scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2713-0428-17-3E-37-41scbmt-1309Research ArticleМЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS AND TECHNOLOGIES OF BIOMEDICAL RESEARCHРазработка модельных систем на основе комплексов цитохрома Р450 3А4 и рибофлавина для повышения эффективности электрокатализаDesign of model systems based on cytochrome P450 3A4 and riboflavin complexes for increasing the electrocatalysis efficiencyКоролёваП. И.KorolevaP. I.

119121, Москва, ул. Погодинская, 10, стр. 8

119121, Moscow, Pogodinskaya Str., 10, Building 8

11126699@mail.ruШумянцеваВ. В.ShumyantsevaV. V.

д.б.н., проф.,

119121, Москва, ул. Погодинская, 10, стр. 8

Dr. Sci. (Biol.), Prof.,

119121, Moscow, Pogodinskaya Str., 10, Building 8

viktoria.shumyantseva@ibmc.msk.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича»РоссияResearch Institute of Biomedical Chemistry named after V.N. OrekhovichRussian Federation202121102021173E3741Copyright © Королёва П.И., Шумянцева В.В., 20212021Королёва П.И., Шумянцева В.В.Koroleva P.I., Shumyantseva V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1309

Цитохромы P450 (CYP) — обширный класс ферментов, активным центром которых является гем типа b.

Основная функция цитохромов P450 заключается в биотрансформации эндогенных и экзогенных соединений в организме.

Цитохром P450 3A4 метаболизирует порядка 50% всех лекарственных соединений, поэтому изучение его каталитических свойств представляет большой интерес. Эффективным инструментом в исследовании цитохромов P450 является создание электрохимических систем, где на твёрдом носителе — электроде — с помощью модификатора иммобилизуется фермент. Электроны в таком случае поступают с электрода, заменяющего природный донор электронов НАД (Ф)H и ограничивающего необходимость использования редокс-партнёрных белков. Задача модификатора электрода — сохранение каталитической активности фермента, а также повышение эффективности электронного транспорта при включении наночастиц благородных металлов или углеродных материалов.

Цель работы — создание более эффективных цитохром Р450 электрохимических систем для увеличения выхода метаболитов ферментативных электрокаталитических реакций. 

Cytochromes P450 (CYP) are a large class of enzymes, whose active site is type b heme. The main function of cytochromes P450 is biotransformation of endogenous and exogenous compounds in the organism. The cytochrome P450 3A4 metabolizes about 50% of all modern medications; therefore, its catalytic properties present significant research interest. P450 cytochromes can be effectively investigated using electrochemical systems that consist of a solid base (electrode) and a modifier facilitating enzyme immobilization. In this case, the electron donor is an electrode substituting a natural electron donor NAD(P)H and eliminating the need to use redox-partner proteins. The electrode modifier maintains the catalytic enzyme activity and enhances the efficiency of electron transfer when noble metals and carbon materials nanoparticles are included. This work is aimed at creating more effective cytochrome P450 electrochemical systems to increase the yield of metabolites of enzymatic electrocatalytic reactions. 

цитохром P450биоэлектрохимиярибофлавинэлектрокатализcytochrome P450bioelectrochemistryriboflavinelectrocatalysisReferencesКузиков А.В., Булко Т.В., Королева П.И., Масамрех Р.А., Бабкина С.С., Гилеп А.А., Шумянцева В.В. Цитохром P450 3A4 как фермент биотрансформации лекарств: роль модификаций сенсорных систем в электрокатализе и электроанализе. Биомедицинская химия. 2020;66(1):64–70. DOI: 10.18097/PBMC20206601064.Kuzikov A.V., Bulko T.V., Koroleva P.I., Masamrekh R.A., Babkina S.S., GilepA.A., Shumyantseva V.V. Tsitokhrom P450 3A4 kak ferment biotransformatsii lekarstv: rol’ modifikatsiy sensornykh sistem v elektrokatalize i elektroanalize [Electroanalytical and electrocatalytical characteristics of cytochrome P450 3A4 using electrodes modified with nanocomposite carbon nanomaterials]. Biomeditsinskaya khimiya [Biomedical chemistry]. 2020;66(1):64–70. (In Russian). DOI: 10.18097/PBMC20206601064.Bhatt M.R., Khatri Y., Rodgers R.J., Martin L.L. Role of cytochrome b5 in the modulation of the enzymatic activities of cytochrome P450 17α-hydroxylase/17,20- lyase (P450 17A1). J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2016;170:2–18. DOI: 10.1016/J.JSBMB.2016.02.033.Bhatt M.R., Khatri Y., Rodgers R.J., Martin L.L. Role of cytochrome b5 in the modulation of the enzymatic activities of cytochrome P450 17α-hydroxylase/17,20- lyase (P450 17A1). J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2016;170:2–18. DOI: 10.1016/J.JSBMB.2016.02.033.Ducharme J., Auclair K. Use of bioconjugation with cytochrome P450 enzymes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Proteins and Proteomics. 2018;1866(1):32–51. DOI: 10.1016/J.BBAPAP.2017.06.007.Ducharme J., Auclair K. Use of bioconjugation with cytochrome P450 enzymes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Proteins and Proteomics. 2018;1866(1):32–51. DOI: 10.1016/J.BBAPAP.2017.06.007.Nash T. The colorimetric estimation of formaldehyde by means of the Hantzsch reaction. Biochem. J. 1953;55:416–421. DOI: 10.1042/bj0550416.Nash T. The colorimetric estimation of formaldehyde by means of the Hantzsch reaction. Biochem. J. 1953;55:416–421. DOI: 10.1042/bj0550416.Panicco P., Castrignanò S., Sadeghi S.J., Di Nardo G., Gilardi G. Engineered human CYP2C9 and its main polymorphic variants for bioelectrochemical measurements of catalytic response. Bioelectrochemistry 2021;138:107729. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2020.107729.Panicco P., Castrignanò S., Sadeghi S.J., Di Nardo G., Gilardi G. Engineered human CYP2C9 and its main polymorphic variants for bioelectrochemical measurements of catalytic response. Bioelectrochemistry 2021;138:107729. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2020.107729.Pechurskaya T.A., Lukashevich O.P., Gilep A.A., Usanov S.A. Engineering, expression, and purification of “soluble” human cytochrome P45017α and its functional characterization. Biochemistry (Moscow). 2008;73(7):806–811. DOI: 10.1134/S0006297908070092.Pechurskaya T.A., Lukashevich O.P., Gilep A.A., Usanov S.A. Engineering, expression, and purification of “soluble” human cytochrome P45017α and its functional characterization. Biochemistry (Moscow). 2008;73(7):806–811. DOI: 10.1134/S0006297908070092.Shumyantseva V.V., Uvarov V.Y., Byakova O.E., Archakov A.I., Semisynthetic flavocytochromes based on cytochrome P450 2B4: Reductase and oxygenase activities, Arch. Biochem. Biophys. 1998;377(1):133– 138. DOI: 10.1006/abbi.1998.0628.Shumyantseva V.V., Uvarov V.Y., Byakova O.E., Archakov A.I., Semisynthetic flavocytochromes based on cytochrome P450 2B4: Reductase and oxygenase activities, Arch. Biochem. Biophys. 1998;377(1):133– 138. DOI: 10.1006/abbi.1998.0628.Zhang C., Lu M., Lin L., Huang Z., Zhang R., Wu X., Chen Y. Riboflavin is directly involved in the N-dealkylation catalyzed by bacterial cytochrome P450 monooxygenases. ChemBioChem. 2020;21:2297–2305. DOI: 10.1002/cbic.202000071.Zhang C., Lu M., Lin L., Huang Z., Zhang R., Wu X., Chen Y. Riboflavin is directly involved in the N-dealkylation catalyzed by bacterial cytochrome P450 monooxygenases. ChemBioChem. 2020;21:2297–2305. DOI: 10.1002/cbic.202000071.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.