細(xì)胞色素P450酶介導(dǎo)的芳香族化合物代謝機(jī)理的研究.pdf

1、芳香族化合物(Aromatic Compounds)的來源與分布都非常廣泛，是環(huán)境中典型的有機(jī)污染物。該類化合物的分子結(jié)構(gòu)中一般都帶有苯環(huán)，當(dāng)其進(jìn)入生物體后極易引發(fā)致畸、致癌、致突變效應(yīng)，對人類的健康產(chǎn)生巨大的威脅。細(xì)胞色素P450酶(Cytochrome P450)作為自然界中的萬能氧化酶對進(jìn)入生物體的外源性化合物尤其是一些間接致癌物的代謝轉(zhuǎn)化（包括代謝解毒和代謝活化）中起著至關(guān)重要的作用。這類化合物進(jìn)入生物體后，經(jīng)細(xì)胞色素P450酶

2、的氧化激活生成極易與體內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子上的親核位點(diǎn)發(fā)生共價結(jié)合的親電分子，引起腫瘤，誘發(fā)癌癥。因此，深入了解這類化合物在P450酶介導(dǎo)下的代謝路徑具有極其重要的意義，這有助于診斷環(huán)境污染的狀況和程度，并為早期環(huán)境預(yù)警提供理論支撐。但由于常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段存在諸多限制，例如，P450酶的活性單體CpdⅠ(CompoundⅠ)、Cpd0(Compound0)等在反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)瞬即逝，極其難以捕捉，給化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的研究帶來極大的困難

3、。因此我們采用密度泛函理論（Density Functional Theory，DFT）計(jì)算的方法來對這些反應(yīng)進(jìn)行研究。主要分為以下三部分內(nèi)容:
　　(1)本位取代反應(yīng)（ipso-Substitution）是P450酶代謝對位取代苯酚類化合物的一種重要途徑，卻鮮有用量子化學(xué)計(jì)算的方法來研究其內(nèi)在機(jī)制的報道。我們以雙酚A為模型化合物對其在P450酶的CpdⅠ介導(dǎo)下的本位取代反應(yīng)路徑與氧加成路徑進(jìn)行計(jì)算，比較后發(fā)現(xiàn)本位取代反應(yīng)路徑為優(yōu)

4、勢反應(yīng)路徑，即:P450酶的CpdⅠ活性中心的氧將酚上的氫提取后反彈到對位或鄰位生成相應(yīng)產(chǎn)物，該路徑發(fā)生在低自旋二重態(tài)下，速率決定步驟為氫原子的提取。同時我們研究了一系列對位不同取代基苯酚發(fā)現(xiàn)本位取代反應(yīng)的過渡態(tài)能壘與取代基效應(yīng)密切相關(guān)，隨對位取代基特性常數(shù)σp的增大而增大。
　　(2)苯并(a)芘(Benzo[a]pyrene)作為一種典型的P450酶底物，具有極強(qiáng)的致癌效應(yīng)。本研究從反應(yīng)動力學(xué)及熱力學(xué)方面對P450酶的CpdⅠ

5、環(huán)氧化苯并(a)芘各活性位點(diǎn)的路徑進(jìn)行比較，結(jié)合前人關(guān)于離域能的研究進(jìn)一步解釋了該反應(yīng)中出現(xiàn)的區(qū)域選擇性現(xiàn)象。并對該反應(yīng)的主產(chǎn)物之一—9，10-環(huán)氧化苯并芘的形成路徑進(jìn)行分析，得出該反應(yīng)主要發(fā)生在低自旋二重態(tài)的結(jié)論。
　　(3)芳香胺類化合物（Aromatic Amine）可以在P450酶的CpdⅠ作用下代謝活化生成氮正陽離子自由基，與體內(nèi)的親核分子發(fā)生共價結(jié)合誘發(fā)癌癥。本研究通過DFT方法計(jì)算了包括普通芳香胺與氮雜環(huán)芳香胺在內(nèi)的