細胞色素P450催化反應類型
化學先生 / 2019-07-31
從催化反應化學角度而言，烴類的羥基化和環(huán)氧化是化學催化難以完成的反應。由于細胞色素P450具有催化飽和烴羥基化的功能，近50年來它的反應化學備受關注，主要催化氧化反應類型如下。
(1) 飽和烴的羥基化d細胞色素P450最典型的催化反應是C- H鍵羥基化反應(圖示4-4a)，假單胞菌( pseudomonas putida)的細胞色素P450cam能立體選擇性催化樟腦(camphor)外側C5一H鍵羥基化(圖示4-4b)。微生物用此萜烯為唯一碳源和能源;樟腦首先羥基化，然后被代謝為異丁酸鹽和醋酸鹽。丙戊酸(valproic acid)的羥基化反應發(fā)生在4、5位上(圖示 4-5)。
(2)烯烴環(huán)氧化、炔烴氧合作用細胞色素P450催化烯烴C=C雙鍵環(huán)氧化反應(圖示4-6)，總是涉及立體化學，順式烯烴得到順式環(huán)氧化物。其反應機理也相對復雜(圖 4-6)，一個關鍵的步驟是形成電荷轉移配合物(chargetransfercomplex),從該電荷轉移配合物經(jīng)過不同途徑得到環(huán)氧化物，即可能形成自由基中間體，也可能形成陽離子中間體，當然，不同中間體所生成的副產(chǎn)物不盡相同。
末端炔烴被P450催化氧化時得到羧酸(圖示4-7)、酶蛋白改性產(chǎn)物或血紅素N-烷基化產(chǎn)物。
(3) 芳烴環(huán)氧化、羥基化P450催化芳環(huán)羥基化反應被認為經(jīng)過了環(huán)氧化過程(圖示4-8)。
(4) N-脫烷基化、S-脫烷基化、O-脫烷基化 含雜原子底物(雜原子:X=NR、S、0)被P450 催化氧化后得到脫烷基的含雜原子化合物和醛(RXH，RCHO) (圖示4-9)。
對于烷基胺，來源于分子氧的氧原子有兩種途徑:①醛的快速原位還原成醇阻止了氧交換;②用N-甲基咔唑為底物，得到穩(wěn)定的氧合產(chǎn)物N-羥甲基咔唑。插人底物的氧原子可以來源于NADPH/O2，或用過氧化物(ROOH)、過氧酸[RC(O)OOH]替代。P450催化雜原子(X)氧化反應(X=NR、S)和脫烷基化反應(X=NR、S、0)機理如圖4-7所示。
(5) N-羥基化、N-氧化、S-氧化 P450催化下可發(fā)生N-羥基化、N-氧化、S-氧化反應(圖示4-10)。
(6)氧化脫氨、氧化脫鹵素 仲胺、仲鹵代烴進行氧化脫氨、氧化脫鹵化氫生成酮(圖示4-11)。
(7)醇、醛氧化醇氧化生成醛或酮(圖示4-12)， 如果是醛，很容易進- .步氧化得到酸(圖示4-12)。
(8)脫氫、脫水飽和碳脫氫首先生成自由基(圖示4-13)，進一步脫氫得到烯烴，或發(fā)生羥基化反應。羥胺脫水生成腈、過氧化氫脫水得到環(huán)氧化物(圖示4-14)。
( 9)還原反應P450催化下可進行還原脫鹵素(圖示4-15)、 N-氧化物還原(圖示4-16)、環(huán)氧化物還原(圖示4-17)、烴基過氧化物的還原性β裂解(圖示4-18)、NO還原(圖示4-19)等還原反應。
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