Isopenicilin N syntáza - Isopenicillin N synthase
| isopenicilin N syntáza | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||||
| EC číslo | 1.21.3.1 | ||||||||
| Číslo CAS | 78642-31-6 | ||||||||
| Databáze | |||||||||
| IntEnz | IntEnz pohled | ||||||||
| BRENDA | Vstup BRENDA | ||||||||
| EXPASY | Pohled NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Vstup KEGG | ||||||||
| MetaCyc | metabolická cesta | ||||||||
| PRIAM | profil | ||||||||
| PDB struktur | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Genová ontologie | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Isopenicilin N syntáza (IPNS) je nehemový enzym závislý na železa patřící k oxidoreduktáza rodina. Tento enzym katalyzuje tvorbu isopenicilinu N z δ- (L-α-aminoadipoyl) -L-cysteinyl-D-valine (LLD-ACV).
- N-[(5S) -5-amino-5-karboxypentanoyl] -L-cysteinyl-D-valine + O.2 isopenicilin N + 2 H2Ó
Tato reakce je klíčovým krokem v EU biosyntéza z penicilin a cefalosporin antibiotika.[1]
The aktivní stránky většiny isopenicilin N syntáz obsahuje an žehlička ion.[2]
Tento enzym se také nazývá isopenicilin N syntetáza.
Mechanismus
Kovový iont Fe (II) v aktivním místě enzymu je koordinován alespoň dvěma histidin zbytky, an aspartát zbytek, a glutamin zbytek a dva voda molekuly při absenci vazby Podklad.[2] Pouze dva zbytky histidinu a jeden zbytek kyseliny asparagové jsou zcela konzervovány. Proto je velmi významné, že tyto dva histidinové zbytky, His214 a His270, a jeden zbytek kyseliny asparagové, Asp216, jsou přesně ty, které jsou nezbytné pro aktivitu.[3] Když ACV váže aktivní místo, Gln330 a jedna molekula vody jsou nahrazeny ACV thiolát.[2]
Lineární tripeptid δ- (L-α-aminoadipoyl) -L-cysteinyl-D-valine (LLD-ACV) musí být nejprve sestaven ze svých komponentních aminokyselin pomocí N- (5-amino-5-karboxypentanoyl) -L-cysteinyl-D-valin syntáza (ACV syntáza).[4] To umožňuje navázání substrátu ACV na deprotonovanou thiolovou skupinu cystein zbytek. Tento ligace thiolátu do středu železa ukotví ACV v aktivním místě.[2]
Ligace ACV má za následek pokles FeII / FeIII redox potenciál, což usnadňuje redukci dioxygenu na superoxid. Tvorba vysoce kovalentní vazby RS-FeIII[5][6] snižuje aktivační bariéru k vazbě na kyslík, čímž iniciuje reakční cyklus.[2] Intramolekulární vodík dochází k přenosu atomu z C-3 cysteinového zbytku (BDE = 93 kcal / mol) na distální superoxo kyslík, čímž dochází k přeměně FeIII zpět na oxidační stav FeII. A thioaldehyd a hydroperoxy ligand (OOH) se vyrábí v tomto procesu. Hydroperoxy ligand deprotonuje amid, který pak uzavírá beta-laktamový kruh nukleofilním útokem na thioaldehydový uhlík.[4]
To způsobí atom vodíku na C-3 valin zbytek se přiblížit k oxo ligandu železa (IV), který je vysoce elektrofilní. Dojde k druhému přenosu vodíku, který pravděpodobně vytvoří isopropylový radikál, který uzavře thiazolidin zaútočit na thiolát síra atom.[4]
Role při tvorbě antibiotik
V návaznosti na cestu IPNS jsou další enzymy zodpovědné za epimerizaci isopenicilinu N na penicilin N, derivitazaci na jiné peniciliny a expanzi kruhu, která nakonec vede k různým cefalosporinům.[1]
To ukazuje, jak IPNS zaujímá ranou a klíčovou roli v biosyntetické dráze všech penicilinů a cefalosporinů, což jsou různé typy β-laktamová antibiotika. Tato třída antibiotika je nejpoužívanější. Působí tak, že inhibují syntézu peptidoglykan vrstva bakteriální buněčné stěny, což je zvláště důležité u grampozitivních organismů.
Existuje několik typů penicilinů, které lze použít k léčbě různých druhů bakteriální infekce.[7] Nebudou fungovat pro infekce způsobené viry, jako je nachlazení nebo chřipka.[8]
Strukturální studie
Ke konci roku 2007, 26 struktur byly pro tuto třídu enzymů vyřešeny pomocí PDB přístupové kódy 1ODM, 1UZW, 1W03, 1W04, 1W05, 1W06, 1W3V, 1W3X, 2BJS, 2BU9, 2IVI, 2IVJ, 2JB4, 1QJE, 1ODN, 1HB1, 1HB2, 1HB3, 1HB4, 1QIQ, 1QJF, 1BK0, 1BLZ, 1 OBN, 1OC1, 1IPY
Reference
- ^ A b Cohen G, Shiffman D, Mevarech M, Aharonowitz Y (duben 1990). „Mikrobiální geny pro isopenicilin N syntázu: struktura, funkce, rozmanitost a evoluce“. Trends Biotechnol. 8 (4): 105–11. doi:10.1016 / 0167-7799 (90) 90148-Q. PMID 1366527.
- ^ A b C d E Roach PL, Clifton IJ, Hensgens CM, Shibata N, Schofield CJ, Hajdu J, Baldwin JE (červen 1997). "Struktura isopenicilin N syntázy v komplexu se substrátem a mechanismus tvorby penicilinu". Příroda. 387 (6635): 827–30. doi:10.1038/42990. PMID 9194566. S2CID 205032251.
- ^ Borovok I, Landman O, Kreisberg-Zakarin R, Aharonowitz Y, Cohen G (únor 1996). "Železné aktivní místo isopenicilin N syntázy: genetická a sekvenční analýza endogenních ligandů". Biochemie. 35 (6): 1981–7. doi:10.1021 / bi951534t. PMID 8639682.
- ^ A b C Schenk WA (říjen 2000). "Isopenicillin N Synthase: Enzyme at Work". Angew. Chem. Int. Vyd. Engl. 39 (19): 3409–3411. doi:10.1002 / 1521-3773 (20001002) 39:19 <3409 :: AID-ANIE3409> 3.0.CO; 2-T. PMID 11091371.
- ^ Kovacs JA, Brines, LM (červenec 2007). „Porozumění tomu, jak thiolátová síra přispívá k funkci nehemické superoxidreduktázy enzymu železa“. Acc. Chem. Res. 40 (7): 501–509. doi:10.1021 / ar600059h. PMC 3703784. PMID 17536780.
- ^ Kovacs JA, Brines, LM (květen 2007). „Studie VTVH-MCD a DFT vazby thiolátu na {FeNO} 7 / {FeO2} 8 komplexy syntázy isopenicilinu N: Stanovení substrátu vůči aktivitě oxidázy versus oxygenázy v nehemových Fe enzymech“. J. Am. Chem. Soc. 129 (23): 7427–7438. doi:10.1021 / ja071364v. PMC 2536647. PMID 17506560.
- ^ Geddes AM, Williams JD (1976). Farmakologie antibiotik. Boston, MA: Springer USA. ISBN 978-1-4684-3123-0.
- ^ Anderson L. „Proč antibiotika nezabíjejí viry?“. Drugs.com.
Další čtení
- Miller FD, Chapman JL, Queener SW (1992). "Substrátová specificita isopenicilin N syntázy". J. Med. Chem. 35 (10): 1897–914. doi:10.1021 / jm00088a028. PMID 1588566.
- Andersson I, Schofield CJ, Baldwin JE (1995). „Krystalová struktura isopenicilin N syntázy je první z nové strukturní rodiny enzymů“. Příroda. 375 (6533): 700–4. Bibcode:1995 Natur.375..700R. doi:10.1038 / 375700a0. PMID 7791906. S2CID 22804064.
