哺乳动物细胞色素P450酶中底物识别位点与功能的进化关系研究

摘要

细胞色素P450（Cytochrome P450，CYP）酶几乎存在于所有的物种中，它们从共同的祖先通过基因倍增的方式进化而来，以一种“爆炸性”的趋势形成了现如今庞大的超家族，存在进化多样性。作为一种亚铁血红素蛋白酶，其反应过程类似于单加氧酶，催化有机物质进行氧化反应。细胞色素P450酶的代谢底物除类固醇、脂质等内源性物质之外，部分超家族成员还参与药物等外源性物质的代谢过程，存在功能多样性。通过注释和分析11种哺乳动物共644条细胞色素P450酶发现，7个活跃亚家族——CYP2A、CYP2C、CYP2D、CYP2E、CYP2J、CYP3A和CYP4F在进化过程中发生了显著的规模扩增或收缩，且均属于CYP1～4家族；相比之下，非CYP1～4家族的家族规模则基本保持稳定。基于细胞色素P450酶的二级结构比对和进化速率预测，其六段底物识别位点（substrate recognition sites，SRSs）的进化速率在CYP1～4家族，特别是在活跃亚家族中，都显著快于非CYP1～4家族，这很好的解释了CYP1～4家族中成员在外源性物质代谢过程中的重要性。同时发现，在六段底物识别位点中，SRS1～3的进化速率显著快于SRS4～6，说明了SRS1～3在更大程度上决定了细胞色素P450酶在进化过程中所获得的功能。文章通过综合分析细胞色素P450酶的序列、结构和功能，很好地解析了其进化模式以及其与底物识别、结合的模式。

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第一章 绪论

1.1细胞色素P450酶

1.2 重复基因的分子进化

1.3 课题研究目的

第二章 实验材料与研究方法

2.1 细胞色素P450酶的数据库

2.2 研究方法

2.3 相关软件

第三章 结果与分析

3.1 哺乳动物细胞色素P450酶的注释

3.2 哺乳动物细胞色素P450酶的活跃亚家族

3.3 人类细胞色素P450酶

3.4 底物识别位点在不同亚家族之间的进化差异

3.5 不同底物识别位点的进化差异

第四章 讨论与展望

4.1 细胞色素P450酶的复制模式探索

4.2 细胞色素P450酶的功能分化模式探索

4.3 细胞色素P450酶的底物识别模式探索

4.4 总结

4.5 展望

参考文献

附录1

附录2

致谢

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