Изопенициллин-N-синтаза
| изопенициллин-N-синтаза | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 1.21.3.1 | ||
| Номер CAS. | 78642-31-6 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| Генная онтология | АмиГО / QuickGO | ||
| |||
Изопенициллин-N-синтаза ( IPNS ) представляет собой негемовый белок железа, принадлежащий к семейству 2-оксоглутарат-зависимых диоксигеназ -оксидоредуктаз . Этот фермент катализирует образование изопенициллина N из δ-( L -α-аминоадипоил) -L- цистеинил- D -валина ( LLD -ACV).
- N -[(5 S )-5-амино-5-карбоксипентаноил] -L- цистеинил -D -валин + O 2 изопенициллин N + 2 H 2 O
ключевым этапом биосинтеза пенициллиновых цефалоспориновых и антибиотиков Эта реакция является . [ 1 ]
Активные центры большинства изопенициллин-N-синтаз содержат железа ион . [ 2 ]
Этот фермент также называют изопенициллин-N-синтетазой .
Механизм
[ редактировать ]
Ион металла Fe(II) в активном центре фермента координируется как минимум двумя остатками гистидина , остатком аспартата , остатком глутамина и двумя воды молекулами в отсутствие связанного субстрата . [ 2 ] Полностью консервативны только два остатка гистидина и один остаток аспарагиновой кислоты. Следовательно, очень важно, что эти два остатка гистидина, His214 и His270, и один остаток аспарагиновой кислоты, Asp216, являются именно теми, которые необходимы для активности. [ 3 ] Когда ACV связывается с активным центром, Gln330 и одна молекула воды заменяются тиолатом ACV . [ 2 ]
Линейный трипептид δ-( L -α-аминоадипоил) -L- цистеинил- D- валин ( LLD -ACV) должен сначала быть собран из составляющих его аминокислот с помощью N-(5-амино-5-карбоксипентаноил)-L-цистеинила. -D-валинсинтаза (ACV-синтаза). [ 4 ] Это позволяет связывать субстрат ACV с депротонированной тиоловой группой остатка цистеина . Это лигирование тиолата с железным центром закрепляет ACV внутри активного сайта. [ 2 ]
Лигирование ACV приводит к снижению окислительно-восстановительного потенциала FeII/FeIII , что способствует восстановлению дикислорода до супероксида. Образование высококовалентной связи RS-FeIII. [ 5 ] [ 6 ] снижает активационный барьер связывания дикислорода, тем самым инициируя реакционный цикл. [ 2 ] Происходит внутримолекулярный перенос атома водорода от С-3 остатка цистеина (БДЭ = 93 ккал/моль) к дистальному супероксокислороду, тем самым переводя FeIII обратно в состояние окисления FeII. и В этом процессе образуются тиоальдегид гидропероксилиганд (OOH). Гидропероксилиганд депротонирует амид, который затем замыкает β-лактамное кольцо путем нуклеофильной атаки по углероду тиоальдегида. [ 4 ]
Это приводит к тому, что атом водорода в положении C-3 остатка валина приближается к оксо-лиганду железа (IV), который обладает высокой электрофильностью. Происходит второй перенос водорода, скорее всего, с образованием изопропильного радикала, который замыкает тиазолидиновое кольцо, атакуя тиолированный атом серы . [ 4 ]
Роль в формировании антибиотиков
[ редактировать ]
Следуя по пути IPNS, дополнительные ферменты ответственны за эпимеризацию изопенициллина N в пенициллин N, деривитацию в другие пенициллины и расширение кольца, что в конечном итоге приводит к образованию различных цефалоспоринов. [ 1 ]
Это показывает, что IPNS играет раннюю и ключевую роль в пути биосинтеза всех пенициллинов и цефалоспоринов, которые представляют собой различные типы β-лактамных антибиотиков . Этот класс антибиотиков является наиболее широко используемым. Они действуют путем ингибирования синтеза пептидогликанового бактерий слоя клеточных стенок , что особенно важно для грамположительных организмов.
Существует несколько типов пенициллинов, которые можно использовать для лечения различных видов бактериальных инфекций . [ 7 ] Они не помогут при инфекциях, вызванных вирусами , таких как простуда или грипп . [ 8 ]
Структурные исследования
[ редактировать ]По состоянию на конец 2007 года 26 структур для этого класса ферментов было решено PDB с кодами доступа 1ODM , 1UZW , 1W03 , 1W04 , 1W05 , 1W06 , 1W3V , 1W3X , 2BJS , 2BU9 , 2IVI , 2IVJ , 2JB4 , 1QJE , 1ОДН , 1HB1 , 1HB2 , 1HB3 , 1HB4 , 1QIQ , 1QJF , 1BK0 , 1BLZ , 1OBN , 1OC1 , 1IPS
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Коэн Г., Шиффман Д., Меварех М., Ахароновиц Ю. (апрель 1990 г.). «Микробные гены изопенициллин-N-синтазы: структура, функции, разнообразие и эволюция». Тенденции Биотехнологии . 8 (4): 105–11. дои : 10.1016/0167-7799(90)90148-Q . ПМИД 1366527 .
- ^ Jump up to: а б с д и Роуч П.Л., Клифтон И.Дж., Хенсгенс С.М., Шибата Н., Шофилд С.Дж., Хайду Дж., Болдуин Дж.Е. (июнь 1997 г.). «Структура изопенициллин-N-синтазы в комплексе с субстратом и механизм образования пенициллина» . Природа . 387 (6635): 827–30. дои : 10.1038/42990 . ПМИД 9194566 . S2CID 205032251 .
- ^ Боровок И., Ландман О., Крейсберг-Закарин Р., Агароновиц Ю., Коэн Г. (февраль 1996 г.). «Активный центр железа изопенициллин-N-синтазы: генетический анализ и анализ последовательности эндогенных лигандов». Биохимия . 35 (6): 1981–7. дои : 10.1021/bi951534t . ПМИД 8639682 .
- ^ Jump up to: а б с Шенк В.А. (октябрь 2000 г.). «Изопенициллин-N-синтаза: фермент в работе» . Энджью. хим. Межд. Эд. англ . 39 (19): 3409–3411. doi : 10.1002/1521-3773(20001002)39:19<3409::AID-ANIE3409>3.0.CO;2-T . ПМИД 11091371 .
- ^ Ковач Дж. А., Бринес, Л. М. (июль 2007 г.). «Понимание того, как тиолат серы способствует функции негемового фермента железа супероксидредуктазы» . Акк. хим. Рез . 40 (7): 501–509. дои : 10.1021/ar600059h . ПМК 3703784 . ПМИД 17536780 .
- ^ Ковач Дж. А., Бринес, Л. М. (май 2007 г.). «Исследование VTVH-MCD и DFT тиолатной связи с комплексами {FeNO}7/{FeO2}8 изопенициллин-N-синтазы: определение субстрата оксидазной и оксигеназной активности в негемовых Fe-ферментах» . Дж. Ам. хим. Соц . 129 (23): 7427–7438. дои : 10.1021/ja071364v . ПМЦ 2536647 . ПМИД 17506560 .
- ^ Геддес А.М., Уильямс Дж.Д. (1976). Фармакология антибиотиков . Бостон, Массачусетс: Springer US. ISBN 978-1-4684-3123-0 .
- ^ Андерсон Л. «Почему антибиотики не убивают вирусы?» . Наркотики.com .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Миллер Ф.Д., Чепмен Дж.Л., Куинер С.В. (1992). «Субстратная специфичность изопенициллин-N-синтазы». Дж. Мед. Хим . 35 (10): 1897–914. дои : 10.1021/jm00088a028 . ПМИД 1588566 .
- Андерссон I, Шофилд С.Дж., Болдуин Дж.Е. (1995). «Кристаллическая структура изопенициллин-N-синтазы является первой из нового структурного семейства ферментов». Природа . 375 (6533): 700–4. Бибкод : 1995Natur.375..700R . дои : 10.1038/375700a0 . ПМИД 7791906 . S2CID 22804064 .
