還原伴侶對細胞色素P450酶MycG功能調控的研究

楊超凡，姜玉超，桑茉莉，李盛英，張偉

（山東大學微生物技術研究院，山東大學微生物技術國家重點實驗室，山東 青島 266237）

細胞色素P450 酶能夠催化包括“碳氫鍵選擇性氧化”在內的20 余類、數以萬計的氧化還原反應，其生物學功能廣泛涉及人類與脊椎動物異源物質代謝與激素合成，植物與微生物天然產物生物合成以及微生物降解代謝等，其催化的反應具有高度的位點和立體選擇性，是化學催化劑的重要瓶頸［1-3］。氧化還原伴侶蛋白（簡稱還原伴侶，redox partner）在絕大多數P450 酶催化反應中不可或缺，負責將來自輔因子NAD（P）H 的2 個電子依次傳遞到亞鐵血紅素（heme）反應中心以激活氧分子［4］。P450 酶和還原伴侶在長期進化過程中，通過基因融合與分離的方式，演化出多種不同的催化系統。根據P450酶和還原伴侶構成的電子傳遞鏈的不同，可分為3 種主要類型：第1 類為三組分系統，P450酶、鐵氧還蛋白（ferredoxin，Fdx）和鐵氧還蛋白還原酶（ferredoxin reductase，FdR）均以獨立蛋白的形式存在，其電子傳遞鏈一般為NAD（P）H→FAD→FeS→heme，常見于細菌及線粒體P450催化系統，如銅綠惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）來源的PdR/Pdx［5］、牛（Bovine）來源的AdR/Adx［6］和菠菜（Spinach oleracea）來源的FdR/Fdx［7］等。第2類為雙組分系統，還原伴侶由FAD和FMN雙結構域融合形成細胞色素P450 還原酶（cytochrome P450 reductase，CPR）［8］，常 見 于真核細胞，與P450 蛋白組成雙組分系統；另外，自然界也存在P450酶與鐵氧化蛋白FMN或者鐵硫簇FeS融合形式的雙組分系統，如來自Methylococcus capsulatus的CYP51FX（N-P450-Fe3S4-C）［9］和來自Rhodococcus rhodochrous11Y 的XplA（N-FMN-P450-C）［10］。第3 類則為單組分系統，其還原伴侶與P450 蛋白融合形成一個完整蛋白，能夠在只添加輔因子NAD（P）H的條件下實現P450催化功能，因此常被稱為“催化自主型”P450 酶（圖1）。……