组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
药物（indinavir、sertraline、抗癫痫药等，血浆）、食品污染物（氨基甲酸酯/有机磷农药，食品样品）
检测原理
P450生物传感器以固定化细胞色素P450酶为识别/催化元件。目标药物或污染物进入电极界面后，与P450活性位点结合并被代谢，或引起酶构象/界面电子转移变化。P450血红素铁在催化循环中发生氧化还原，电子可经聚合物、聚电解质、碳纳米管或囊泡等修饰层传递至金、铂、玻璃碳等电极。电子供体可由NADPH/CPR体系、过氧化氢、枯基过氧化氢或金属电极提供。被测物浓度越高，催化代谢或结合引起的氧化还原电流/电位变化越大，从而实现电化学检测。综述未提出特定信号放大策略。
检测灵敏度
原文未报告具体LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
本文未报道单一P450生物传感器的选择性、抗干扰、RSD、回收率或方法学对比。综述指出，固定化P450可提高稳定性与重复使用性：CYP102固定化后在25°C下半衰期约29天，而游离酶约2天；CYP2C9和CYP3A4固定于金电极后仍保持底物结合与代谢能力，且稳定性提高；CYP71B1固定化后对红霉素脱甲基活性提高10倍并保留超过24小时。作者认为P450生物传感器可用于血浆药物浓度监测和食品中氨基甲酸酯/有机磷农药检测，但需进一步改善电子转移、酶稳定性和特异性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金(Au)、铂(Pt)、氧化锡(SnO2)、玻璃碳(GC)、热解石墨(PG)、边缘面石墨(EPG)、碳布(Cloth)，用于固定P450并传导电子。
- 纳米材料修饰层：碳纳米管(CNT)、纳米颗粒膜(nanoparticle-containing membrane)、聚合物/聚电解质(polymer/polyelectrolyte)，用于增强电子转移并维持酶构象。
- 识别/催化元件：细胞色素P450酶(CYP，如CYP3A4、CYP2C9、CYP2B4、CYP2D6、CYP101、CYP102)，用于结合或代谢药物/污染物。
- 固定/界面层：二烷基二甲基溴化铵囊泡(DDAB vesicles)、重氮盐(diazonium salt)、硫醇单分子层(thiol monolayer)、聚合物/聚电解质，用于固定酶并稳定界面。
- 电子供体/氧化剂：NADPH、细胞色素P450还原酶(CPR)、过氧化氢(H2O2)、枯基过氧化氢(CuOOH)、金属电极电子，用于驱动P450催化。
- 信号标记物：无外源标记物；P450血红素铁(heme iron)直接发生氧化还原并产生电化学信号。
中文摘要
细胞色素P450（CYP）是一类广泛存在的血红素单加氧酶超家族，可催化C-H羟基化、N-去烷基化、O-去烷基化、S-氧化和环氧化等氧化反应，在药物代谢、毒理学、生物催化和环境修复中具有重要价值。本文综述了CYP生物催化剂在生物技术、医学和环境修复中的应用进展，包括药物及药物代谢物合成、基因导向酶前药疗法（GDEPT）激活环磷酰胺和异环磷酰胺、基于P450的生物传感器监测血浆药物水平，以及利用固定化酶或转基因植物降解多环芳烃、二噁英、多氯联苯和除草剂等污染物。文章重点讨论了降低电子供体成本的策略，如CYP-CPR双顺反子表达、NADPH再生系统、过氧化氢、金属粉末和金属电极等替代氧化剂，并系统介绍了理性设计、半理性设计、保守序列基序分析和定向进化等P450工程方法。最后，作者展望了工程化CYP在工业合成、癌症基因治疗、临床监测和绿色化学中的未来应用。
英文摘要
IMPORTANCE OF THE FIELD: Cytochrome P450 enzymes comprise a superfamily of heme monooxygenases that are of considerable interest for the: i) synthesis of novel drugs and drug metabolites; ii) targeted cancer gene therapy; iii) biosensor design; and iv) bioremediation. However, their applications are limited because cytochrome P450, especially mammalian P450 enzymes, show a low turnover rate and stability, and require a complex source of electrons through cytochrome P450 reductase and NADPH.
AREAS COVERED IN THIS REVIEW: In this review, we discuss the recent progress towards the use of P450 enzymes in a variety of the above-mentioned applications. We also present alternate and cost-effective ways to perform P450-mediated reaction, especially using peroxides. Furthermore, we expand upon the current progress in P450 engineering approaches describing several recent examples that are utilized to enhance heterologous expression, stability, catalytic efficiency and utilization of alternate oxidants.
WHAT THE READER WILL GAIN: The review provides a comprehensive knowledge in the design of P450 biocatalysts for potentially practical purposes. Finally, we provide a prospective on the future aspects of P450 engineering and its applications in biotechnology, medicine and bioremediation.
TAKE HOME MESSAGE: Because of its wide applications, academic and pharmaceutical researchers, environmental scientists and healthcare providers are expected to gain current knowledge and future prospects of the practical use of P450 biocatalysts.