CPR

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要約

シトクロムP450（CYP、ヘモプロテイン）とシトクロムP450還元酵素（CPR、ジフラボ酵素）の二酵素系は、酸素とNADPHを利用して、さまざまな細胞や臓器でさまざまな内因性および外因性分子の生成を媒介します。興味深いことに、1:1の比率が代謝に最適とされる一方で、遍在するCYP:CPRの分布比率は10から100:1以上です。さらに、これらのin vitroまたはin situの集合体で消費されるNADPHの量は、代謝された基質の量を大幅に超えることがよくあります。CPRは分子酸素を活性化し、拡散可能な還元酸素種（DROS）を生成できることが報告されています。さらに、CPRは拡散可能なラジカル媒介プロセスを通じて過酸化物を消費し、水を生成します（ただし、重要な酸素の発生はありません）。 

研究者たちは、CPRの酸素活性化速度と過酸化物枯渇速度がCYP+CPR混合物における主要な反応性であることを定量的に示しました。彼らは、CPRが反応環境における拡散可能な還元酸素種の濃度を調節できることを示しています。これらの研究は、CPRが必然的にDROSを生成し枯渇させるため、CPR媒介反応にはエネルギー的に「無駄」であり、潜在的に「危険」であることを指摘しています。したがって、これもCPRが細胞内で低密度に分布している理由を説明しています。CYPヘム中心に主に起因するいくつかの活性は、現在CPRのフラビンの一面であることが特定されています。 

シトクロムP450とシトクロムP450還元酵素

シトクロムP450（CYP）は、多様なヘムチオレートタンパク質のファミリーとして、いくつかの内因性分子および外因性物質の代謝に関与しています in vivo。CYPは、比較的反応性の低い部分を選択的に酸化し、キラルシンソンを生成する能力から、優れたグリーンケミストリーの可能性を持つと考えられています。CYPは、高度に保存されたシトクロムP450還元酵素（CPR、ジフラボ酵素）と協調して機能します。末端の酸化還元当量は、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADPHおよびNADH）から得られ、分子三重酸素が主要な酸化剤として使用されます。CYP+CPR反応全体は「脱結合」していることがわかり、反応系で拡散可能な還元酸素種（DROS）のスーパーオキシドと過酸化物が生成されます。基質がCYPの活性部位に結合すると、ヘム鉄の酸化還元電位が増加し、このタンパク質間相互作用がCPRによるCYPの還元を促進することがあります。

図1. ヘム中心でのDROSと水の生成の以前のメカニズム（Manoj, K.M.; et al. 2010）

「脱結合」はNADPHの酸化還元当量の損失をもたらすため、これはエネルギーを浪費するプロセスと見なされます。理論的には、1分子のNADPHは、全体の二電子プロセスを通じて1分子の過酸化物または1分子の水酸化生成物を生じることができます。しかし、反応媒体で形成される水酸化生成物とDROSの総量を大幅に超えるNADPHの消費量を示す実験データがあります。この化学量論的な不均衡を説明するために、ヘム中心に基づくメカニズムが提案されており、二電子が不足した酸素化CYP触媒中間体である化合物Iが別のNADPH分子を消費し（CPRの助けを借りて）、水を生成します。

図2. CYP+CPR混合物に関与する反応（Manoj, K.M.; et al. 2010）

CPR媒介の過酸化物枯渇におけるラジカル反応の関与

図3は、強力なラジカルスカベンジャーであるパルミチン酸アスコルビル（AAP）の添加がCPR媒介の過酸化物分解反応に与える影響を示しています。CPRを用いた陽性対照反応では、初期の過酸化物の97%以上が40分以内に分解されることが示されました。AAP単独の対照では約35%の背景過酸化物分解が得られましたが、CPRとAAPの両方を含むテスト群では同じ期間に47%の分解が得られました。過酸化物の自己触媒分解を考慮すると、AAPを含むCPR反応混合物はCPRを含む反応性の約19%しか示しませんでした。この結果は、CPR媒介の過酸化物枯渇が拡散可能なラジカルを含むことを示唆しています。

図3. CPR媒介の過酸化物枯渇におけるラジカルスカベンジャーの効果（Manoj, K.M.; et al. 2010）