролина; Манро, AW (2005). «Биоразнообразие окислительно-восстановительных систем цитохрома P450». Биохим. Соц. Транс . 33 (4): 796–801. дои : 10.1042/BST0330796 . ПМИД 16042601 .
- ^ Охта, Д.; Мизутани, М. (2004). «Избыточность или гибкость: молекулярное разнообразие компонентов переноса электронов для монооксигеназ P450 у высших растений» . Передний. Биосци . 9 (1–3): 1587–1597. дои : 10.2741/1356 . ПМИД 14977570 .
- ^ Маклин, К.Дж.; Уорман, Эй Джей; Сьюард, HE; Маршалл, КР; Гирван, HM; Чизмен, MR; Уотерман, MR; Манро, AW (2006). «Биофизическая характеристика стеролдеметилазы P450 из Mycobacterium Tuberculosis , родственного ей ферредоксина и их взаимодействия». Биохимия . 45 (27): 8427–8443. дои : 10.1021/bi0601609 . ПМИД 16819841 .
- ^ Робертс, Джорджия; Челик, А.; Хантер, DJB; Ост, ТВБ; Уайт, Дж. Х.; Чепмен, СК; Тернер, Нью-Джерси; Флич, С.Л. (2003). «Самодостаточный цитохром P450 с первичной структурной организацией, включающей флавиновый домен и окислительно-восстановительный центр [2Fe-2S]» (PDF) . Ж. Биол. Хим . 278 (49): 48914–48920. дои : 10.1074/jbc.M309630200 . ПМИД 14514666 .
