DD-транспептидаза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

Карбоксипептидаза D-Ala-D-Ala серинового типа
Карбоксипептидаза D-Ala-D-Ala серинового типа
	Структура DD-транспептидазы K15 стрептомицетов
Идентификаторы
Номер ЕС.	3.4.16.4
Номер CAS.	9077-67-2
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
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

DD-транспептидаза ( EC 3.4.16.4 , DD-пептидаза , DD-транспептидаза , DD-карбоксипептидаза , D-аланил-D- аланинкарбоксипептидаза , D-аланил-D-аланин-расщепляющая пептидаза , D-аланинкарбоксипептидаза , D-аланил карбоксипептидаза и карбоксипептидаза D-Ala-D-Ala серинового типа . ^[1]) представляет собой бактериальный фермент, который катализирует перенос RL-αα-D-аланильного фрагмента карбонильных доноров RL-αα-D-аланил-D-аланина на γ-OH серина их активного центра и от этого к конечному акцептор. ^[2] Он участвует в биосинтезе клеточной стенки бактерий, а именно в транспептидации, которая сшивает боковые цепи пептидов нитей пептидогликана. ^[3]

Антибиотик необратимо связывается с ферментом транспептидазой и ингибирует его пенициллин активность, образуя высокостабильный промежуточный продукт пенициллоил-фермента. ^[4] Из-за взаимодействия пенициллина и транспептидазы этот фермент также известен как пенициллинсвязывающий белок (PBP).

Механизм

DD-транспептидаза механически аналогична протеолитическим реакциям семейства белков трипсина. ^[5]

Сшивание пептидильных фрагментов соседних цепей гликанов представляет собой двухстадийную реакцию. Первый этап включает расщепление связи D-аланил-D-аланин предшественника пептидной единицы, действующего как донор карбонила, высвобождение карбоксильного конца D-аланина и образование ацил-фермента. Второй этап включает расщепление ацил-ферментного интермедиата и образование новой пептидной связи между карбонилом D-аланильного фрагмента и аминогруппой другого пептидного звена. ^[6]

Большая часть дискуссий о механизмах DD-пептидазы вращается вокруг катализаторов переноса протона. Во время образования промежуточного продукта ацил-фермента протон должен быть удален от гидроксильной группы серина в активном центре и добавлен к уходящей группе амина. Подобное движение протона должно облегчаться при деацилировании. Идентичность основных кислотных и основных катализаторов, участвующих в переносе протонов, еще не выяснена. ^[7] Однако были предложены каталитическая триада тирозин, лизин и серин, а также серин, лизин, серин. ^[7]

Структура

пенициллоил-серинтрансфераз Транспептидазы являются членами суперсемейства , которые имеют характерный консервативный мотив SxxK . ^[8] Поскольку «х» обозначает вариабельный аминокислотный остаток, транспептидазы этого суперсемейства демонстрируют тенденцию в виде трех мотивов: SxxK, SxN (или аналог) и KTG (или аналог). Эти мотивы встречаются в эквивалентных местах и примерно на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль полипептидной цепи. Свернутый белок сближает эти мотивы друг с другом в каталитическом центре между доменом all-α и доменом α/β . ^[9]^[10]

Структура DD-транспептидазы K15 стрептомицетов изучена и состоит из одной полипептидной цепи, организованной в два домена. Один домен содержит преимущественно α-спирали, а второй имеет α/β-тип. ^[6] Центр каталитической щели занимает тетрада Ser35-Thr36-Thr37-Lys38, включающая нуклеофильный остаток Ser35 на аминоконцевом конце спирали α2. Одна сторона полости определяется петлей Ser96-Gly97-Cys98, соединяющей спирали α4 и α5. Триада Lys213-Thr214-Gly215 расположена на цепи β3 на противоположной стороне полости. Основная группа NH основного остатка Ser35 и группа Ser216, расположенная ниже мотива Lys213-Thr214-Gly215, занимают положения, совместимые с функцией оксианионной дырки, необходимой для катализа. ^[6]

Фермент классифицируется как DD-транспептидаза, поскольку чувствительная пептидная связь донора карбонила простирается между двумя атомами углерода с D-конфигурацией. ^[6]

Биологическая функция

Все бактерии обладают по крайней мере одной, а чаще несколькими монофункциональными сериновыми DD-пептидазами. ^[2]

Актуальность заболевания

Этот фермент является отличной мишенью для лекарств, поскольку он необходим, доступен из периплазмы и не имеет эквивалента в клетках млекопитающих. DD-транспептидаза является белком-мишенью β-лактамных антибиотиков (например, пенициллина ). Это связано с тем, что структура β-лактама очень напоминает остаток D-ala-D-ala.

β-лактамы оказывают свое действие путем конкурентной инактивации каталитического сайта сериновой DD-транспептидазы. Пенициллин является циклическим аналогом карбонильных доноров с концевыми D-Ala-D-Ala, поэтому в присутствии этого антибиотика реакция останавливается на уровне пенициллоильного фермента, связанного с сериновым эфиром. ^[11] Таким образом, β-лактамные антибиотики заставляют эти ферменты вести себя как белки, связывающие пенициллин . ^[12]

Кинетически взаимодействие DD-пептидазы с бета-лактамами представляет собой трехступенчатую реакцию:

$E+I\rightleftharpoons E\cdot I\rightarrow E-I*\rightarrow E+P$ ^[12]

Бета-актамы могут образовывать аддукт EI* высокой стабильности с DD-транспептидазой. Период полураспада этого аддукта составляет около часов, тогда как период полураспада нормальной реакции составляет порядка миллисекунд. ^[8]

Вмешательство в ферментативные процессы, ответственные за формирование клеточной стенки, приводит к лизису и гибели клеток из-за запуска аутолитической системы бактерий. ^[13]

См. также

Ванкомицин , антибиотик, который связывает остатки D-ala-D-ala, ингибируя удлинение посредством гликозилтрансферазы.

Ссылки

^ «EC3.4.16.4 Карбоксипептидаза D-Ala-D-Ala серинового типа» . База данных структур ферментов . Архивировано из оригинала 17 мая 2006 года . Проверено 26 февраля 2006 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Граншам Ж, Нгуен-Дистеш М, Дамблон С, Фрер ЖМ, Гуйсен ЖМ (1995). «Сериновая DD-транспептидаза активного центра Streptomyces K15: профиль специфичности для доноров пептидов, тиоловых эфиров и сложных эфиров карбонила и пути реакций переноса» . Биохим Дж . 307 (Часть 2) (2): 335–9. дои : 10.1042/bj3070335 . ПМЦ 1136653 . ПМИД 7733866 .
^ Йокум Р.Р., Ваксман ди-джей, Расмуссен-младший, Строминджер Дж.Л. (1979). «Механизм действия пенициллина: пенициллин и субстрат ковалентно связываются с одним и тем же серином активного центра в двух бактериальных D-аланинкарбоксипептидазах» . Proc Natl Acad Sci США . 76 (6): 2730–4. Бибкод : 1979PNAS...76.2730Y . дои : 10.1073/pnas.76.6.2730 . ПМЦ 383682 . ПМИД 111240 .
^ Гордон Э., Муз Н., Дуэ Э., Дидеберг О. (июнь 2000 г.). «Кристаллическая структура пенициллинсвязывающего белка 2x из Streptococcus pneumoniae и его ацил-ферментной формы: влияние на лекарственную устойчивость». Журнал молекулярной биологии . 299 (2): 477–85. дои : 10.1006/jmbi.2000.3740 . ПМИД 10860753 .
^ Гоффин С., Гуйсен Дж. М. (декабрь 2002 г.). «Биохимия и сравнительная геномика ацилтрансфераз суперсемейства SxxK дают ключ к разгадке микобактериального парадокса: наличие чувствительных к пенициллину белков-мишеней и неэффективность пенициллина в качестве терапевтического агента» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (4): 702–38, оглавление. дои : 10.1128/MMBR.66.4.702-738.2002 . ПМК 134655 . ПМИД 12456788 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Фонзе Э., Вермейр М., Нгуен-Дистеш М., Брассер Р., Шарлье П. (июль 1999 г.). «Кристаллическая структура пенициллоил-сериновой трансферазы промежуточной пенициллиновой чувствительности. DD-транспептидаза стрептомицетов К15» . Журнал биологической химии . 274 (31): 21853–60. дои : 10.1074/jbc.274.31.21853 . ПМИД 10419503 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Пратт РФ (июль 2008 г.). «Субстратная специфичность бактериальных DD-пептидаз (пенициллин-связывающих белков)» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 65 (14): 2138–55. дои : 10.1007/s00018-008-7591-7 . ПМЦ 11131748 . ПМИД 18408890 . S2CID 25147733 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Уолш С., Венцевич Т. (2016). Антибиотики: проблемы, механизмы, возможности (2-е изд.). Американское общество микробиологии (Верлаг). ISBN 978-1-55581-930-9 .
^ Гуйсен Дж. М. (октябрь 1994 г.). «Молекулярные структуры пенициллинсвязывающих белков и бета-лактамаз». Тенденции в микробиологии . 2 (10): 372–80. дои : 10.1016/0966-842X(94)90614-9 . hdl : 2268/96404 . ПМИД 7850204 .
^ Келли Дж.А., Кузин А.П., Шарлье П., Фонзе Э. (апрель 1998 г.). «Рентгеновские исследования ферментов, взаимодействующих с пенициллинами» . Клеточные и молекулярные науки о жизни (представлена рукопись). 54 (4): 353–8. дои : 10.1007/s000180050163 . hdl : 2268/77968 . ПМИД 9614972 . S2CID 21504958 .
^ 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 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Гуйсен Дж. М., Фрер Ж. М., Лей-Буй М., Нгуен-Дистеш М., Койетт Дж., Дюсарт Дж., Джорис Б., Дуэз С., Дидеберг О., Шарлье П. (1984). «Пептидогликан бактериальной стенки, DD-пептидазы и бета-лактамные антибиотики». Скандинавский журнал инфекционных заболеваний. Дополнение . 42 : 17–37. ПМИД 6597561 .
^ Спратт Б.Г. (май 1983 г.). «Пенициллинсвязывающие белки и будущее бета-лактамных антибиотиков. Седьмая лекция Флеминга» . Журнал общей микробиологии . 129 (5): 1247–60. дои : 10.1099/00221287-129-5-1247 . ПМИД 6352855 .

Внешние ссылки

Онлайн-база данных MEROPS . по пептидазам и их ингибиторам: S11.001
ЕС 3.4.16.4
Серин-тип+D-Ala-D-Ala+карбоксипептидаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[1] «EC3.4.16.4 Карбоксипептидаза D-Ala-D-Ala серинового типа» . База данных структур ферментов . Архивировано из оригинала 17 мая 2006 года . Проверено 26 февраля 2006 г.

[PMID7733866-2] Перейти обратно: ^а ^б Граншам Ж, Нгуен-Дистеш М, Дамблон С, Фрер ЖМ, Гуйсен ЖМ (1995). «Сериновая DD-транспептидаза активного центра Streptomyces K15: профиль специфичности для доноров пептидов, тиоловых эфиров и сложных эфиров карбонила и пути реакций переноса» . Биохим Дж . 307 (Часть 2) (2): 335–9. дои : 10.1042/bj3070335 . ПМЦ 1136653 . ПМИД 7733866 .

[3] Йокум Р.Р., Ваксман ди-джей, Расмуссен-младший, Строминджер Дж.Л. (1979). «Механизм действия пенициллина: пенициллин и субстрат ковалентно связываются с одним и тем же серином активного центра в двух бактериальных D-аланинкарбоксипептидазах» . Proc Natl Acad Sci США . 76 (6): 2730–4. Бибкод : 1979PNAS...76.2730Y . дои : 10.1073/pnas.76.6.2730 . ПМЦ 383682 . ПМИД 111240 .

[Gordon_2000-4] Гордон Э., Муз Н., Дуэ Э., Дидеберг О. (июнь 2000 г.). «Кристаллическая структура пенициллинсвязывающего белка 2x из Streptococcus pneumoniae и его ацил-ферментной формы: влияние на лекарственную устойчивость». Журнал молекулярной биологии . 299 (2): 477–85. дои : 10.1006/jmbi.2000.3740 . ПМИД 10860753 .

[pmid12456788-5] Гоффин С., Гуйсен Дж. М. (декабрь 2002 г.). «Биохимия и сравнительная геномика ацилтрансфераз суперсемейства SxxK дают ключ к разгадке микобактериального парадокса: наличие чувствительных к пенициллину белков-мишеней и неэффективность пенициллина в качестве терапевтического агента» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (4): 702–38, оглавление. дои : 10.1128/MMBR.66.4.702-738.2002 . ПМК 134655 . ПМИД 12456788 .

[Fonzé_1999-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Фонзе Э., Вермейр М., Нгуен-Дистеш М., Брассер Р., Шарлье П. (июль 1999 г.). «Кристаллическая структура пенициллоил-сериновой трансферазы промежуточной пенициллиновой чувствительности. DD-транспептидаза стрептомицетов К15» . Журнал биологической химии . 274 (31): 21853–60. дои : 10.1074/jbc.274.31.21853 . ПМИД 10419503 .

[Pratt_2008-7] Перейти обратно: ^а ^б Пратт РФ (июль 2008 г.). «Субстратная специфичность бактериальных DD-пептидаз (пенициллин-связывающих белков)» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 65 (14): 2138–55. дои : 10.1007/s00018-008-7591-7 . ПМЦ 11131748 . ПМИД 18408890 . S2CID 25147733 .

[Walsh_2016-8] Перейти обратно: ^а ^б Уолш С., Венцевич Т. (2016). Антибиотики: проблемы, механизмы, возможности (2-е изд.). Американское общество микробиологии (Верлаг). ISBN 978-1-55581-930-9 .

[9] Гуйсен Дж. М. (октябрь 1994 г.). «Молекулярные структуры пенициллинсвязывающих белков и бета-лактамаз». Тенденции в микробиологии . 2 (10): 372–80. дои : 10.1016/0966-842X(94)90614-9 . hdl : 2268/96404 . ПМИД 7850204 .

[10] Келли Дж.А., Кузин А.П., Шарлье П., Фонзе Э. (апрель 1998 г.). «Рентгеновские исследования ферментов, взаимодействующих с пенициллинами» . Клеточные и молекулярные науки о жизни (представлена рукопись). 54 (4): 353–8. дои : 10.1007/s000180050163 . hdl : 2268/77968 . ПМИД 9614972 . S2CID 21504958 .

[pmid7181854-11] 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 .

[Ghuysen_1984-12] Перейти обратно: ^а ^б Гуйсен Дж. М., Фрер Ж. М., Лей-Буй М., Нгуен-Дистеш М., Койетт Дж., Дюсарт Дж., Джорис Б., Дуэз С., Дидеберг О., Шарлье П. (1984). «Пептидогликан бактериальной стенки, DD-пептидазы и бета-лактамные антибиотики». Скандинавский журнал инфекционных заболеваний. Дополнение . 42 : 17–37. ПМИД 6597561 .

[13] Спратт Б.Г. (май 1983 г.). «Пенициллинсвязывающие белки и будущее бета-лактамных антибиотиков. Седьмая лекция Флеминга» . Журнал общей микробиологии . 129 (5): 1247–60. дои : 10.1099/00221287-129-5-1247 . ПМИД 6352855 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)