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P450生物电化学上的突破及对未来的展望摘要提高P450酶的电化学性质是很理想的，这是由于它们在不同生物和异性生物质上识别的多功能性。这项任务面临一个很令人振奋的挑战，这是因为它不但导致对这些酶的氧化还原特性的基本知识的获取，而且它也可打开用于技术和商业应用的机会。将这些酶与电极表面相互作用，以及电化学地驱动它们的催化循环已被证明是非常困难的。初步的尝试通过几组实验进行，包括这些酶在电极表面直接固定化，以及省略其氧化还原对来简化它们的电子传递途径。在这些情况下所获得的数据，通常导致较高的异相电子传递速率，但在检测基板方面却不成功。当电极和酶已被工程化时，在电催化上也获得了突破。在某些情况下，模拟微粒体酶以及其电子转移对夹杂物的的自然环境。本文审查和讨论了关于这一问题的必威体育精装版文献，并重点介绍了不同的方法导致这一领域研究的空前发展。1.引言生物电化学方法，如循环和方波伏安法测量氧化还原酶和其电极固定化的形式的关键参数是非常有用的，例如在计算中点电位，活性酶的表面覆盖，电子转移速率常数以及在基底浓度增加的情况下的催化电流。理想情况下这可以测定氧化还原酶的米氏常数（ KM）和催化常数（kcat ）。一个关键因素是检测从催化反应而得的产品，其浓度必须与电极表面传输电子数有关。当这些方法被应用到P450酶的电极-吸附/固定时，其中所述电极是减少等价的源，其对驱动P450的催化循环，在自然界消除对细胞色素P450还原酶的复杂的电子转移机制的需要。一个成功的电化学响应强烈地取决于两个点。首先，酶在吸附或固定化之后应该是在其本来的构象状态并且保留其催化活性的，也就是说，它应该保持P450的活跃的形式，而不是转换为无效的P420之一。P420的形式来自于半胱氨酸残基的硫醇盐键的削弱或扭曲，其是该普遍存在的血红素-硫醇盐蛋白超家族中的五位配体。该键的减弱可能发生在电极表面固定化后，由于蛋白质结构的构象改变。其次，必须注意到电子消耗的耦合必须与基质转换为产物相联系。该电子传递的微调和质子流动对于由细胞色素P450酶由基质转换为产物是非常关键的。理想情况下，所有由电极提供的电子应该用在产物的形成中，而不是由在非耦合反应中通过产生氧化反应物而浪费。不幸的是这种现象确实存在，这对人类药物代谢性P450酶证据是充分的：氧和NAD（P）H被这些酶大量使用，以产生过氧化氢和超氧阴离子自由基或水。在生物催化剂和生物传感器的发展中，生物技术的兴趣与这些酶有关，是由于在多样的化学物的识别过程中其多功能性，其中有许多与放射性的化学物，新的药物和药物产品甚至是环保的重要化合物（检测或通过生物修复降解）有关 。然而，尽管庞大的生物技术的兴趣，他们在生物电化学装置的使用已被证明直到现在仍然极具挑战。P450电极系统转化为安培生物传感器或生物电催化剂的进展在很大程度上取决于电极驱动P450酶活性的效率以及因此固定化。控制活跃酶的量及其在电极上的方向可以以多种方式来实现，取决于支持物的本质，属性以及酶的稳定性。对金属氧化物表面和碳电极表面的非特异吸附和/或包含在聚电解质/导电聚合物导致一个随机取向层的形成。然而，烷烃硫醇或其他巯端基共价键绑定到贵金属表面，以及在官能团的另一端功能化与蛋白质表面的独特的官能团互动产生一个导向，与金表面单层共价紧紧结合。细胞色素P450酶的电化学和特别是在药物代谢人类细胞色素P450方面得到了广泛关注以及各种固定化方法已使电极和酶之间的直接电子转移成为可行的。然而，用电极驱动酶催化，对功能型生物传感器和电极型生物反应器的发展是至关重要的，是比较难实现的，即使是高度耦合的CYP102A1，其中很少或没有产物形成，这是由于解偶联反应。极少情况下使用固定化人类细胞色素P450酶，产品产率一直很低，主要受到非特异性反应显著影响，活性氧化物形成在非耦合双氧化降解中。这有一点小惊喜，在一般情况下，哺乳动物的细胞色素P450酶在体外是非耦合，和大多数由NADPH提供的还原当量在非特异性反应中被浪费了。例如在体外CYP3A4 酶的耦合效率已被报道为4-16 ％，取决于基质和色素b5的存在。在少数电催化与固定化人细胞色素P450报道的情况下，低产物的形成和活性氧物种与基底之间非特异性反应的一个显著贡献已被观察到。固定化细胞色素P450的耦合效率只是最近被报道由于蛋白质工程的方法的使用。这些研究揭示了相对缓慢的异相电子传递速率常数在由电极驱动P450酶实现有效的电子传递和降低解偶联是如何重要的。在这里，我们审查P450在电极表面的固定化策略的进展，以为它们能成功地用在生物催化，因此生物催化生物技术的应用和商业开发。越来越清楚的是细胞色素P450早电极表面的电化学和催化反应已成为可能，通过酶和电极工程的组合。对P450酶固定化的几种方法进行了研究， 其中有包含导电聚合物内或