Тироцидин - Tyrocidine

Тироцидин
Тироцидин A.svg
Тироцидин 3D.png
Имена
Название ИЮПАК
3-((3S,6р,9S,12S,15S,

18S,21S,24S,27р, 32аS) -9- (2-амино-2-оксоэтил) -21- (3-аминопропил) -3,6,27-трибензил-15- (4-гидроксибензил) -24-изобутил-18-изопропил-1,4, 7,10,13,16,19,22,25,28-декаоксодотриаконтагидропирроло [1,2-a] [1,4,7,10,13,16,19,22,25,28] декаазациклотриаконтин-

12-ил) пропанамид
Идентификаторы
UNII
Характеристики
C66ЧАС87N13О13
Молярная масса1270.47628
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Тироцидин представляет собой смесь циклических декапептидов, продуцируемых бактериями Bacillus brevis найдено в почве. Он может состоять из 4 различных аминокислотных последовательностей, что дает тирокидин A – D (см. Рисунок 1). Тироцидин является основным компонентом тиротрицин, который также содержит грамицидин.[1] Тироцидин был первым коммерчески доступным антибиотиком, но было обнаружено, что он токсичен для крови и репродуктивных клеток человека. Функция тирокидина в организме хозяина B. brevis считается регулированием спороношение.[2]

Рисунок 1: а) Аминокислотная последовательность тирокидина А. б) Изменения последовательности для 4 типов тирокидина.

Тироцидины A, B и C представляют собой циклические декапептиды. В биосинтезе тироцидина участвуют три фермента. Части его последовательности идентичны грамицидин С.

История

В 1939 году американский микробиолог Рене Дюбо открыл почвенный микроб Bacillus brevis. Он наблюдал способность микроба разлагать капсулу пневмококк бактерия, делая ее безвредной. Из почвенного микроба B. brevis, он изолировал тиротрицин, который обладал высокой токсичностью для большого количества бактерий. Позднее было обнаружено, что тиротрицин представляет собой смесь пептидов грамицидина и тирокидина. Было обнаружено, что они оказывают токсическое действие на эритроциты и репродуктивные клетки человека, однако при наружном применении в виде мази тирокидин также может использоваться как сильнодействующее противомикробное средство.[3]Открытие Дубоша помогло возродить интерес к исследованиям пенициллин.

Механизм действия

Тироцидин обладает уникальным механизмом действия, при котором он нарушает функцию клеточной мембраны, что делает его благоприятной мишенью для инженерных производных.[4] Тироцидин, по-видимому, нарушает липидный бислой внутренней мембраны микроба, проникая в липидную фазу мембраны. Точное сродство и расположение тироцидина в фосфолипидном бислое пока неизвестно.[5]

Биосинтез

Биосинтез тирокидина аналогичен грамицидину S и достигается за счет использования нерибосомальный белок синтетазы (NRPS).[6] Его биосинтез осуществляется посредством ферментативной сборки, состоящей из 3 белков пептид-синтетазы, TycA, TycB и TycC, которые содержат 10 модулей. Различные аналоги тироцидина (A – D) продуцируются не разными ферментами, а скорее ферментной системой, которая способна включать различные аминокислоты структурного сходства в определенных участках. Аминокислотная последовательность определяется организацией фермента, а не какой-либо матрицей РНК.[7]

Рисунок 2: Тироцидиновый оперон

Тироцидинсинтетазы TycA, TycB и TycC кодируются на опероне тирокидина. Он состоит из трех генов, кодирующих три синтетазы, а также трех дополнительных открытые рамки для чтения (ORF). Эти ORF, обозначенные как TycD, TycE и TycF, находятся ниже по течению от трех генов синтетазы (см. Рисунок 2). TycD и TycE имеют наибольшее сходство с членами АТФ-связывающая кассета (ABC) семейство транспортеров, которые помогают транспортировать субстраты через мембрану. Было высказано предположение, что тандемные транспортеры играют роль в придании устойчивости клетке-продуценту через секрецию тирокидина. TycF был идентифицирован как тиоэстераза (TE) и похож на другие TE в бактериальных оперонах, используемых для кодирования пептидных синтетаз. Однако точная функция этих ТЕ остается неизвестной.[2] Размер пептидных синтетаз соответствует количеству осуществляемой ими активации. TycA является самым маленьким и активирует одну аминокислоту из одного модуля, TycB является промежуточным по размеру и активирует 3 аминокислоты с 3 модулями, а TycC является самым большим и активирует 6 аминокислот с 6 модулями (см. Рисунок 3).[2]

Рисунок 3: Модули и домены для биосинтеза тирокидина

Каждый модуль выполняет все каталитические реакции, необходимые для включения одной аминокислоты в пептидную цепь. Это достигается за счет субдоменов для аденилирования (A), белка-носителя пептила (PCP), конденсации (C) и, в зависимости от положения аминокислоты, эпимеризация (E). Субдомен аденилирования используется для активации конкретной аминокислоты. Каждый модуль использует одну молекулу выбранной аминокислоты субстрата с одной молекулой АТФ с образованием ферментного комплекса аминоациладенилата и пирофосфата. Затем активированная аминокислота может быть перенесена на связанный с ферментом 4'-фосфопантетеин белка-носителя с изгнанием AMP из системы. Белок-носитель использует простетическую группу 4'-фосфопантетеина для загрузки растущего пептида и их предшественников мономеров.[8] Удлинение пептидной цепи достигается за счет конденсации вышележащего PCP на соседний расположенный ниже PCP-связанный мономер. В некоторых доменах вы найдете субдомены модификации, такие как субдомен E, наблюдаемый в доменах 1 и 4 в тироцидине, который будет генерировать D-сконфигурированную аминокислоту. В последнем модуле находится TE домен, используемый в качестве катализатора циклизации или выпуска продукта. Высвобождение продукта из белка-носителя достигается за счет ацилирования серина активного центра ТЕ, при котором декапептид переносится из тиолового эфира на остаток серина. Затем деацилирование может происходить посредством внутримолекулярной циклизации или посредством гидролиза с образованием циклического или линейного продукта соответственно (см. Фиг. 4).

Рисунок 4: Предлагаемая реакция циклизации, катализируемая тиоэстеразой

В случае тироцидина было показано, что замыкание кольца является очень благоприятным из-за того, что 4 H-связи помогают каркасу декапептида принять стабильную конформацию (см. Фиг. 5).[4][8] Эта внутримолекулярная циклизация происходит по направлению «голова к хвосту» с участием N-конца D-Phe1 и C-конец L-Leu10 (см. Рисунок 4).[6][9]

Рисунок 5: Водородная связь, иллюстрирующая стабилизирующие эффекты циклизации.

Химиоферментные стратегии

Не существует общего биохимического решения макроциклизации пептидной цепи. Изолированные тироцидиновые (Tyc) TE домены могут быть использованы для циклизации химически полученных пептидилтиоэфирных субстратов, обеспечивая мощный путь к новым циклическим соединениям. Чтобы эта макроциклизация произошла, пептидная цепь должна быть активирована на ее С-конце с помощью N-ацетилцистеамин (SNAC) уходящая группа.[6] An аланиновое сканирование через 10 позиций тирокидина показывает, что только D-Phe и L-Orn необходимы для достаточной циклизации.

Tyc TE может также использоваться биомиметически, в котором он имитирует среду, создаваемую доменом TE с PCP субстрата за счет использования синтетической привязи, связанной с полиэтиленгликоль (ПЭГ) амидная смола.[8] Использование этой смолы, связанной с желаемым субстратом с изолированным ТЕ, может позволить каталитическое высвобождение смолы, а также макроциклизацию субстрата (см. Рисунок 6 [8]). Использование твердофазный пептидный синтез (SPPS) позволил включить в пептидную цепь разнообразный набор мономеров. Более поздние исследования использовали высокую толерантность Tyc TE для постсинтетической модификации пептидного остова. Это также позволило включить гликозилирование остатков тирозина или серина.[6] Использование этих методов привело к появлению множества новых многообещающих терапевтических агентов.[нужна цитата ]

Рисунок 6: Биомиметический синтез макроциклов.

Рекомендации

  1. ^ Pubchem: Тироцидин и Тиротрицин.«Результат PubChem Compound».
  2. ^ а б c Mootz HD, Marahiel MA (ноябрь 1997 г.). «Оперон биосинтеза тироцидина Bacillus brevis: полная нуклеотидная последовательность и биохимическая характеристика функциональных внутренних доменов аденилирования». J. Bacteriol. 179 (21): 6843–50. Дои:10.1128 / jb.179.21.6843-6850.1997. ЧВК  179617. PMID  9352938.
  3. ^ «Антибиотики». Колумбийская электронная энциклопедия. 6-е изд. Издательство Колумбийского университета. 2007. pp. Онлайн.
  4. ^ а б Цинь Ц., Бу Икс, Ву Х, Го Цзы (2003). «Химический подход к созданию молекулярного разнообразия на основе каркаса циклического декапептида, антибиотика тирокидина А». J Comb Chem. 5 (4): 353–5. Дои:10.1021 / cc0300255. PMID  12857101.
  5. ^ Преннер Э.Дж., Льюис Р.Н., МакЭлхейни Р.Н. (декабрь 1999 г.). «Взаимодействие антимикробного пептида грамицидина S с липидной двухслойной моделью и биологическими мембранами». Биохим. Биофиз. Acta. 1462 (1–2): 201–21. Дои:10.1016 / S0005-2736 (99) 00207-2. PMID  10590309.
  6. ^ а б c d Копп Ф., Марахиэль М.А. (август 2007 г.). «Стратегии макроциклизации в биосинтезе поликетидов и нерибосомных пептидов». Nat Prod Rep. 24 (4): 735–49. Дои:10.1039 / b613652b. PMID  17653357.
  7. ^ Роскоски Р., Геверс В., Кляйнкауф Х., Липманн Ф. (декабрь 1970 г.). «Биосинтез тирокидина тремя комплементарными фракциями из Bacillus brevis (ATCC 8185)». Биохимия. 9 (25): 4839–45. Дои:10.1021 / bi00827a002. PMID  4320358.
  8. ^ а б c d Коли Р.М., Уолш К.Т., Буркарт М.Д. (август 2002 г.). «Биомиметический синтез и оптимизация циклических пептидных антибиотиков». Природа. 418 (6898): 658–61. Bibcode:2002Натура.418..658K. Дои:10.1038 / природа00907. PMID  12167866.
  9. ^ Траугер Дж. В., Кохли Р. М., Mootz HD, Марахил М. А., Уолш Коннектикут (сентябрь 2000 г.). «Циклизация пептидов, катализируемая тиоэстеразным доменом тирокидинсинтетазы». Природа. 407 (6801): 215–8. Bibcode:2000Натура407..215Т. Дои:10.1038/35025116. PMID  11001063.

внешняя ссылка