孙宜锋，方渡

    细胞色素 P450 是一类被广泛研究的依赖于血红素的氧化酶，因它在还原状态下能与 CO 结合形成复合物，在450 nm 附近有最大吸收峰而命名为细胞色素 P450[1]。P450 首先在哺乳动物肝微粒体中被发现。迄今为止，已经命名的 P450 有 12 000 多个。P450 广泛分布于真核生物和原核生物中，在内源和外源化合物的代谢中发挥重要作用[2]。P450 有较高的区域选择性和立体选择性，可以在比较温和的条件下在有机化合物中引入氧，催化一系列的反应，包括脂肪族和芳香族碳的羟化、有机氮和硫的氧化、环氧化以及 Baeyer-Villiger 氧化等。其中值得关注的是，一些 P450 酶可以催化一些活性较低的碳氢键的直接氧化，这类反应在化学合成中是比较难进行的。因此，P450作为生物氧化催化剂引起了广泛的关注[3]。抗疟药物青蒿素(artemisinin)是萜类天然产物的一种，在其生物合成途径中(图 1)，反应的关键步骤是由 P450 氧化酶催化完成的，首先倍半萜 FDP 前体 1 经 4, 11-二烯合成酶的催化生成(2a)，之后经过 P450 氧化酶 CYP71AV1 氧化生成artemisinic acid(2b)[4]。

    由于大部分 P450 酶的活性较低、寿命较短，选择的底物范围较小，其工业化应用还是很少，所以需要扩大P450 酶库，通过大规模的筛选，拓展酶的底物适应性及选择性。在已有的 P450 酶库内，对功能和结构已知的酶，根据它们的晶体结构，人们通过定点诱变，以及随机突变定向进化，可以得到一些新的 P450 酶，再筛选具有特定功能的酶[5-6]；另一方面，随着生物信息学的迅速发展，越来越多的生物基因组序列被测定，这些基因组序列中包含了大量的 P450 基因，从这个巨大的基因组序列库中寻找新的 P450 引起了人们很大的兴趣。通过基因挖掘的方法寻找新的 P450 是目前比较常用的一种方法。

    1 寻找新的 P450 氧化酶

    根据氨基酸序列的同源性将 P450 归于不同的家族或亚家族，同源性大于 40% 的归为同一家族(如 CYP101)，大于 55% 归为同一亚家族(如 CYP101A)[7]。通过与已知的 P450 进行同源性比对，可以推测基因序列编码的酶属于某一家族，并预测它可能的底物和功能，通过聚合酶链式反应(PCR)直接克隆得到这些 P450 基因，在合适的宿主如大肠杆菌中高效表达就可以获得新的 P450 生物催化剂，而这些酶的底物特异性、产物选择性和催化转化率与已知的 P450 相似但不完全相同 ......