细胞色素P450

米拉Senthilingam

内特·亚当斯本周用一种催化化合物为我们带来活力。

内森·亚当斯

细胞色素p450s组蛋白质可能是我们细胞中最重要的分子机器。它们是启动分解或代谢过程的酶，通常是我们的身体不想要或不再需要的有毒或危险分子。这些物质可能是人体制造的，也可能是我们吃进身体里的——它们可能是药物、毒品、毒药，也可能只是在我们的食物里．

P450是一个超级酶家族的名字，已经确定了数百种不同的形式。在每一种植物、动物和细菌中都有[尽管它们还没有被发现]大肠杆菌]，并被怀疑在30亿年前就已经进化了，远远早于复杂的生命出现在地球上。P450被认为是现存最大、功能最多样化的酶家族。尽管它们最广为人知的功能是在人体内代谢药物，但它们也被用于防御机制和植物中彩色色素的产生，以及霉菌中抗生素的生物合成。它们还可以用于消化碳氢化合物的细菌的生物修复，例如在石油泄漏后。

这类蛋白质之所以得名(P450位)，是因为它们强烈吸收450纳米的光，在可见光谱中是蓝色的。这很重要，因为这种强吸光度是这些非常多功能酶如何工作的第一个暗示。它们如此强烈地吸收光线，是因为它们含有一种特殊的分子，叫做卟啉，它含有一个铁．就像血红蛋白在我们的血液中，它很擅长结合氧气．这种铁为P450蛋白催化的反应提供了活性位点。450纳米的独特吸光度来自蛋白质中的硫原子、卟啉中的铁原子和环境中的一氧化碳之间的相互作用。

细胞色素P450最早是在20世纪50年代被研究的，当时科学家们发现来自兔子肝细胞的细胞器能够作用于大量的外来底物，如药物分子和碳氢化合物——将一个氧原子插入到它们的结构中。P450攻击分子中的某些基团，如长链脂肪酸和芳香基团，使它们具有极性，更易溶解，便于在细胞内进一步加工。简单地说，P450s获取一个氧分子，将一个氧原子插入目标分子中，并还原另一个氧原子以产生水。P450还需要一个电子源来还原氧气，在这种情况下来自辅酶电子源NADPH．

随着基因组测序技术的迅速发展，P450基因的多样性和复杂性不断增加。到目前为止，已经鉴定出2000多种不同的P450基因，从酵母中只有3种，到人类中约有75种，再到大米中至少有224种P450基因。但不仅如此，一个P450酶能够作用于许多不同的底物。最初研究的兔子肝脏能够代谢超过800种不同的有机分子。

随着时间的推移，这些大量的酶通过多轮基因重组、剪接和随机突变进化而来。它们最初是在30亿到35亿年前形成的，当时大气还没有富氧，它们为早期厌氧生物提供了一种保护方法，使其免受这种有毒的新气体——分子氧的侵害。大约15亿年前，随着生物复杂性的增加，它们似乎已经进化到可以代谢脂肪和胆固醇。

当生命从海洋迁移到陆地，遇到有毒的植物化学物质、碳氢化合物和火灾的燃烧副产品时，功能发生了戏剧性的扩张。接下来是一个竞争性的进化过程，植物进化出新的有毒化合物来防止它们被吃掉，动物进化出新的方法来对付这些毒素，这两种方法都需要P450。这种高速进化是为了应对不断变化的生命外部威胁。

所以你知道了，30亿年的进化过程使我们的身体能够处理我们日常生活中遇到的许多危险化学物质，也产生了我们今天使用的许多美丽的颜色和丰富的抗生素和其他药物。

米拉Senthilingam

这是谢菲尔德大学的内特·亚当斯的细胞色素p450化学图。下周，一种被低估的化合物。

布莱恩·克莱格

引起人们注意的有机化合物往往是像DNA这样的大而华丽的数字，但有机化学实验室的一些真正的工作人员是简单的化合物，比如吡啶．

米拉Senthilingam

在下周的节目中加入布莱恩·克莱格，了解这台机器背后的化学反应元素中的化学．在那之前，感谢大家的收听，我是Meera Senthilingam。