Канамицинкиназа
| Канамицинкиназа | |||
|---|---|---|---|
 Структура APH (3 '), взятая из 1L8T [ 1 ] | |||
| Идентификаторы | |||
| ЕС №. | 2.7.1.95 | ||
| CAS №. | 62213-36-9 | ||
| Базы данных | |||
| Intenz | Intenz View | ||
| Бренда | Бренда вход | ||
| Расширение | Вид Nicezyme | ||
| Кегг | Кегг вход | ||
| Метатический | Метаболический путь | ||
| Напрямую | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
| Джин Онтология | Друг / Quickgo | ||
| |||
Аминогликозид-3'-фосфотрансфераза (APH (3 ')), также известный как аминогликозидкиназа , представляет собой фермент , который в первую очередь катализирует добавление фосфата из АТФ в 3'-гидроксильную группу 4,6-дисестизированной аминогликозии , таковой, которая такая, как аминогликозированный, такой. Канамицин . [ 2 ] Однако также было обнаружено, что APH (3 ') фосфорилируется в 5'-гидроксильной группе в 4,5-дисесцированных аминогликозидах, в которых отсутствует 3'-гидроксильная группа, и для гидроксильных групп дифосфорилита в аминогликозиде, которые имеют 3'- и 5'-гидроксильные группы. [ 2 ] [ 3 ] В основном положительно заряженные в биологических условиях, аминогликозиды связываются с отрицательно заряженной основной цепью нуклеиновых кислот для нарушения синтеза белка , эффективно ингибируя рост бактериальных клеток. [ 4 ] APH (3 ') опосредованное фосфорилирование аминогликозидов эффективно нарушает их механизм действия, внедряя фосфатную группу, которая снижает их аффинность связывания из -за стерических препятствий и неблагоприятных электростатических взаимодействий. [ 5 ] APH (3 ') в первую очередь обнаруживается у определенных видов грамположительных бактерий . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
Этот фермент относится к семейству трансфераз , в частности, те, которые переносят фосфор-содержащие группы ( фосфотрансферазы ) с помощью алкогольной группы в качестве акцептора. Систематическим названием этого класса ферментов является ATP: канамицин 3'-о-фосфотрансфераза . Этот фермент также называется неомицино-канамицинофосфотрансферазой . [ 9 ]
Структура
[ редактировать ]APH (3 ') термодинамически предпочитает димерную форму двух идентичных мономеров APH (3'), которые соединены двумя дисульфидными связями между Cys19 и Cys156, с активными сайтами, обращенными друг к другу. [ 2 ] [ 10 ] Тем не менее, большое расстояние между активными участками двух мономеров предполагает, что они не зависят друг от друга и не работают кооперативным образом. Кроме того, димеризация APH (3 ') не влияет на активность фермента. [ 2 ] [ 10 ] [ 11 ]
Каждый мономер состоит из двух доли, бета-листа богатого N-конце и Alpha-спирального C -конца , с двенадцатью аминокислотой областью, соединяющей их. N-концевая доля состоит из 5 антипараллельных β-листов, с α-спиралью между листами 3 и . 4 β-листы), область вставки (два α-спирали, соединенные структурой петли) и C-концевой области (две α-спирали). [ 11 ] Полученный карман, который инкапсулируется двумя долями, составляет активное участок фермента. [ 2 ] Этот карман в значительной степени состоит из негативно заряженных аминокислотных остатков, которые стабилизируют положительный заряд и ориентируют субстрат в активном участке. Кроме того, считается, что этот карман способствует распущению фермента, позволяя ему принимать и стабилизировать несколько различных видов аминогликозидов. [ 6 ]
Механизм
[ редактировать ]
В то время как более ранние исследования APH (3 ') подтвердили механизм, включающий нуклеофильную атаку γ-фосфата 3'-гидроксилом, более недавние исследования показывают, что APH (3') катализирует перенос γ-фосфата от АТФ в аниногликозид Благодаря диссоциативному механизму , где депротонирование субстрата не имеет решающего критического переноса фосфата, а вместо этого стабилизация переходного состояния метафосфата . [ 8 ] [ 12 ] Кроме того, APH (3 ') имеет петлю позиционирования нуклеотидов (NPL), которая закрывается на активном сайте фермента после связывания АТФ, способствуя фосфорилированию 3'-гидроксильной группы. Ключом к правильному расположению фосфатной группы являются остатки Ser27 и Met26. Первоначально два иона магния , стабилизированные ASN195 и ASP208, облегчают связывание АТФ в активном сайте и ориентируют группы β- и γ-фосфата. Затем NPL претерпевает конформационное изменение, чтобы сформировать водородную связь между Ser27 и β-фосфатной группой. После связывания субстрата APH (3 ') подвергается еще одному конформационному изменению с Orient Ser27, так что его амидная основная цепь нарушает выравнивание β-фосфата и γ-фосфата, ослабляя γ-фосфатную связь. Амидная основная цепь Met26 образует водородную связь с метафосфатом для стабилизации переходного состояния, поскольку ион магния (обозначенный MG1) затем удлиняет γ-фосфатную связь, разбивая ее и эффективно фосфорилируя гидроксильную группу. [ 8 ]
Эволюция и биологическая функция
[ редактировать ]Центральная область ядра APH (3 ') имеет высокую степень конформационного сходства с областями сериновых/тирозин и треонов протеинкиназы , функционально эквивалентные ферменты, обнаруженные у эукариот. Кроме того, рентгеновская кристаллография и мутагенез ключевых остатков активного сайта подтверждают утверждения, что APH (3 ') и эукариотические протеинкиназы связаны, несмотря на то, что они разделяют менее 10% от общего содержания остатков. [ 2 ] [ 8 ] [ 11 ] Несколько исследований показали, что серин/тирозин/треониновый протеинкиназы, когда -то считаются только у эукариот, также обнаруживаются в прокариотах. [ 13 ] [ 14 ] Кроме того, было обнаружено, что биосинтез аминогликозида требует фосфорилирования гидроксильных групп на определенных этапах синтеза. Таким образом, предполагалось, что APH (3 ') и другие протеинкиназы происходят из ферментов из метаболического пути для аминогликозидов и разработаны для противодействия токсическим эффектам этих антибиотиков в бактериальной клетке -хозяине. [ 11 ] [ 15 ]
Использовать в исследованиях
[ редактировать ]Гены устойчивости к аминогликозиду обычно используются в сфере генетической инженерии , чтобы выбрать правильно трансформированные бактериальные организмы. При построении векторной плазмиды , включая устойчивость к антибиотикам в векторе, имеет решающее значение для эффективной экспрессии интересующего гена. Антибиотики, такие как аминогликозиды канамицин или неомицин , добавляются в культуры на фазах роста, чтобы избирательно уничтожить клетки, которые не эффективно занимались плазмидой.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фонг Д.Х., Бергуис А.М. (2002). «Кристаллическая структура 3 ', 5» -аминогликозидфосфотрансферазы типа IIIA ADP Канамицин А комплекс » . Всемирный банк данных белка . DOI : 10.2210/PDB1L8T/PDB .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый и фон глин Райт Г.Д., Томпсон П.Р. (1999). «Аминогликозидфосфотрансферазы: белки, структура и механизм» . Фронт Biosci . 4 (1–3): D9–21. doi : 10.2741/Райт . PMID 9872733 .
- ^ Томпсон П.Р., Хьюз Д.В., Райт Г.Д. (1996). «Региоспецифичность аминогликозидфосфотрансферазы из энтерококков и стафилококков (APH (3 ')-IIIA)». Биохимия . 35 (26): 8686–95. doi : 10.1021/bi960389w . PMID 8679631 .
- ^ Кавалло Г., Мартинотто П. (1981). «Механизм действия аминогликозидов». G Batteriol Virol Immunol . 74 (7–12): 335–46. PMID 6182050 .
- ^ Kotra LP, Haddad J, Mobashery S (2000). «Аминогликозиды: перспективы на механизмы действия и сопротивления и стратегии для противодействия сопротивлению» . Антимикробные агенты и химиотерапия . 44 (12): 3249–56. doi : 10.1128/aac.44.12.3249-3256.2000 . PMC 90188 . PMID 11083623 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Фонг Д.Х., Бергуис А.М. (2002). «Распочленность субстрата аминогликозидного фермента устойчивости к антибиотикам посредством мимики мишеней» . Embo Journal . 21 (10): 2323–31. doi : 10.1093/emboj/21.10.2323 . PMC 126009 . PMID 12006485 .
- ^ Grey GS, Fitch WM (1983). «Эволюция генов устойчивости к антибиотикам: последовательность ДНК гена устойчивости к канамицину из Staphylococcus aureus» . Mol Biol Evol . 1 (1): 57–66. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040298 . PMID 6100986 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый и Thompson PR, Boehr DD, Berghuis AM, Wright GD (2002). «Механизм аминогликозидной антибиотико-киназы APH (3 ')-IIIA: роль петли позиционирования нуклеотидов». Биохимия . 41 (22): 7001–7. doi : 10.1021/bi0256680 . PMID 12033933 .
- ^ Маккей Г.А., Райт Г.Д. (1996). «Каталитический механизм энтерококковой кинамикиназы (APH (3 ')-IIIA): вязкость, тио и изотопные эффекты растворителя подтверждают механизм миорелла». Биохимия . 35 (26): 8680–5. doi : 10.1021/bi9603884 . PMID 8679630 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный McKay GA, Thompson PR, Wright GD (1994). «Широкий спектр аминогликозидфосфотрансфераза III типа от Enterococcus: сверхэкспрессия, очистка и специфичность субстрата». Биохимия . 33 (22): 6936–44. doi : 10.1021/bi00188a024 . PMID 8204627 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Hon WC, McKay GA, Thompson PR, Sweet RM, Yang DS, Wright GD, Berhuis AM (1997). «Структура фермента, необходимая для устойчивости к аминогликозиду антибиотиков, выявляет гомологию эукариотических протеинкиназ» . Клетка . 89 (6): 887–95. doi : 10.1016/s0092-8674 (00) 80274-3 . PMID 9200607 . S2CID 13251696 .
- ^ Boehr DD, Thompson PR, Wright GD (2001). «Молекулярный механизм аминогликозидной антибиотико киназы APH (3 ')-IIIA: Роли консервативных остатков активного сайта» . J Biol Chem . 276 (26): 23929–36. doi : 10.1074/jbc.m100540200 . PMID 11279088 .
- ^ Кеннелли П.Дж. (1996). «Причудливо встретить вас здесь! Свежий взгляд на« прокариотическое »фосфорилирование белка» . J Бактериол . 178 (16): 4759–64. doi : 10.1128/jb.178.16.4759-4764.1996 . PMC 178254 . PMID 8759835 .
- ^ Zhang CC (1996). «Бактериальная передача сигналов с участием протеинкиназ эукариотического типа». Мол микробиол . 20 (1): 9–15. doi : 10.1111/j.1365-2958.1996.tb02483.x . PMID 8861199 . S2CID 33493179 .
- ^ Пьерперсберг, w; Distler, J; Heinzel, P; Perez-Gonzalaez, JA (1988). «Устойчивость к антибиотикам путем модификации: многие гены устойчивости могут быть получены из генов клеточного контроля в актиномицетах - гипотеза» . Actinomycetologica . 2 (2): 83–98. doi : 10.3209/saj.2_83 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Doi O, Ogura M, Tanaka N, Umezawa H (сентябрь 1968 г.). «Инактивация канамицина, неомицина и стрептомицина ферментами, полученными в клетках Pseudomonas aeruginoa» . Прикладная микробиология . 16 (9): 1276–81. doi : 10.1128/aem.16.9.1276-1281.1968 . PMC 547640 . PMID 4970990 .
- Долин Ми (март 1957 г.). «Streptococcus faecalis oxidasases для снижения дифосфопиридинового нуклеотида. III. Выделение и свойства факсидазы флавина для снижения дифхосфопиридина нуклеотид» . Журнал биологической химии . 225 (1): 557–73. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 64952-x . PMID 13416259 .
