细胞色素P450催化反应类型
化学先生 / 2019-07-31
从催化反应化学角度而言，烃类的羟基化和环氧化是化学催化难以完成的反应。由于细胞色素P450具有催化饱和烃羟基化的功能，近50年来它的反应化学备受关注，主要催化氧化反应类型如下。
(1) 饱和烃的羟基化d细胞色素P450最典型的催化反应是C- H键羟基化反应(图示4-4a)，假单胞菌( pseudomonas putida)的细胞色素P450cam能立体选择性催化樟脑(camphor)外侧C5一H键羟基化(图示4-4b)。微生物用此萜烯为唯一碳源和能源;樟脑首先羟基化，然后被代谢为异丁酸盐和醋酸盐。丙戊酸(valproic acid)的羟基化反应发生在4、5位上(图示 4-5)。
(2)烯烃环氧化、炔烃氧合作用细胞色素P450催化烯烃C=C双键环氧化反应(图示4-6)，总是涉及立体化学，顺式烯烃得到顺式环氧化物。其反应机理也相对复杂(图 4-6)，一个关键的步骤是形成电荷转移配合物(chargetransfercomplex),从该电荷转移配合物经过不同途径得到环氧化物，即可能形成自由基中间体，也可能形成阳离子中间体，当然，不同中间体所生成的副产物不尽相同。
末端炔烃被P450催化氧化时得到羧酸(图示4-7)、酶蛋白改性产物或血红素N-烷基化产物。
(3) 芳烃环氧化、羟基化P450催化芳环羟基化反应被认为经过了环氧化过程(图示4-8)。
(4) N-脱烷基化、S-脱烷基化、O-脱烷基化 含杂原子底物(杂原子:X=NR、S、0)被P450 催化氧化后得到脱烷基的含杂原子化合物和醛(RXH，RCHO) (图示4-9)。
对于烷基胺，来源于分子氧的氧原子有两种途径:①醛的快速原位还原成醇阻止了氧交换;②用N-甲基咔唑为底物，得到稳定的氧合产物N-羟甲基咔唑。插人底物的氧原子可以来源于NADPH/O2，或用过氧化物(ROOH)、过氧酸[RC(O)OOH]替代。P450催化杂原子(X)氧化反应(X=NR、S)和脱烷基化反应(X=NR、S、0)机理如图4-7所示。
(5) N-羟基化、N-氧化、S-氧化 P450催化下可发生N-羟基化、N-氧化、S-氧化反应(图示4-10)。
(6)氧化脱氨、氧化脱卤素 仲胺、仲卤代烃进行氧化脱氨、氧化脱卤化氢生成酮(图示4-11)。
(7)醇、醛氧化醇氧化生成醛或酮(图示4-12)， 如果是醛，很容易进- .步氧化得到酸(图示4-12)。
(8)脱氢、脱水饱和碳脱氢首先生成自由基(图示4-13)，进一步脱氢得到烯烃，或发生羟基化反应。羟胺脱水生成腈、过氧化氢脱水得到环氧化物(图示4-14)。
( 9)还原反应P450催化下可进行还原脱卤素(图示4-15)、 N-氧化物还原(图示4-16)、环氧化物还原(图示4-17)、烃基过氧化物的还原性β裂解(图示4-18)、NO还原(图示4-19)等还原反应。
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