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细胞色素P450是一类含血红素的蛋白超家族,存在于各种动物、植物和微生物之中,主要参与机体内源分子的生物合成和外源分子的代谢过程。P450蛋白催化功能强大,反应类型多种多样,在化学、药学、生物和生物工程等方面具有广泛的应用。P450需要依赖外源电子的传递来发挥其催化作用。P450电子传递系统由电子传递蛋白和P450蛋白所组成,根据电子传递方式的不同可将该系统分为十类,其中Ⅰ类型和Ⅱ类型较为普遍。细菌中普遍存在的是Ⅰ类型P450电子传递系统,该系统由铁氧还蛋白还原酶、铁氧还蛋白和P450蛋白组成。沼泽红假单胞菌HaA2(Rhodopseudomonas palustris HaA2)适应性强,能忍耐高深度有机废水,对酚、氰等毒物有较好的忍受和分解能力。该菌中目前发现含有HaPuR-HaPux-CYP199A4和潜在的RPB3630(HaPuxC)-RPB361(铁氧还蛋白还原酶待确定)两条Ⅰ类型电子传递链。本论文利用生物化学和结构生物学的方法和技术,表达、纯化、结晶并解析了电子传递链上的两个铁氧还蛋白HaPuxC (RPB3630)和HaPux的晶体结构。通过结构分析发现,HaPuxC蛋白含一个3Fe-4S簇,整体结构含有两条长短不同的α螺旋和两对反向平行的p片层,它们之间由5条转角相连接。与其它结构已知的铁氧还蛋白相比,HaPuxC蛋白的p片层及p片层和α螺旋之间的转角较长。同时,HaPuxC在铁氧还蛋白所特有的CXXXXXC(X)nCP基序中,X为组氨酸,并能与铁硫簇所结合loop上61位保守的谷氨酸(Glu61)形成氢键,以稳定组氨酸残基远离铁硫簇的构象。根据蛋白的构象和所带表面电荷推测,Glu61在铁氧还蛋白与下游的P450蛋白识别中发挥重要作用,但组氨酸的具体作用还有待进一步研究。而HaPux蛋白则为2Fe-2S型铁氧还蛋白,序列中含有四个保守的半胱氨酸(Cys39、Cys45、Cys48和Cys86)与铁原子配位。较其它2F-2S型铁氧还蛋白相比,其结构中不含多余的半胱氨酸。第三个半胱氨酸后的组氨酸较为保守,参与了分子内氢键网络的形成,对维持分子的构象及连接各结构域具有重要作用。HaPuxC和Hapux蛋白结构的解析,不仅完善了该菌中两条Ⅰ类型电子传递链的已知信息,并为寻找HaPuxC蛋白上游的还原酶提供了线索。同时,通过比较两个蛋白结合铁硫簇的loop区域(该位置被认为是与下游P450蛋白识别、作用的区域)表面电荷的分布,验证了它们可通过表面电荷的差异特异性识别不同的P450蛋白。本论文的第二部分是对枯草芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中CYP102A1(BM3)蛋白的某些突变体的结构解析。BM3蛋白不同的突变体可以结合不同的底物,使其被催化。利用这一性质可以用BM3的突变体模拟人体中P450蛋白对药物的分解代谢作用。本论文选取了三个突变体进行了结晶研究和结构解析,通过结构比对发现三个突变体的整体结构较母体蛋白没有发生太大变化,底物进入通道口袋处及活性位点处氨基酸的突变,会改变通道孔径的大小、通道内的极性及分子内的氢键网络等因素从而改变底物选择的特异性。但突变体与非天然底物的具体相互作用方式还有待于突变体和底物复合物晶体结构的解析。