DD-транспептидаза
Бактериальный фермент
D -Ala- D -Ala карбоксипептидаза серинового типа
Структура DD -транспептидазы Streptomyces K15
Идентификаторы
Номер ЕС3.4.16.4
Номер CAS9077-67-2
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

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 -аланилкарбоксипептидаза и D -Ala- D -Ala карбоксипептидаза серинового типа . [1] ) — бактериальный фермент, катализирующий перенос R- L -αα - D -аланильной группы доноров карбонила R- L -αα- D -аланил- D -аланина к γ-OH их активного центра серина и от него к конечному акцептору. [2] Он участвует в биосинтезе клеточной стенки бактерий, а именно в транспептидации, которая сшивает пептидные боковые цепи цепей пептидогликана. [3]

Антибиотик пенициллин необратимо связывается с ферментом транспептидазой и подавляет его активность, образуя высокостабильный промежуточный продукт пенициллоил-фермент. [4] Из-за взаимодействия между пенициллином и транспептидазой этот фермент также известен как пенициллинсвязывающий белок (ПСБ).

Механизм

DD -транспептидаза по механизму действия похожа на протеолитические реакции семейства белков трипсина. [5]

каталитический механизм DD-транспептидазы

Сшивание пептидильных фрагментов соседних гликановых цепей является двухэтапной реакцией. Первый этап включает расщепление связи D -аланил- D -аланин предшественника пептидной единицы, действующего как донор карбонила, высвобождение карбоксильно-концевого D -аланина и образование ацил-фермента. Второй этап включает расщепление промежуточного ацил-фермента и образование новой пептидной связи между карбонилом D -аланил-фрагмента и аминогруппой другого пептидного блока. [6]

Большая часть обсуждений механизмов DD -пептидазы вращается вокруг катализаторов переноса протонов. Во время образования промежуточного ацил-фермента протон должен быть удален из гидроксильной группы серина активного центра и один должен быть добавлен к уходящей аминогруппе. Аналогичное движение протонов должно быть облегчено при деацилировании. Идентичность общих кислотных и основных катализаторов, участвующих в этих переносах протонов, еще не выяснена. [7] Однако были предложены каталитические триады тирозин, лизин и серин, а также серин, лизин, серин. [7]

Структура

Транспептидазы являются членами суперсемейства пенициллоил-серин трансфераз , которое имеет сигнатуру SxxK консервативного мотива . [8] С "x", обозначающим вариабельный аминокислотный остаток, транспептидазы этого суперсемейства показывают тенденцию в виде трех мотивов: SxxK, SxN (или аналог) и KTG (или аналог). Эти мотивы встречаются в эквивалентных местах и ​​примерно равномерно распределены 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 streptomyces K15 была изучена и состоит из одной полипептидной цепи, организованной в два домена. Один домен содержит в основном α-спирали, а второй - α/β-типа. [6] Центр каталитической щели занят тетрадой Ser35-Thr36-Thr37-Lys38, которая включает нуклеофильный остаток Ser35 на аминоконце спирали α2. Одна сторона полости определяется петлей Ser96-Gly97-Cys98, соединяющей спирали α4 и α5. Триада Lys213-Thr214-Gly215 лежит на нити β3 на противоположной стороне полости. Основная группа NH основного остатка Ser35 и остаток Ser216 ниже мотива Lys213-Thr214-Gly215 занимают положения, совместимые с функцией оксианионной дырки, необходимой для катализа. [6]

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

Биологическая функция

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

Релевантность заболевания

Структурное сходство между (A) D -Ala- D -Ala концом пептидогликана и (B) пенициллинами. Транспептидазы неправильно распознают пенициллины для каталитической реакции TPase.

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

β-Лактамы оказывают свое действие путем конкурентной инактивации каталитического сайта сериновой DD -транспептидазы. Пенициллин является циклическим аналогом доноров карбонила с окончанием D - Ala- D -Ala, поэтому в присутствии этого антибиотика реакция останавливается на уровне фермента пенициллоила, 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 β-лактамами представляет собой трехэтапную реакцию:

Э + я ⇌ Э ⋅ я → Э − я ∗ → Э + П {\displaystyle E+I\rightleftharpoons E\cdot I\rightarrow EI*\rightarrow E+P} [12]

β-Лактамы 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 клеток и смерти из-за запуска автолитической системы у бактерий. [13]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "EC3.4.16.4 Serine-type D-Ala-D-Ala carboxypeptidase". База данных структур ферментов . Архивировано из оригинала 17 мая 2006 г. Получено 26 февраля 2006 г.
  2. ^ ab Grandchamps J, Nguyen-Distèche M, Damblon C, Frère JM, Ghuysen JM (1995). "Streptomyces K15 active-site serine DD-transpeptidase: specity profile for peptide, thiol ester and ester carbonyl donors and paths of the transfer responses". Biochem J . 307 ( Pt 2) (2): 335–9. doi :10.1042/bj3070335. PMC 1136653 . PMID  7733866. 
  3. ^ Yocum RR, Waxman DJ, Rasmussen JR, Strominger JL (1979). «Механизм действия пенициллина: пенициллин и субстрат ковалентно связываются с одним и тем же активным серином в двух бактериальных D-аланинкарбоксипептидазах». Proc Natl Acad Sci USA . 76 (6): 2730–4. Bibcode :1979PNAS...76.2730Y. doi : 10.1073/pnas.76.6.2730 . PMC 383682 . PMID  111240. 
  4. ^ Gordon E, Mouz N, Duée E, Dideberg O (июнь 2000 г.). «Кристаллическая структура пенициллин-связывающего белка 2x из Streptococcus pneumoniae и его ацильной формы фермента: влияние на устойчивость к лекарственным препаратам». Журнал молекулярной биологии . 299 (2): 477–85. doi :10.1006/jmbi.2000.3740. PMID  10860753.
  5. ^ Goffin C, Ghuysen JM (декабрь 2002 г.). «Биохимия и сравнительная геномика ацилтрансфераз суперсемейства SxxK предлагают ключ к парадоксу микобактерий: наличие целевых белков, восприимчивых к пенициллину, против отсутствия эффективности пенициллина как терапевтического агента». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 66 (4): 702–38, оглавление. doi :10.1128/MMBR.66.4.702-738.2002. PMC 134655 . PMID  12456788. 
  6. ^ abcd Fonzé E, Vermeire M, Nguyen-Distèche M, Brasseur R, Charlier P (июль 1999). «Кристаллическая структура пенициллоилсеринтрансферазы промежуточной чувствительности к пенициллину. DD-транспептидаза streptomyces K15». Журнал биологической химии . 274 (31): 21853–60. doi : 10.1074/jbc.274.31.21853 . PMID  10419503.
  7. ^ ab Pratt RF (июль 2008 г.). «Субстратная специфичность бактериальных DD-пептидаз (пенициллинсвязывающих белков)». Cellular and Molecular Life Sciences . 65 (14): 2138–55. doi :10.1007/s00018-008-7591-7. PMC 11131748 . PMID  18408890. S2CID  25147733. 
  8. ^ ab Walsh C, Wencewicz T (2016). Антибиотики: проблемы, механизмы, возможности (2-е изд.). Американское общество микробиологии (Verlag). ISBN 978-1-55581-930-9.
  9. ^ Ghuysen JM (октябрь 1994 г.). «Молекулярные структуры пенициллинсвязывающих белков и бета-лактамаз». Trends in Microbiology . 2 (10): 372–80. doi :10.1016/0966-842X(94)90614-9. hdl : 2268/96404 . PMID  7850204.
  10. ^ Kelly JA, Kuzin AP, Charlier P, Fonzé E (апрель 1998 г.). «Рентгеновские исследования ферментов, взаимодействующих с пенициллинами». Cellular and Molecular Life Sciences (Представленная рукопись). 54 (4): 353–8. doi :10.1007/s000180050163. hdl : 2268/77968 . PMID  9614972. S2CID  21504958.
  11. ^ Nguyen-Distèche M, Leyh-Bouille M, Ghuysen JM (октябрь 1982 г.). «Выделение связанного с мембраной пенициллин-связывающего белка 26 000-Mr штамма Streptomyces K15 в форме чувствительной к пенициллину D-аланил-D-аланин-расщепляющей транспептидазы». The Biochemical Journal . 207 (1): 109–15. doi :10.1042/bj2070109. PMC 1153830. PMID  7181854 . 
  12. ^ ab Ghuysen JM, Frère JM, Leyh-Bouille M, Nguyen-Distèche M, Coyette J, Dusart J, Joris B, Duez C, Dideberg O, Charlier P (1984). «Пептидогликаны бактериальной стенки, DD-пептидазы и бета-лактамные антибиотики». Scandinavian Journal of Infectious Diseases. Supplementum . 42 : 17–37. PMID  6597561.
  13. ^ Spratt BG (май 1983). «Пенициллин-связывающие белки и будущее бета-лактамных антибиотиков. Седьмая лекция Флеминга». Журнал общей микробиологии . 129 (5): 1247–60. doi : 10.1099/00221287-129-5-1247 . PMID  6352855.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=DD-Транспептидаза&oldid=1246424065"