Metallo-beta-laktamasproteinveck
| Metallo-beta-laktamas superfamilj | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Tecknad diagram över den kristallografiska strukturen av en zinkmetallo-beta-laktamas från bacillus cereus ( N-terminal = blå, C-terminal = röd). Den katalytiska zinkjonen avbildas som en grå sfär.
| |||||||||
| Identifierare | |||||||||
| Symbol | Lactamas_B | ||||||||
| Pfam | PF00753 | ||||||||
| InterPro | IPR001279 | ||||||||
| SCOP2 | 1bmc / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Metallo -β-laktamas (MBL) superfamiljen utgör en grupp av proteiner som finns i alla livets domäner som delar en karakteristisk αββα-veckning med förmågan att binda övergångsmetalljoner. Sådana metallbindningsställen kan ha tvåvärda övergångsmetalljoner som Zn(II), Fe(II)/Fe(III) och Mn(II), och är belägna vid botten av en bred klyfta som kan hysa olika substrat. Namnet antogs efter de första medlemmarna i superfamiljen som studerades experimentellt: en grupp zinkberoende hydrolytiska enzymer som ger bakteriell resistens mot β-laktamantibiotika. Dessa zink-β-laktamaser (ZBL) inaktiverar β-laktamantibiotika genom hydrolys av β-laktamringen. Tidiga studier på MBL utfördes på enzymet βLII isolerat från stam 569/H/9 av Bacillus cereus . Det fick namnet βLII eftersom det var det andra β-laktamaset som visades produceras av bakterien; den första, βLI, var ett icke-metalliskt β-laktamas, dvs okänsligt för hämning med EDTA (βLII döptes om till BcII med tiden).
Lågupplösta röntgenkristallografiska analyser publicerade 1995 avslöjade det nya αββα-vecket som skulle bli kännetecknet för MBL-superfamiljen, tillsammans med en enda Zn(II)-jon bunden till ett tre-histidinmotiv, som liknar det aktiva stället som är typiskt för kolsyraanhydraser. Således ansågs BcII och ZBL i allmänhet använda en enda Zn(II)-jon för att aktivera en vattenmolekyl för hydrolys, analogt med den mekanism genom vilken kolsyraanhydraser hydratiserar koldioxid till bikarbonat. Denna tro avslöjades snart när strukturen av Bacteroides fragilis ZBL, CcrA, publicerades, som visade en ytterligare Zn(II)-jon bredvid den föregående. Den andra zinken koordinerades till närliggande Asp-, Cys- och His-rester. Dessutom hittades den andra metalljonen senare i Bacillus cereus ZBL också, vilket startade en decennielång kontrovers om rollen för varje zinkjon. Senare fann man att monometalliska ZBL är ganska exceptionella och antibiotikainaktiveringsreaktionen kräver två Zn(II)-joner.
Metallo-beta-laktamaser är viktiga enzymer eftersom de är involverade i nedbrytningen av antibiotika av antibiotikaresistenta bakterier . Det är oklart om metallo-beta-laktamasaktivitet utvecklades en eller två gånger inom superfamiljen; om två gånger skulle detta tyda på strukturell exaptation . Proteiner som tillhör MBL-superfamiljen kombinerar vanligtvis minst en MBL-domän med ytterligare domäner som tillhandahåller olika funktioner, såsom substratigenkänning eller bindning till andra polypeptider, på ett modulärt sätt. Sålunda förstår MBL-superfamiljmedlemmar den metallassisterade vattenaktiveringsförmågan hos MBL-domänen för att utföra en mängd olika hydrolytiska reaktioner. Sådan mångfald utökas ofta av mutationer runt metallbindningsstället för att binda olika metalljoner. De MBL:er som binder Fe(II)/Fe(III) är faktiskt ofta redoxaktiva på grund av förmågan att utföra en-elektron-redoxreaktioner.
Tidiga försök att systematiskt klassificera alla medlemmar av MBL-superfamiljen utfördes 1999 av Aravind, som visade att många andra proteiner uppvisar αββα typiska för MBL. Dessa observationer uppdaterades 2001 av Daiyasu et al. som definierade minst 16 familjer inom MBL-superfamiljen. Dessa proteiner inkluderar tiolesteraser , medlemmar av glyoxalas II -familjen, som katalyserar hydrolysen av SD-laktoyl-glutation för att bilda glutation och D - mjölksyra och ett kompetensprotein som är väsentligt för naturlig transformation i Neisseria gonorrhoeae och som kan vara en transportör involverad i DNA-upptag. Förutom kompetensproteinet binder dessa proteiner två zinkjoner per molekyl som kofaktor . För närvarande har minst hundra proteiner visat sig innehålla en αββα-domän med hjälp av röntgenkristallografi, medan hela MBL-superfamiljen inkluderar cirka en halv miljon medlemmar.