Тироцидин
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК 3-((3 С ,6 Р ,9 С ,12 С ,15 С , 18 С , 21 С , 24 С , 27 Р , 32а С )-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-декаоксодтриаконтагидропирроло[1,2-а][1,4,7,10,13,16,19,22,25,28]декаазациклотриаконтин- 12-ил)пропанамид | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ |
|
| ЧЕМБЛ |
|
| ХимическийПаук | |
| Номер ЕС |
|
| КЕГГ |
|
ПабХим CID |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Характеристики | |
| С 66 Ч 87 Н 13 О 13 | |
| Молярная масса | 1270.47628 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Тироцидин представляет собой смесь циклических декапептидов, продуцируемых бактериями Brevibacillus brevis, обнаруженными в почве. Он может состоять из 4 различных аминокислотных последовательностей, образуя тироцидин A–D (см. рисунок 1). Тироцидин является основным компонентом тиротрицина , который также содержит грамицидин . [1] Тироцидин был первым коммерчески доступным антибиотиком, но было обнаружено, что он токсичен для крови человека и репродуктивных клеток. Считается , что функцией тироцидина в организме хозяина B. brevis является регуляция споруляции . [2]
Тироцидины А, В и С представляют собой циклические декапептиды. В биосинтезе тироцидина участвуют три фермента. Части его последовательности идентичны грамицидину S.
История
[ редактировать ]В 1939 году американский микробиолог Рене Дюбо открыл почвенный микроб Bacillus brevis . Он наблюдал способность микроба разлагать капсулу бактерии пневмококка , делая ее безвредной. Из почвенного микроба B. brevis он выделил тиротрицин , обладавший высокой токсичностью для большого спектра бактерий. Позже было обнаружено, что тиротрицин представляет собой смесь пептидов грамицидина и тироцидина. Было обнаружено, что они оказывают токсическое воздействие на эритроциты и репродуктивные клетки человека, однако при наружном применении в виде мази тироцидин также может использоваться в качестве сильного противомикробного средства. [3] Открытие Дюбо помогло возродить интерес к исследованиям пенициллина .
Механизм действия
[ редактировать ]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 внутри фосфолипидного бислоя пока не известны. [5]
Биосинтез
[ редактировать ]Биосинтез тироцидина аналогичен биосинтезу грамицидина S и достигается за счет использования нерибосомальных протеинсинтетаз (NRPS). [6] Его биосинтез осуществляется посредством ферментативной сборки, состоящей из трех белков пептидсинтетазы: TycA, TycB и TycC, которые содержат 10 модулей. Различные аналоги тироцидина (A–D) продуцируются не разными ферментами, а скорее ферментной системой, которая способна включать разные аминокислоты, имеющие структурное сходство, в определенные сайты. Аминокислотная последовательность определяется организацией фермента, а не какой-либо матрицей РНК. [7]
Тироцидинсинтетазы TycA, TycB и TycC кодируются тироцидиновым опероном. Он состоит из трех генов, кодирующих три синтетазы, а также трех дополнительных открытых рамок считывания (ORF). Эти ORF, обозначенные как TycD, TycE и TycF, расположены ниже трех генов синтетазы (см. рисунок 2). TycD и TycE имеют наибольшее сходство с членами семейства транспортеров АТФ-связывающей кассеты (ABC), которые помогают в транспортировке субстратов через мембрану. Было высказано предположение, что тандемные переносчики играют роль в обеспечении устойчивости клетки-продуцента посредством секреции тироцидина. TycF был идентифицирован как тиоэстераза (TE) и подобен другим TE в бактериальных оперонах, используемых для кодирования пептидсинтетаз. Однако точная функция этих TE остается неизвестной. [2] Размер пептидсинтетаз соответствует степени активации, которую они осуществляют. 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]
Каждый модуль выполняет все каталитические реакции, необходимые для включения одной аминокислоты в пептидную цепь. Это достигается за счет субдоменов аденилирования (А), белка-переносчика пептидила (PCP), конденсации (C) и, в зависимости от положения аминокислоты, эпимеризации ( E). Субдомен аденилирования используется для активации конкретной аминокислоты. В каждом модуле используется одна молекула выбранной аминокислоты-субстрата с одной молекулой АТФ для образования ферментного комплекса аминоациладенилата и пирофосфата. Активированная аминокислота затем может быть перенесена на связанный с ферментом 4'- фосфопантетеин белка-носителя с изгнанием АМФ из системы. Белок-носитель использует простетическую группу 4'-фосфопантетеина для загрузки растущего пептида и его мономерных предшественников. [8] Удлинение пептидной цепи достигается за счет конденсации расположенного выше PCP на соседнем нижестоящем PCP-связанном мономере. Некоторые домены имеют субдомены модификации, такие как субдомен E, наблюдаемый в доменах 1 и 4 в тироцидине, который будет генерировать аминокислоту с D-конфигурацией . В последнем модуле находится домен TE, используемый в качестве катализатора циклизации или высвобождения продукта. Высвобождение продукта из белка-носителя достигается за счет ацилирования серина активного центра ТЕ, при котором декапептид переносится с тиолового эфира на остаток серина. Затем деацилирование может происходить посредством внутримолекулярной циклизации или гидролиза с образованием циклического или линейного продукта соответственно (см. рисунок 4).
В случае тироцидина было показано, что замыкание кольца очень благоприятно благодаря 4 Н-связям, помогающим основной цепи декапептида принять стабильную конформацию (см. Рисунок 5). [4] [8] Эта внутримолекулярная циклизация происходит по принципу «голова к хвосту», затрагивая N-конец D -Phe1 и C-конец L -Leu10 (см. рисунок 4). [6] [9]
Хемоферментативные стратегии
[ редактировать ]Общего биохимического решения макроциклизации пептидной цепи не существует. Изолированные TE-домены тироцидина (Tyc) можно использовать для циклизации химически полученных пептидил-тиоэфирных субстратов, обеспечивая мощный путь к новым циклическим соединениям. Чтобы произошла эта макроциклизация, пептидная цепь должна быть активирована на С-конце N -ацетилцистеамина (SNAC) уходящей группой . [6] по Сканирование аланина 10 позициям тироцидина показывает, что только D -Phe и L для достаточной циклизации необходимы -Orn.
Tyc TE также можно использовать биомиметически, в котором он имитирует среду, создаваемую доменом TE с PCP субстрата, за счет использования синтетического троса, связанного с амидной смолой полиэтиленгликоля (ПЭГ). [8] Использование этой смолы, связанной с желаемым субстратом с изолированным TE, может обеспечить каталитическое высвобождение смолы, а также макроциклизацию субстрата (см. Рисунок 6). [8] ). Использование твердофазного пептидного синтеза (SPPS) позволило включить в пептидную цепь разнообразный набор мономеров. Более поздние исследования использовали высокую толерантность Tyc TE для постсинтетической модификации пептидного остова. Это также позволило осуществить гликозилирование остатков тирозина или серина. [6] Использование этих методов привело к созданию множества новых многообещающих терапевтических средств. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Pubchem: Тироцидин и тиротрицин. «Результат соединения PubChem» .
- ^ Jump up to: а б с Моотц Х.Д., Марахил М.А. (ноябрь 1997 г.). «Оперон биосинтеза тироцидина Bacillus brevis: полная нуклеотидная последовательность и биохимическая характеристика функциональных внутренних доменов аденилирования» . Дж. Бактериол . 179 (21): 6843–50. дои : 10.1128/jb.179.21.6843-6850.1997 . ПМК 179617 . ПМИД 9352938 .
- ^ «Антибиотики». Электронная энциклопедия Колумбии . Том. 6-е изд. Издательство Колумбийского университета. 2007. стр. онлайн.
- ^ Jump up to: а б Цинь С, Бу С, Ву С, Го Цз (2003). «Химический подход к созданию молекулярного разнообразия на основе каркаса циклического декапептидного антибиотика тироцидина А». J Comb Chem . 5 (4): 353–5. дои : 10.1021/cc0300255 . ПМИД 12857101 .
- ^ Преннер Э.Дж., Льюис Р.Н., МакЭлхани Р.Н. (декабрь 1999 г.). «Взаимодействие противомикробного пептида грамицидина S с моделью липидного бислоя и биологическими мембранами» . Биохим. Биофиз. Акта . 1462 (1–2): 201–21. дои : 10.1016/S0005-2736(99)00207-2 . ПМИД 10590309 .
- ^ Jump up to: а б с д Копп Ф., Марахил М.А. (август 2007 г.). «Стратегии макроциклизации в биосинтезе поликетидов и нерибосомальных пептидов». Представитель Nat Prod . 24 (4): 735–49. дои : 10.1039/b613652b . ПМИД 17653357 .
- ^ Роскоски Р., Геверс В., Кляйнкауф Х., Липманн Ф. (декабрь 1970 г.). «Биосинтез тироцидина тремя комплементарными фракциями Bacillus brevis (ATCC 8185)». Биохимия . 9 (25): 4839–45. дои : 10.1021/bi00827a002 . ПМИД 4320358 .
- ^ Jump up to: а б с д Кохли Р.М., Уолш, Коннектикут, Буркарт, доктор медицинских наук (август 2002 г.). «Биомиметический синтез и оптимизация циклических пептидных антибиотиков». Природа . 418 (6898): 658–61. Бибкод : 2002Natur.418..658K . дои : 10.1038/nature00907 . ПМИД 12167866 . S2CID 4380296 .
- ^ Траугер Дж.В., Кохли Р.М., Моотц Х.Д., Марахил М.А., Уолш К.Т. (сентябрь 2000 г.). «Пептидная циклизация, катализируемая тиоэстеразным доменом тироцидинсинтетазы». Природа . 407 (6801): 215–8. Бибкод : 2000Natur.407..215T . дои : 10.1038/35025116 . ПМИД 11001063 . S2CID 4382709 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Тироцидин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)