Пенициллинсвязывающие белки

Пенициллинсвязывающий белок, домен димеризации
Пенициллинсвязывающий белок, домен димеризации
Идентификаторы
Символ	PBP_димер
Пфам	PF03717
ИнтерПро	ИПР005311
Pfam
показывать Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary
PDB	PDB: 1k25 PDB: 1mwr PDB: 1mws PDB: 1mwt PDB: 1mwu PDB: 1pmd PDB: 1pyy PDB: 1qme PDB: 1qmf PDB: 1rp5

показывать Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary

Пенициллинсвязывающий белок, транспептидаза
Пенициллинсвязывающий белок, транспептидаза
Идентификаторы
Символ	PCN-bd_Tpept
Пфам	PF00905
ИнтерПро	ИПР001460
Суперсемейство OPM	195
белок OPM	5глб
Мембраном	541
Pfam
показывать Доступные белковые структуры:
Pfam	structures / ECOD
PDB	RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum	structure summary

Пенициллин-связывающие белки ( PBP ) представляют собой группу белков , которые характеризуются своим сродством и связыванием пенициллина . Они являются нормальным компонентом многих бактерий ; название просто отражает способ открытия белка. Все β-лактамные антибиотики (за исключением табтоксинин-β-лактама , который ингибирует глутаминсинтетазу ) связываются с PBP, которые необходимы для синтеза бактериальной клеточной стенки . PBP являются членами подгруппы ферментов, называемых транспептидазами . В частности, PBP представляют собой DD-транспептидазы .

Разнообразие

Существует большое количество PBP, обычно несколько в каждом организме, и они встречаются как в мембраносвязанных, так и в цитоплазматических белках. Например, Spratt (1977) сообщает, что шесть различных PBP обычно обнаруживаются во всех штаммах E. coli с молекулярной массой от 40 000 до 91 000. ^[3] Различные PBP встречаются в разном количестве на клетку и имеют различное сродство к пенициллину. PBP обычно разделяют на категории с высокой молекулярной массой (HMW) и с низкой молекулярной массой (LMW). ^[4] Белки, которые произошли от PBP, встречаются во многих высших организмах и включают белок LACTB млекопитающих . ^[5]

Функция

Все PBP участвуют в заключительных стадиях синтеза пептидогликана , который является основным компонентом клеточных стенок бактерий. Синтез бактериальной клеточной стенки необходим для роста, деления клеток (таким образом, размножения) и поддержания клеточной структуры бактерий. ^[2] Ингибирование PBP приводит к дефектам структуры клеточной стенки и нарушениям формы клеток, например, к филаментации , псевдомногоклеточным формам, повреждениям, ведущим к образованию сферопластов , и в конечном итоге к гибели и лизису клеток . ^[6]

Было показано, что PBP катализируют ряд реакций, участвующих в процессе синтеза поперечно-сшитого пептидогликана из липидных промежуточных продуктов и опосредуют удаление D - аланина из предшественника пептидогликана. очищенные ферменты Было показано, что катализируют следующие реакции: D -аланинкарбоксипептидаза, пептидогликантранспептидаза и пептидогликанэндопептидаза. Было показано, что у всех изученных бактерий ферменты катализируют более чем одну из вышеперечисленных реакций. ^[3] Фермент имеет N-концевой домен нечувствительной к пенициллину трансгликозилазы (участвующий в образовании линейных нитей гликанов) и C-концевой домен пенициллин-чувствительной транспептидазы (участвующий в сшивании пептидных субъединиц), а серин в активном центре представляет собой консервативен у всех членов семейства PBP. ^[4]

Некоторые PBP с низкой молекулярной массой связываются с цитоскелетом MreB и следуют за его вращением вокруг клетки, ориентированно вставляя петипдогликан во время роста клеток. ^[7] Напротив, высокомолекулярные PBP независимы от MreB и поддерживают целостность клеточной стенки путем обнаружения и устранения дефектов пептидогликана. ^[8]

Антибиотики

PBP связываются с β-лактамными антибиотиками, поскольку по химической структуре они сходны с модульными фрагментами, образующими пептидогликан. ^[9] Когда они связываются с пенициллином, амидная связь β-лактама разрывается с образованием ковалентной связи с каталитическим остатком серина в активном центре PBP. Это необратимая реакция, которая инактивирует фермент.

Было проведено большое количество исследований PBP из-за их роли в антибиотиках и устойчивости. Синтез бактериальной клеточной стенки и роль PBP в его синтезе являются очень хорошей мишенью для лекарств избирательной токсичности, поскольку метаболические пути и ферменты уникальны для бактерий. ^[10] Устойчивость к антибиотикам возникает за счет перепроизводства PBP и образования PBP, которые имеют низкое сродство к пенициллинам (среди других механизмов, таких как выработка лактамаз ). Эти эксперименты изменяют структуру PBP, добавляя в белок различные аминокислоты, что позволяет по-новому открыть, как лекарство взаимодействует с белком. Исследования PBP привели к открытию новых полусинтетических β-лактамов, в которых изменение боковых цепей исходной молекулы пенициллина увеличило сродство PBP к пенициллину и, таким образом, повысило эффективность воздействия на бактерии с развивающейся устойчивостью.

Присутствие белка 2А, связывающего пенициллин (PBP2A), отвечает за устойчивость к антибиотикам, наблюдаемую у метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA). ^[11]

β-лактамное кольцо представляет собой структуру, общую для всех β-лактамных антибиотиков. ^[12]

Другие изображения

Пенициллиновое ядро. ^[13]
Филаментация (вверху справа на электронной микрофотографии) возникает у некоторых бактерий при ингибировании PBP3. ^[6]

См. также

ПАСТА-домен

Ссылки

^ Сэйнсбери С., Бёрд Л., Рао В., Шеперд С.М., Стюарт Д.И., Хантер В.Н., Оуэнс Р.Дж., Рен Дж. (январь 2011 г.). «Кристаллические структуры пенициллинсвязывающего белка 3 Pseudomonas aeruginosa : сравнение нативной и связанной с антибиотиком форм» . Журнал молекулярной биологии . 405 (1): 173–84. дои : 10.1016/j.jmb.2010.10.024 . ПМК 3025346 . ПМИД 20974151 .
^ Jump up to: ^а ^б Миячиро М.М., Контрерас-Мартель К., Дессен А. (январь 2020 г.). «Пенициллинсвязывающие белки (PBPS) и комплексы удлинения бактериальных клеточных стенок». Макромолекулярные белковые комплексы II: строение и функции . Субклеточная биохимия. Том. 93. стр. 273–289. дои : 10.1007/978-3-030-28151-9_8 . ISBN 978-3-030-28150-2 . ПМИД 31939154 . S2CID 210814189 .
^ Jump up to: ^а ^б Спратт Б.Г. (январь 1977 г.). «Свойства пенициллинсвязывающих белков Escherichia coli K12» . Европейский журнал биохимии . 72 (2): 341–52. дои : 10.1111/j.1432-1033.1977.tb11258.x . ПМИД 319999 .
^ Jump up to: ^а ^б Басу Дж., Чаттопадьяй Р., Кунду М., Чакрабарти П. (июль 1992 г.). «Очистка и частичная характеристика пенициллинсвязывающего белка Mycobacterium smegmatis » . Журнал бактериологии . 174 (14): 4829–32. дои : 10.1128/jb.174.14.4829-4832.1992 . ПМК 206282 . ПМИД 1624470 .
^ Пейтсаро Н., Полианските З., Туимала Дж., Перн-Арес И., Лиобикас Дж., Шпеер О., Линдхольм Д., Томпсон Дж., Эрикссон О. (январь 2008 г.). «Эволюция семейства сериновых ферментов активного центра многоклеточных животных из пенициллин-связывающих белков: новый аспект бактериального наследия» . Эволюционная биология BMC . 8:16 . дои : 10.1186/1471-2148-8-26 . ПМК 2266909 . ПМИД 18226203 .
^ Jump up to: ^а ^б Кушни Т.П., О'Дрисколл, Н.Х., Лэмб А.Дж. (декабрь 2016 г.). «Морфологические и ультраструктурные изменения в бактериальных клетках как показатель механизма антибактериального действия» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 73 (23): 4471–4492. дои : 10.1007/s00018-016-2302-2 . hdl : 10059/2129 . ПМИД 27392605 . S2CID 2065821 . Архивировано из оригинала 07.10.2017 . Проверено 1 мая 2020 г.
^ Дион, Майкл Ф.; Капур, Мринал; Сунь, Инцзе; Уилсон, Шон; Райан, Джоэл; Вигуру, Антуан; Теффелен, Свен ван; Ольденбург, Рудольф; Гарнер, Итан К. (13 мая 2019 г.). «Диаметр клеток Bacillus subtilis определяется противоположными действиями двух различных синтетических систем клеточной стенки» . Природная микробиология . 4 (8): 1294–1305. дои : 10.1038/s41564-019-0439-0 . ISSN 2058-5276 . ПМК 6656618 . ПМИД 31086310 .
^ Вигуру, Антуан; Кордье, Батист; Аристов Андрей; Альварес, Лаура; Озбайкал, Гизем; Чейз, Тибо; Олдевуртель, Энно Райнер; Матондо, Мариетт; Кава, Фелипе; Бикард, Дэвид; ван Теффелен, Свен (06 января 2020 г.). «Белки, связывающие пенициллин класса А, не влияют на форму клеток, но восстанавливают дефекты клеточной стенки» . электронная жизнь . 9 . Цзе Сяо (ред.): –51998. doi : 10.7554/eLife.51998 . ISSN 2050-084X . ПМК 7002073 . ПМИД 31904338 .
^ Нгуен-Дистеш М., Лей-Буй М., Гуйсен Дж.М. (октябрь 1982 г.). «Выделение мембраносвязанного 26 000-Mr пенициллин-связывающего белка штамма Streptomyces K15 в форме пенициллин-чувствительной D-аланил-D-аланин-расщепляющей транспептидазы» . Биохимический журнал . 207 (1): 109–15. дои : 10.1042/bj2070109 . ПМЦ 1153830 . ПМИД 7181854 .
^ Чемберс HF (март 1999 г.). «Резистентность, опосредованная пенициллин-связывающим белком, у пневмококков и стафилококков» . Журнал инфекционных болезней . 179 (Приложение 2): С353-9. дои : 10.1086/513854 . ПМИД 10081507 .
^ Убуката К., Ноногути Р., Мацухаши М., Конно М. (май 1989 г.). «Экспрессия и индуцируемость в Staphylococcus aureus гена mecA , который кодирует метициллин-резистентный S. aureus -специфичный пенициллин-связывающий белок» . Журнал бактериологии . 171 (5): 2882–5. дои : 10.1128/jb.171.5.2882-2885.1989 . ПМК 209980 . ПМИД 2708325 .
^ Пандей Н., Каселла М. (март 2020 г.). «Бета-лактамные антибиотики» . СтатПерлз . ПМИД 31424895 . Архивировано из оригинала 15 декабря 2020 г. Проверено 1 мая 2020 г.
^ Бардал С.К., Вехтер Й.Е., Мартин Д.С. (январь 2011 г.). «Глава 18 – Инфекционные болезни» . Прикладная фармакология : 233–291. дои : 10.1016/B978-1-4377-0310-8.00018-X . ISBN 9781437703108 . Архивировано из оригинала 5 июля 2020 г. Проверено 1 мая 2020 г.

[pmid20974151-1] Сэйнсбери С., Бёрд Л., Рао В., Шеперд С.М., Стюарт Д.И., Хантер В.Н., Оуэнс Р.Дж., Рен Дж. (январь 2011 г.). «Кристаллические структуры пенициллинсвязывающего белка 3 Pseudomonas aeruginosa : сравнение нативной и связанной с антибиотиком форм» . Журнал молекулярной биологии . 405 (1): 173–84. дои : 10.1016/j.jmb.2010.10.024 . ПМК 3025346 . ПМИД 20974151 .

[:31939154-2] Jump up to: ^а ^б Миячиро М.М., Контрерас-Мартель К., Дессен А. (январь 2020 г.). «Пенициллинсвязывающие белки (PBPS) и комплексы удлинения бактериальных клеточных стенок». Макромолекулярные белковые комплексы II: строение и функции . Субклеточная биохимия. Том. 93. стр. 273–289. дои : 10.1007/978-3-030-28151-9_8 . ISBN 978-3-030-28150-2 . ПМИД 31939154 . S2CID 210814189 .

[pmid319999-3] Jump up to: ^а ^б Спратт Б.Г. (январь 1977 г.). «Свойства пенициллинсвязывающих белков Escherichia coli K12» . Европейский журнал биохимии . 72 (2): 341–52. дои : 10.1111/j.1432-1033.1977.tb11258.x . ПМИД 319999 .

[pmid1624470-4] Jump up to: ^а ^б Басу Дж., Чаттопадьяй Р., Кунду М., Чакрабарти П. (июль 1992 г.). «Очистка и частичная характеристика пенициллинсвязывающего белка Mycobacterium smegmatis » . Журнал бактериологии . 174 (14): 4829–32. дои : 10.1128/jb.174.14.4829-4832.1992 . ПМК 206282 . ПМИД 1624470 .

[pmid18226203-5] Пейтсаро Н., Полианските З., Туимала Дж., Перн-Арес И., Лиобикас Дж., Шпеер О., Линдхольм Д., Томпсон Дж., Эрикссон О. (январь 2008 г.). «Эволюция семейства сериновых ферментов активного центра многоклеточных животных из пенициллин-связывающих белков: новый аспект бактериального наследия» . Эволюционная биология BMC . 8:16 . дои : 10.1186/1471-2148-8-26 . ПМК 2266909 . ПМИД 18226203 .

[:27392605-6] Jump up to: ^а ^б Кушни Т.П., О'Дрисколл, Н.Х., Лэмб А.Дж. (декабрь 2016 г.). «Морфологические и ультраструктурные изменения в бактериальных клетках как показатель механизма антибактериального действия» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 73 (23): 4471–4492. дои : 10.1007/s00018-016-2302-2 . hdl : 10059/2129 . ПМИД 27392605 . S2CID 2065821 . Архивировано из оригинала 07.10.2017 . Проверено 1 мая 2020 г.

[7] Дион, Майкл Ф.; Капур, Мринал; Сунь, Инцзе; Уилсон, Шон; Райан, Джоэл; Вигуру, Антуан; Теффелен, Свен ван; Ольденбург, Рудольф; Гарнер, Итан К. (13 мая 2019 г.). «Диаметр клеток Bacillus subtilis определяется противоположными действиями двух различных синтетических систем клеточной стенки» . Природная микробиология . 4 (8): 1294–1305. дои : 10.1038/s41564-019-0439-0 . ISSN 2058-5276 . ПМК 6656618 . ПМИД 31086310 .

[8] Вигуру, Антуан; Кордье, Батист; Аристов Андрей; Альварес, Лаура; Озбайкал, Гизем; Чейз, Тибо; Олдевуртель, Энно Райнер; Матондо, Мариетт; Кава, Фелипе; Бикард, Дэвид; ван Теффелен, Свен (06 января 2020 г.). «Белки, связывающие пенициллин класса А, не влияют на форму клеток, но восстанавливают дефекты клеточной стенки» . электронная жизнь . 9 . Цзе Сяо (ред.): –51998. doi : 10.7554/eLife.51998 . ISSN 2050-084X . ПМК 7002073 . ПМИД 31904338 .

[pmid7181854-9] Нгуен-Дистеш М., Лей-Буй М., Гуйсен Дж.М. (октябрь 1982 г.). «Выделение мембраносвязанного 26 000-Mr пенициллин-связывающего белка штамма Streptomyces K15 в форме пенициллин-чувствительной D-аланил-D-аланин-расщепляющей транспептидазы» . Биохимический журнал . 207 (1): 109–15. дои : 10.1042/bj2070109 . ПМЦ 1153830 . ПМИД 7181854 .

[pmid10081507-10] Чемберс HF (март 1999 г.). «Резистентность, опосредованная пенициллин-связывающим белком, у пневмококков и стафилококков» . Журнал инфекционных болезней . 179 (Приложение 2): С353-9. дои : 10.1086/513854 . ПМИД 10081507 .

[11] Убуката К., Ноногути Р., Мацухаши М., Конно М. (май 1989 г.). «Экспрессия и индуцируемость в Staphylococcus aureus гена mecA , который кодирует метициллин-резистентный S. aureus -специфичный пенициллин-связывающий белок» . Журнал бактериологии . 171 (5): 2882–5. дои : 10.1128/jb.171.5.2882-2885.1989 . ПМК 209980 . ПМИД 2708325 .

[:31424895-12] Пандей Н., Каселла М. (март 2020 г.). «Бета-лактамные антибиотики» . СтатПерлз . ПМИД 31424895 . Архивировано из оригинала 15 декабря 2020 г. Проверено 1 мая 2020 г.

[:10.1016/B978-1-4377-0310-8.00018-X-13] Бардал С.К., Вехтер Й.Е., Мартин Д.С. (январь 2011 г.). «Глава 18 – Инфекционные болезни» . Прикладная фармакология : 233–291. дои : 10.1016/B978-1-4377-0310-8.00018-X . ISBN 9781437703108 . Архивировано из оригинала 5 июля 2020 г. Проверено 1 мая 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]