Surfaktin - Surfactin

Surfaktin
Surfactin.png
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEMBL
ChemSpider
Informační karta ECHA100.110.185 Upravte to na Wikidata
Vlastnosti
C53H93N7Ó13
Molární hmotnost1036,3 g / mol
Povrchové napětí:
9.4 × 10−6 M (pH 8,7)[1]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu
Identifikátory
SymbolN / A
TCDB1.D.11
OPM nadčeleď163
OPM protein2npv

Surfaktin je velmi silný povrchově aktivní látka běžně se používá jako antibiotikum. Je to bakteriální cyklický lipopeptid, do značné míry prominentní pro svou výjimečnou povrchově aktivní sílu.[2] Své amfifilní vlastnosti pomáhají této látce přežít v obou hydrofilní a hydrofobní prostředí. Je to antibiotikum produkované Grampozitivní endospore -formující bakterie Bacillus subtilis.[3] V průběhu různých studií jeho vlastností bylo zjištěno, že surfaktin vykazuje účinné vlastnosti antibakteriální, antivirový, protiplísňový, anti-mykoplazma a hemolytický činnosti.[4]

Struktura a syntéza

Strukturu hlavního kongeneru tvoří a peptid smyčka sedmi aminokyseliny (Kyselina L-glutamová, L-leucin, D-leucin, L-valin, Kyselina L-asparagová, D-leucin a L-leucin) a p-hydroxy mastné kyseliny proměnlivé délky, třináct až patnáct uhlík atomy dlouhé [5]. Zbytky kyseliny glutamové a kyseliny asparagové v polohách 1, respektive 5, dávají kruhu hydrofilní charakter a také jeho negativní náboj. Na opačné straně valinový zbytek v poloze 4 sahá dolů směrem k řetězci mastných kyselin a tvoří hlavní hydrofobní doménu. Níže kritické micelární koncentrací (CMC) může ocas mastných kyselin volně zasahovat řešení, a poté se účastnit hydrofobních interakcí uvnitř micely.[6] Toto antibiotikum je syntetizováno lineárně nonribozomální peptid syntetáza, surfaktin syntetáza (Q04747) a má v řešení charakteristické „sedlo pro koně“ konformace (PDB: 2NPV), což vysvětluje jeho velké spektrum biologické aktivity.[7][8]

Fyzikální vlastnosti

Povrchové napětí

Surfaktin, stejně jako ostatní povrchově aktivní látky, ovlivňuje povrchové napětí kapalin, ve kterých je rozpuštěn. Může snížit voda je povrchové napětí od 72 mN / m až 27 mN / m při koncentraci tak nízké jako 20 μM.[9] Surfactin dosahuje tohoto účinku, protože zabírá mezimolekulární prostor mezi vodou molekuly, což snižuje hlavně přitažlivé síly mezi sousedními molekulami vody Vodíkové vazby, vytváří více tekutina řešení, které může proniknout do těsnějších oblastí vesmíru a zvýšit schopnost smáčení vody.[10] Celkově je tato vlastnost významná nejen pro surfaktin, ale pro povrchově aktivní látky jako celek, protože se používají hlavně jako detergenty a mýdla.

Molekulární mechanismy

Převládají tři hypotézy jak surfaktin funguje.[11]

Efekt nosiče kationtu

Účinek kationtového nosiče je charakterizován schopností řídit surfaktin jednomocný a dvojmocný kationty prostřednictvím organický bariéra. Dva kyselé zbytky aspartátu a glutamátu tvoří "dráp", který snadno stabilizuje dvojmocné látky kationty. Vápník ionty vytvářejí nejvhodnější kationty stabilizující konformaci surfaktinu a fungující jako montážní šablona pro tvorbu micely. Když surfaktin pronikne vnější vrstvou, jeho řetězec mastných kyselin interaguje s acyl řetězy fosfolipidy, s jeho hlavní skupinou v blízkosti fosfolipidů polárních hlav. Připevnění kationtu způsobí, že komplex prochází bilipidickou vrstvou podstupující a žabky. Hlavní skupina se srovnává s fosfolipidy vnitřní vrstvy a řetězec mastných kyselin interaguje s fosfolipidovými acylovými řetězci.[12] Kationt je poté dodáván do intracelulárního média.

Efekt tvorby pórů

Tvorba pórů (iontový kanál ) účinek je charakterizován tvorbou kationtových kanálů. Vyžadovalo by to surfaktin, aby se sám asocioval uvnitř membrány, protože se nemůže rozprostírat přes buněčnou membránu. Postupné supramolekulární struktury vlastní sdružení by pak mohl vytvořit kanál. Tato hypotéza se z větší části vztahuje pouze na nenabité membrány, kde mezi vnějšími a vnitřními membránovými letáky existuje minimální energetická bariéra.[11]

Čisticí účinek

Účinek čisticího prostředku čerpá ze schopnosti surfaktinu vložit svůj řetězec mastných kyselin do bilipidové vrstvy, což způsobuje dezorganizaci vedoucí k propustnosti membrány.[13] Vložení několika molekul surfaktinu do membrány může vést k tvorbě smíšených micel samo-asociací a dvojvrstvou ovlivněnou hydrofobicitou mastného řetězce, což nakonec vede k solubilizaci dvouvrstvy.[14]

Biologické vlastnosti

Surfactin má nespecifický způsob účinku, který má výhody i nevýhody. Je výhodné v tom smyslu, že surfaktin může působit na mnoho druhů buněčných membrán, grampozitivních i gramnegativních. Jeho nespecifičnost má také vliv na jeho tendenci neprodukovat rezistentní kmeny bakterií. V důsledku toho je tento efektivní způsob ničení buněk nevybíravý a útočí červené krvinky se smrtící účinností.

Antibakteriální a antivirové vlastnosti

Surfactin, věrný své antibiotické povaze, má velmi významnou antibakteriální vlastnost, protože je schopen proniknout do buněčných membrán všech druhů bakterií. Existují dva hlavní typy bakterií a jsou Gramnegativní a grampozitivní. Tyto dva typy bakterií se liší složením své membrány. Gramnegativní bakterie mají vnější lipopolysacharid membrána a tenká vrstva peptidoglykanu následovaná dvojvrstvou fosfolipidy, zatímco grampozitivní bakterie postrádají vnější membránu a nesou silnější peptidoglykan vrstva stejně jako fosfolipidová dvojvrstva.[15] Toto je základní faktor, který přispívá k aktivitě podobné surfaktinu jako detergentu, protože je schopen vytvořit propustné prostředí pro lipidovou dvojvrstvu a způsobuje narušení, které solubilizuje membránu.
Aby surfaktin úspěšně vykonával své antibakteriální vlastnosti, musí být bakterie ošetřena vysokou koncentrací. Ve skutečnosti musí být surfaktin v koncentracích mezi 12–50 μG / ml aby měl minimální antibakteriální účinky.[16] Toto je také známé jako minimální inhibiční koncentrace (MIC).
Antivirové účinky surfaktinu odlišují toto antibiotikum od ostatních. Tato vlastnost je taková, protože bylo zjištěno, že se povrchově aktivní obal rozpadá viry. Surfaktin nejen rozpadá obalený virový lipid, ale také kapsid viru prostřednictvím formací iontových kanálů. Tento proces byl prokázán testem na několika obálkových virech, jako je HIV a HSV.[17] Také izoformy řetězce mastných kyselin obsahujících 14 nebo 15 atomů uhlíku vykazovalo zlepšení inaktivace virových obalů. Surfaktin bohužel ovlivnil pouze bezbuněčné viry a viry, které pronikly do buňky, nebyly ovlivněny. Současně, pokud by byl surfaktin vystaven vysokému médiu s koncentracemi bílkovin nebo lipidů, byla by jeho antivirová aktivita omezena. Toto je také známé jako pufrovací účinek a je to významná nevýhoda antivirové aktivity surfaktinu.

Toxicita

Surfactin má jednu hlavní nevýhodu: jeho nespecifickou cytotoxicitu. To je považováno za schopnost surfaktinu lyžovat zvířecí buňky i buňky patogenu. Hemolytický účinek byl výsledkem toho, že surfaktin má schopnost lýzovat červené krvinky, což je dostatečné k tomu, aby byla při jeho použití vyžadována opatrnost intravaskulárně. Naštěstí byly tyto výsledky pozorovány při vysokých koncentracích přibližně 40 μM až 60 μM. Tyto koncentrace také vykazovaly účinek proliferujících buněk in vitro, ačkoli to také bylo LD50 pro tento typ buněk. Při koncentracích pod 25 μM nejsou toxické účinky surfaktinu významné[Citace je zapotřebí ].

Reference

  1. ^ Ishigami Y, Osman M, Nakahara H, Sano Y, Ishiguro R, Matsumoto M (červenec 1995). "Význam tvorby β-listu pro micelizaci a povrchovou adsorpci surfaktinu". Koloidy a povrchy B: Biointerfaces. 4 (6): 341–348. doi:10.1016/0927-7765(94)01183-6.
  2. ^ Mor, A. Peptidová antibiotika: Potenciální odpověď na zuřící antimikrobiální rezistenci. Drug Develop. Res. (2000) 50: 440–447.
  3. ^ Peypoux F, Bonmatin JM, Wallach J (květen 1999). "Poslední trendy v biochemii surfaktinu". Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie. 51 (5): 553–63. doi:10,1007 / s002530051432. PMID  10390813. S2CID  35677695.
  4. ^ Singh P, Cameotra SS (březen 2004). „Potenciální aplikace mikrobiálních povrchově aktivních látek v biomedicínských vědách“. Trendy v biotechnologii. 22 (3): 142–6. doi:10.1016 / j.tibtech.2004.01.010. PMID  15036865.
  5. ^ Bonmatin, Jean-Marc; Laprévote, Olivier; Peypoux, Françoise (2003). „Rozmanitost mezi mikrobiálními cyklickými lipopeptidy: ituriny a surfaktiny. Vztahy mezi strukturou aktivity a designem při navrhování nových bioaktivních látek“. Kombinatorická chemie a vysokovýkonný screening. 6 (6): 541–556. doi:10.2174/138620703106298716. ISSN  1386-2073. PMID  14529379.
  6. ^ Grau A, Gómez Fernández JC, Peypoux F, Ortiz A (květen 1999). "Studie o interakcích surfaktinu s fosfolipidovými váčky". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - biomembrány. 1418 (2): 307–19. doi:10.1016 / S0005-2736 (99) 00039-5. PMID  10320682.
  7. ^ Hue N, Serani L, Laprévote O (2001). „Strukturální výzkum cyklických peptidolipidů z Bacillus subtilis vysokoenergetickou tandemovou hmotnostní spektrometrií“. Rychlá komunikace v hmotnostní spektrometrii. 15 (3): 203–9. doi:10.1002 / 1097-0231 (20010215) 15: 3 <203 :: AID-RCM212> 3.0.CO; 2-6. PMID  11180551.
  8. ^ Tsan, Pascale; Volpon, Laurent; Besson, Françoise; Lancelin, Jean-Marc (únor 2007). "Struktura a dynamika surfaktinu studovaná NMR v micelárních médiích". Journal of the American Chemical Society. 129 (7): 1968–1977. doi:10.1021 / ja066117q. PMID  17256853.
  9. ^ Yeh MS, Wei YH, Chang JS (2005). "Zvýšená produkce surfaktinu z Bacillus subtilis přidáním pevných nosičů". Pokrok v biotechnologii. 21 (4): 1329–34. doi:10.1021 / bp050040c. PMID  16080719. S2CID  20942103.
  10. ^ Dufour S, Deleu M, Nott K, Wathelet B, Thonart P, Paquot M (říjen 2005). "Hemolytická aktivita nových lineárních analogů surfaktinu ve vztahu k jejich fyzikálně-chemickým vlastnostem". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Obecné předměty. 1726 (1): 87–95. doi:10.1016 / j.bbagen.2005.06.015. PMID  16026933.
  11. ^ A b Deleu M, Bouffioux O, Razafindralambo H, Paquot M, Hbid C, Thonart P, Jacques P, Brasseur R (duben 2003). „Interakce surfaktinu s membránami: výpočetní přístup“. Langmuir. 19 (8): 3377–3385. doi:10.1021 / la026543z.
  12. ^ Heerklotz H, Wieprecht T, Seelig J (duben 2004). "Porucha membrány lipopeptidovým surfaktinem a detergenty, jak bylo studováno pomocí deuterium NMR". The Journal of Physical Chemistry B. 108 (15): 4909–4915. doi:10.1021 / jp0371938.
  13. ^ Kragh-Hansen, U, M Maire a J. Moller. Mechanismus solubilizace detergentů liposomů a membrán obsahujících bílkoviny. Biophys. J. (1998) 75: 2932–2946.
  14. ^ le Maire M, Champeil P, Moller JV (listopad 2000). „Interakce membránových proteinů a lipidů s solubilizačními detergenty“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - biomembrány. 1508 (1–2): 86–111. doi:10.1016 / S0304-4157 (00) 00010-1. PMID  11090820.
  15. ^ Hensyl WR (1994). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (9. vydání). Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN  978-0-683-00603-2.
  16. ^ Heerklotz H, Seelig J (září 2001). „Detergentní účinek antibiotického peptidového surfaktinu na lipidové membrány“. Biofyzikální deník. 81 (3): 1547–54. doi:10.1016 / S0006-3495 (01) 75808-0. PMC  1301632. PMID  11509367.
  17. ^ Jung M, Lee S, Kim H (červen 2000). „Nedávné studie o přírodních produktech jako prostředcích proti HIV“. Současná léčivá chemie. 7 (6): 649–61. doi:10.2174/0929867003374822. PMID  10702631.