P450 단백질 구조
노란색으로 표시된 중앙에 있는 동그란 분자가 포르피린 고리다.
1. 개요
헴족을 가진 모노산소첨가효소 슈퍼패밀리다. CYPs라고도 하며 리간드를 이용해 산소 분자로 기질을 산화시킨다. 대부분의 조직에 존재하며 특히 간세포나 일부 세포의 마이크로솜에 많이 존재한다. 스테로이드, 지방산, 제노바이오틱스[1]를 산화시켜 대사할 수 있기 때문에 해독작용이나 청소작용에서 중요한 역할을 한다. 또한 호르몬의 합성과 분해, 콜레스테롤 합성, 비타민 D 대사에도 관여한다.이름과는 달리 엄밀히 말하면 사이토크롬은 아니다. 사이토크롬과 구조, 산화환원 기능을 가지고 있다는 점은 같으나, 사이토크롬은 전자전달 단백질을 주로 말하기 때문에, 산화효소 작용을 하는 사이토크롬 P450은 사이토크롬 이름은 붙으나 화학계에선 별개로 취급한다. 따라서 그냥 P450이라고 한다.
2. 메커니즘
헴의 Fe 부분이 산소와 상호작용하며 반응을 매개한다.- 1. Fe(III)에 전자가 붙으며 Fe(II)가 된다.
- 2. Fe(II)에 산소 분자가 결합하며 Fe(III)가 된다. 이 때 결합하지 않은 부분의 산소 원자는 라디칼을 형성한다.
- 3. 산소 라디칼에 전자가 붙으며 라디칼 부분이 음극성을 띠게 된다.
- 4. 음극성을 띠는 산소가 양이온[2]과 결합하며 물을 형성해 떨어져 나가고, Fe(III)는 Fe(V)가 되며 산소와 이중결합을 형성한다.
- 5. 기질의 산소화를 매개하면서 Fe(V)가 Fe(III)로 돌아온다.[3]
3. 독성학적 의의
위에서 말한 것처럼 P450은 다양한 기질을 대사할 수 있기 때문에 중요성이 높으며, 약물 대사에도 깊이 관여한다. 대부분의 약물은 체내에 잔류하지 않고 P450에 의해 비활성화가 가능하다.[4] 그러나 꼭 비활성화에만 관여하는 것은 아니고 일부 항혈소판제 같은 약물은 P450에 의해 활성화되기도 한다.본질적으로 P450은 유독한 것을 무독하게 바꾸는 게 아니라, 그저 물질을 변형(산화)시킬 뿐이기에 오히려 P450에 의해 변형된 물질이 맹독일 가능성도 존재한다. 대표적으로 벤젠의 경우 벤젠 자체가 체내에서 문제를 일으키기보다 P450에 의해 벤젠이 산화되어 벤조에폭사이드, 하이드로퀴논 등으로 바뀌어 독성을 가진다. 벤조에폭사이드는 원치 않는 DNA 변이를 유발하며, 하이드로퀴논은 강한 반응성을 가져 골수에 치명적인 문제를 일으킨다. 에틸렌 글리콜 역시 그 자체 독성보다도 간에 의해 산화되어 옥살산이 되어 신장독성을 일으킨다.