シトクロムP450によるオレフィンのエポキシ化：電気植生酸化剤としてのヒドロペルオキソ鉄の部位特異的突然変異誘発からの証拠

P450シトクロム（P450）は、酸素挿入によるオレフィン基質のエポキシドへの変換を含む、多くの種類の酸化反応を触媒します。場合によっては、エポキシ化は、アラキドン酸などの自然に発生する基質から生理学的に重要な産物の形成、および薬物を含む外来化合物の毒性、発がん性、または催奇形性につながります。現在のメカニズム研究では、モデルオレフィンの酸化速度は、N末端走行P450S 2B4および2E1と、活性部位へのプロトン送達を促進すると信じているスレオニンがアラニンに置き換えられたと考えられていたそれぞれの変異体で決定されました。1-シクロヘキセン-3-オールを投与するスチレンエポキシ化、シクロヘキセンエポキシ化とヒドロキシル化、およびシスブテンまたはトランスブテンエポキシ化（異性化なし）およびヒドロキシル化は、2b44 T302A変異によってすべて有意に減少しました。この変異体のプロトン送達の減少は、いくつかの基質のヒドロキシル化の減少と推定されるペルオキソ中間体を介したアルデヒド変形を強化することにより示されているように、オキシノイド種への二酸素の活性化を妨害すると考えられています。しかし、特に興味深いのは、P450 2E1のT303A変異により、すべてのモデルオレフィンのエポキシ化が強化され、シクロヘキセンとブチェンのアリルヒドロキシル化が減少しました。これらの結果と、エポキシ化とヒドロキシル化の速度の比の比較は、電気球特性を持つ2つの異なる種であるヒドロペルクソ鉄（FeO2H）3+およびオキシノイド鉄（FeO）3+がオレフィンエポキシ化に影響を与える可能性があるという概念をサポートしています。分子酸素から生成されたいくつかの異なる活性酸化剤を使用するシトクロムP450の能力は、この汎用性のある触媒によって形成される広範な反応特異性とさまざまな生成物を説明するのに役立つ可能性があります。

P450 cytochromes (P450) catalyze many types of oxidative reactions, including the conversion of olefinic substrates to epoxides by oxygen insertion. In some instances epoxidation leads to the formation of products of physiological importance from naturally occurring substrates, such as arachidonic acid, and to the toxicity, carcinogenicity, or teratogenicity of foreign compounds, including drugs. In the present mechanistic study, the rates of oxidation of model olefins were determined with N-terminal-truncated P450s 2B4 and 2E1 and their respective mutants in which the threonine believed to facilitate proton delivery to the active site was replaced by alanine. Styrene epoxidation, cyclohexene epoxidation and hydroxylation to give 1-cyclohexene-3-ol, and cis- or trans-butene epoxidation (without isomerization) and hydroxylation to give 2-butene-1-ol were all significantly decreased by the 2B4 T302A mutation. Reduced proton delivery in this mutant is believed to interfere with the activation of dioxygen to the oxenoid species, as shown earlier by decreased hydroxylation of several substrates and enhanced aldehyde deformylation via a presumed peroxo intermediate. Of particular interest, however, the T303A mutation of P450 2E1 resulted in enhanced epoxidation of all of the model olefins along with decreased allylic hydroxylation of cyclohexene and butene. These results and a comparison of the ratios of the rates of epoxidation and hydroxylation support the concept that two different species with electrophilic properties, hydroperoxo-iron (FeO2H)3+ and oxenoid-iron (FeO)3+, can effect olefin epoxidation. The ability of cytochrome P450 to use several different active oxidants generated from molecular oxygen may help account for the broad reaction specificity and variety of products formed by this versatile catalyst.