Tyrocidin - Tyrocidine

Tyrocidin
Tyrocidin A.svg
Tyrocidin 3D.png
Jména
Název IUPAC
3 - ((3 S , 6 R , 9 S , 12 S , 15 S ,

18 S , 21 S , 24 S , 27 R , 32a S ) -9- (2-amino-2-oxoetyl) - 21- (3-aminopropyl) - 3,6,27-tribenzyl-15- (4-hydroxybenzyl ) -24-isobutyl- 18-isopropyl- 1,4,7,10,13,16,19,22,25,28-dekaoxodotriakontahydropyrrolo [1,2-a] [1,4,7,10,13,16 , 19,22,25,28] dekaazacyklotriakontin-

12-yl) propanamid
Identifikátory
UNII
Vlastnosti
C 66 H 87 N 13 O 13
Molární hmotnost 1270,47628
Není-li uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje pro materiály v jejich standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit  ( co je   ?) šekY☒N
Reference Infoboxu

Tyrocidin je směs cyklických dekapeptidů produkovaných bakteriemi Bacillus brevis nacházejícími se v půdě. Může se skládat ze 4 různých aminokyselinových sekvencí, které dávají tyrocidin A – D (viz obrázek 1). Tyrocidin je hlavní složkou tyrothricinu , který také obsahuje gramicidin . Tyrocidin byl prvním komerčně dostupným antibiotikem, ale bylo zjištěno, že je toxický pro lidskou krev a reprodukční buňky. Funkce tyrocidinu v hostiteli B. brevis je považována za regulaci sporulace .

Obrázek 1: a) Aminokyselinová sekvence tyrocidinu A. b) Změny sekvence pro 4 typy tyrocidinu.

Tyrocidiny A, B a C jsou cyklické dekapeptidy. Biosyntéza tyrocidinu zahrnuje tři enzymy. Části jeho sekvence jsou identické s gramicidinem S.

Dějiny

V roce 1939 objevil americký mikrobiolog René Dubos půdní mikrob Bacillus brevis . Pozoroval schopnost mikrobu rozložit tobolku bakterie pneumokoků , čímž ji zneškodnil. Z půdního mikroba B. brevis izoloval tyrothricin , který měl vysokou toxicitu pro širokou škálu bakterií. Později bylo zjištěno, že tyrothricin je směsí peptidů gramicidinu a tyrocidinu. Bylo pozorováno, že mají toxické účinky na červené krvinky a reprodukční buňky u lidí, avšak pokud by byl aplikován zvnějšku jako mast, mohl by být tyrocidin použit také jako silné antimikrobiální činidlo. Dubosův objev pomohl oživit zájem o výzkum penicilinu .

Mechanismus účinku

Tyrocidin má jedinečný způsob účinku, při kterém narušuje funkci buněčné membrány, což z něj činí příznivý cíl pro technické deriváty. Zdá se, že tyrocidin narušuje lipidovou dvojvrstvu vnitřní membrány mikroba prostoupením lipidové fáze membrány. Přesná afinita a umístění tyrocidinu ve fosfolipidové dvojvrstvě není dosud známa.

Biosyntéza

Biosyntéza tyrocidinu je podobná gramicidinu S a je jí dosaženo použitím nerribozomálních proteinových syntetáz (NRPS). Jeho biosyntéza probíhá prostřednictvím enzymatické sestavy skládající se ze 3 proteinů peptidové syntetázy, TycA, TycB a TycC, které obsahují 10 modulů. Různé analogy tyrocidinu (A – D) nejsou produkovány různými enzymy, ale spíše enzymatickým systémem, který je schopen inkorporovat různé aminokyseliny strukturní podobnosti na specifikovaných místech. Aminokyselinová sekvence je určena organizací enzymu a nikoli žádným templátem RNA.

Obrázek 2: Tyrocidinový operon

Tyrocidin syntetázy TycA, TycB a TycC jsou kódovány na tyrocidinovém operonu. Skládá se ze tří genů kódujících tři syntetázy a ze tří dalších otevřených čtecích rámců (ORF). Tyto ORF, označené jako TycD, TycE a TycF, jsou downstream od tří genů syntetázy (viz obrázek 2). TycD a TycE mají nejvyšší podobnost se členy rodiny transportérů vázajících kazety ATP (ABC), které pomáhají při transportu substrátů přes membránu. Bylo navrženo, aby tandemové transportéry hrály roli při udělování rezistence v produkční buňce prostřednictvím sekrece tyrocidinu. TycF byl identifikován jako thioesteráza (TE) a je podobný ostatním TE v bakteriálních operonech používaných ke kódování peptidových syntetáz. Přesná funkce těchto TE však zůstává neznámá. Velikost peptidových syntetáz odpovídá míře aktivace, kterou provádějí. TycA je nejmenší a aktivuje jednu aminokyselinu z jednoho modulu, TycB má střední velikost a aktivuje 3 aminokyseliny se 3 moduly a TycC je největší a aktivuje 6 aminokyselin se 6 moduly (viz obrázek 3).

Obrázek 3: Moduly a domény pro biosyntézu tyrocidinu

Každý modul provádí všechny katalytické reakce nezbytné k začlenění jedné aminokyseliny do peptidového řetězce. Toho je dosaženo subdoménami pro adenylaci (A), peptitylový nosný protein (PCP), kondenzaci (C) a v závislosti na poloze aminokyseliny epimerizaci (E). Adenylační subdoména se používá při aktivaci specifické aminokyseliny. Každý modul používá jednu molekulu vybrané aminokyseliny substrátu s jednou molekulou ATP za vzniku komplexu aminoacyl adenylátového enzymu a pyrofosfátu. Aktivovaná aminokyselina může být poté přenesena na enzym vázaný 4'- fosfopantethein nosného proteinu s vyloučením AMP ze systému. Nosičový protein používá 4'-fosfopantetheinovou protetickou skupinu k naplnění rostoucího peptidu a jeho prekurzorů monomerů. Prodloužení peptidového řetězce je dosaženo kondenzací předního PCP na sousední následný PCP-vázaný monomer. V určitých doménách najdete modifikační subdomény, jako je subdoména E viděná v doménách 1 a 4 v tyrocidinu, která bude generovat aminokyselinu s konfigurací D. Na finálním modulu je TE doména používaná jako katalyzátor pro cyklizaci nebo uvolňování produktu. Uvolňování produktu z nosného proteinu se dosahuje acylací aktivního serinu TE, ve kterém je dekapeptid přenesen z thioletheru na serinový zbytek. K deacylaci pak může dojít intramolekulární cyklizací nebo hydrolýzou za vzniku cyklického nebo lineárního produktu (viz obrázek 4).

Obrázek 4: Navrhovaná cyklizační reakce katalyzovaná thioesterázou

V případě tyrocidinu se ukázalo, že uzavření kruhu je velmi příznivé díky 4H vazbám, které pomáhají dekapeptidové kostře přijmout stabilní konformaci (viz obrázek 5). Tato intramolekulární cyklizace probíhá způsobem head-to-tail zahrnujícím N-konec D- Phel a C-konec L- Leu10 (viz obrázek 4).

Obrázek 5: Vodíková vazba ilustrující stabilizující účinky cyklizace

Chemoenzymatické strategie

Neexistuje žádné obecné biochemické řešení pro makrocyklizaci peptidového řetězce. Izolované tyrocidinové (Tyc) TE domény lze použít k cyklizaci chemicky odvozených peptidyl-thioesterových substrátů, což poskytuje účinnou cestu k novým cyklickým sloučeninám. Aby k této makrocyklizaci mohlo dojít, musí být peptidový řetězec aktivován na svém C-konci pomocí N- acetylcysteaminu (SNAC) odstupující skupiny . Alanin skenování přes 10 pozice tyrocidine ukazuje, že pouze D -Phe a L -Orn jsou nutné pro dostatečnou cyklizaci.

Tyc TE lze také použít biomimeticky, ve kterém napodobuje prostředí vytvořené doménou TE s PCP substrátu pomocí syntetického tetheru spojeného s polyethylenglykolovou (PEG) amidovou pryskyřicí. Použití této pryskyřice navázané na požadovaný substrát s izolovaným TE může umožnit katalytické uvolnění pryskyřice i makrocyklizaci substrátu (viz obrázek 6). Použití syntézy peptidů na pevné fázi (SPPS) umožnilo začlenění různorodého souboru monomerů do peptidového řetězce. Pozdější studie používaly vysokou toleranci Tyc TE k postsyntetické modifikaci peptidové páteře. To také umožnilo začlenění glykosylace tyrosinových nebo serinových zbytků. Použití těchto metod vedlo k mnoha slibným novým terapeutickým činidlům.

Obrázek 6: Biomimetická syntéza makrocytů.

Reference

  1. ^ Pubchem: tyrocidin a tyrothricin. "Výsledek sloučeniny PubChem" .
  2. ^ a b c Mootz HD, Marahiel MA (listopad 1997). „Operon biosyntézy tyrocidinu Bacillus brevis: úplná nukleotidová sekvence a biochemická charakterizace funkčních vnitřních adenylačních domén“ . J. Bacteriol . 179 (21): 6843–50. doi : 10.1128 / jb.179.21.6843-6850.1997 . PMC  179617 . PMID  9352938 .
  3. ^ „Antibiotika“. Columbia Electronic Encyclopedia . 6. vyd. Columbia University Press. 2007. str. Online.
  4. ^ a b Qin C, Bu X, Wu X, Guo Z (2003). "Chemický přístup k generování molekulární diverzity na základě základů cyklického dekapeptidového antibiotika tyrocidinu A". J Comb Chem . 5 (4): 353–5. doi : 10,1021 / cc0300255 . PMID  12857101 .
  5. ^ Prenner EJ, Lewis RN, McElhaney RN (prosinec 1999). "Interakce antimikrobiálního peptidu gramicidinu S s lipidovým dvouvrstvým modelem a biologickými membránami" . Biochim. Biophys. Acta . 1462 (1–2): 201–21. doi : 10,1016 / S0005-2736 (99) 00207-2 . PMID  10590309 .
  6. ^ a b c d Kopp F, Marahiel MA (srpen 2007). "Makrocyklizační strategie v polyketidové a neribozomální peptidové biosyntéze". Nat Prod Rep . 24 (4): 735–49. doi : 10,1039 / b613652b . PMID  17653357 .
  7. ^ Roskoski R, Gevers W, Kleinkauf H, Lipmann F (prosinec 1970). „Biosyntéza tyrocidinu třemi komplementárními frakcemi z Bacillus brevis (ATCC 8185)“. Biochemie . 9 (25): 4839–45. doi : 10,1021 / bi00827a002 . PMID  4320358 .
  8. ^ a b c d Kohli RM, Walsh CT, Burkart MD (srpen 2002). "Biomimetická syntéza a optimalizace cyklických peptidových antibiotik". Příroda . 418 (6898): 658–61. Bibcode : 2002Natur.418..658K . doi : 10,1038 / nature00907 . PMID  12167866 .
  9. ^ Trauger JW, Kohli RM, Mootz HD, Marahiel MA, Walsh CT (září 2000). "Peptidová cyklizace katalyzovaná thioesterázovou doménou tyrocidinsyntetázy". Příroda . 407 (6801): 215–8. Bibcode : 2000Natur.407..215T . doi : 10.1038 / 35025116 . PMID  11001063 .

externí odkazy