Тироцидин - Tyrocidine

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

18 S , 21 S , 24 S , 27 R , 32a S ) -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
C 66 H 87 N 13 O 13
Молярная масса 1270.47628
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить  ( что есть   ?) проверятьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Тироцидин представляет собой смесь циклических декапептидов, продуцируемых бактериями Bacillus brevis, обнаруженными в почве. Он может состоять из 4 различных аминокислотных последовательностей, что дает тирокидин A – D (см. Рисунок 1). Тироцидин является основным компонентом тиротрицина , который также содержит грамицидин . Тироцидин был первым коммерчески доступным антибиотиком, но было обнаружено, что он токсичен для крови и репродуктивных клеток человека. Считается, что функция тироцидина в его хозяине B. brevis заключается в регуляции споруляции .

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 грамицидину S.

История

В 1939 году американский микробиолог Рене Дубос обнаружил почвенный микроб Bacillus brevis . Он наблюдал способность микроба разлагать капсулу бактерии пневмококка , делая ее безвредной. Из почвенного микроба B. brevis он выделил тиротрицин , который обладал высокой токсичностью по отношению к большому кругу 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. Открытие Дубоша помогло возродить интерес к исследованиям пенициллина .

Механизм действия

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

Биосинтез

Биосинтез тирокидина аналогичен грамицидину S и достигается за счет использования нерибосомальных протеин- синтетаз (NRPS). 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.

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 открытых рамок считывания (ORF). Эти ORF, обозначенные как TycD, TycE и TycF, находятся ниже трех генов синтетазы (см. Рисунок 2). TycD и TycE имеют наибольшее сходство с членами семейства транспортеров АТФ-связывающих кассет (ABC), 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. 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).

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, эпимеризации (E). Субдомен аденилирования используется для активации конкретной аминокислоты. Каждый модуль использует одну молекулу выбранной аминокислоты субстрата с одной молекулой АТФ, чтобы получить ферментный комплекс аминоациладенилата и пирофосфат. Затем активированная аминокислота может быть перенесена на связанный с ферментом 4'- фосфопантетеин белка-носителя с вытеснением АМФ из системы. Белок-носитель использует простетическую группу 4'-фосфопантетеина для загрузки растущего пептида и их предшественников мономеров. 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 тирокидине, 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 очень благоприятно из-за того, что 4 H-связи помогают каркасу декапептида принять стабильную конформацию (см. Фиг. 5). Эта внутримолекулярная циклизация происходит по типу «голова к хвосту» с участием N-конца D -Phe1 и C-конца L- Leu10 (см. Фиг. 4).

Рисунок 5: Водородная связь, иллюстрирующая стабилизирующие эффекты циклизации.

Химиоферментативные стратегии

Не существует общего биохимического решения макроциклизации пептидной цепи. Изолированные тироцидиновые (Tyc) TE домены можно использовать 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 уходящей группой N- ацетилцистеамина (SNAC) . Аланина сканирования через 10 позиций tyrocidine показывает , что только D - Phe и L -Orn требуются 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 амидной смолой полиэтиленгликоля (PEG). Использование этой смолы, связанной с желаемым субстратом с изолированным ТЕ, может позволить каталитическое высвобождение смолы, а также макроциклизацию субстрата (см. Рисунок 6). Использование твердофазного пептидного синтеза (SPPS) позволило включить разнообразный набор мономеров в пептидную цепь. Более поздние исследования использовали высокую толерантность Tyc TE для постсинтетической модификации пептидного остова. Это также позволило включить гликозилирование остатков тирозина или серина. Использование этих методов привело к появлению множества новых многообещающих терапевтических агентов.

Рисунок 6: Биомиметический синтез макроциклов.

Рекомендации

  1. ^ Pubchem: Тироцидин и Тиротрицин. «Результат Компаунда PubChem» .
  2. ^ a b c Mootz HD, Marahiel MA (ноябрь 1997 г.). «Оперон биосинтеза тирокидина Bacillus brevis: полная нуклеотидная последовательность и биохимическая характеристика функциональных внутренних доменов аденилирования» . J. Bacteriol . 179 (21): 6843–50. DOI : 10.1128 / jb.179.21.6843-6850.1997 . PMC  179617 . PMID  9352938 .
  3. ^ «Антибиотики». Колумбийская электронная энциклопедия . 6-е изд. Издательство Колумбийского университета. 2007. pp. Онлайн.
  4. ^ а б Цинь С, Бу Х, Ву Х, Го З (2003). «Химический подход к созданию молекулярного разнообразия на основе каркаса циклического декапептида, антибиотика тирокидина А». J Comb Chem . 5 (4): 353–5. DOI : 10.1021 / cc0300255 . PMID  12857101 .
  5. ^ Преннер EJ, Льюис Р., McElhaney RN (декабрь 1999). «Взаимодействие антимикробного пептида грамицидина S с липидной двухслойной моделью и биологическими мембранами» . Биохим. Биофиз. Acta . 1462 (1-2): 201-21. DOI : 10.1016 / S0005-2736 (99) 00207-2 . PMID  10590309 .
  6. ^ a b 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. DOI : 10.1039 / b613652b . PMID  17653357 .
  7. ^ Roskoski R, Gevers Вт, Kleinkauf Н, Р Липмана (декабрь 1970). «Биосинтез тирокидина тремя комплементарными фракциями из Bacillus brevis (ATCC 8185)». Биохимия . 9 (25): 4839–45. DOI : 10.1021 / bi00827a002 . PMID  4320358 .
  8. ^ a b c d Kohli RM, Walsh CT, Burkart MD (август 2002 г.). «Биомиметический синтез и оптимизация циклических пептидных антибиотиков». Природа . 418 (6898): 658–61. Bibcode : 2002Natur.418..658K . DOI : 10,1038 / природа00907 . PMID  12167866 .
  9. ^ Trauger JW, Коли RM, Mootz HD, Marahiel М. А., Уолш КТ (сентябрь 2000). «Циклизация пептидов, катализируемая тиоэстеразным доменом тирокидинсинтетазы». Природа . 407 (6801): 215–8. Bibcode : 2000Natur.407..215T . DOI : 10.1038 / 35025116 . PMID  11001063 .

Внешние ссылки