细胞色素P450血红素周围可氧化氨基酸的保护作用与进化分布研究

本综述深入探讨了细胞色素P450（CYP）酶中色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）和半胱氨酸（Cys）形成的空穴传递链如何通过氧化酶分流（oxidase shunt）途径将高反应性中间体（如化合物I/CI）的氧化当量引导至酶表面，从而在底物氧化失败时防止酶损伤。作者通过分析188个P450酶结构，揭示了原核与真核酶中最近氧化氨基酸的分布差异，并提出了真核酶中色氨酸-血红素D-丙氨酸氢键基序的保护性功能新见解。

　　

亮点

• 细菌P450酶中酪氨酸（Tyr）是最接近血红素的可氧化氨基酸，而真核酶中色氨酸（Trp）占主导地位

• 真核酶中常见的结构基序：色氨酸与血红素D-丙氨酸（D-propionate）形成氢键

• 细菌CYP102A1中类似位置的色氨酸被证实可延长酶催化寿命

• 真核酶中的色氨酸可能发挥类似的保护作用

结论

细胞色素P450酶通过色氨酸、酪氨酸和半胱氨酸残基形成的空穴传递链，为高反应性中间体（如化合物I/CI和化合物II/CII）提供了重要的保护机制。我们对188个P450酶结构的分析表明，原核与真核酶在最近可氧化氨基酸的分布上存在显著差异：细菌酶偏好酪氨酸（占最近残基的三分之二），而真核酶中色氨酸占主导地位。特别值得注意的是，真核酶中色氨酸与血红素D-丙氨酸的氢键相互作用可能构成一种进化适应的保护基序，这与在细菌CYP102A1中观察到的色氨酸保护功能相呼应。这些发现支持了空穴传递作为P450酶普遍保护机制的假说。

结论

色氨酸/酪氨酸/半胱氨酸链在细胞色素P450酶中形成有效的空穴传递通路，当底物氧化失败时，这些通路能将氧化当量从高电位中间体引导至酶表面。真核酶中色氨酸主导的分布模式，特别是与血红素D-丙氨酸的氢键基序，暗示了其与细菌酶中酪氨酸不同的保护策略进化路径。这些结构洞察为理解P450酶的抗氧化损伤机制提供了新视角，并可能指导未来酶工程的设计。