Tyrocidin

Tyrocidin
Tyrocidine A.svg
Tyrocidine 3D.png
Namn
IUPAC-namn
3-(( 3S , 6R , 9S , 12S , 15S ,

18S ,21S , 24S , 27R , 32aS ) -9-(2-amino-2-oxoetyl)-21-(3-aminopropyl)-3,6,27-tribensyl-15-(4-hydroxibensyl ) )-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
Identifierare
UNII
Egenskaper
C66H87N13O13 _ _ _ _ _ _ _
Molar massa 1270.47628
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
check  Y ( vad är check☒ Y N ?)

Tyrocidin är en blandning av cykliska dekapeptider som produceras av bakterien Bacillus brevis som finns i jord. Den kan vara sammansatt av 4 olika aminosyrasekvenser, vilket ger tyrocidin A–D (se figur 1). Tyrocidin är huvudbeståndsdelen i tyrotricin , som också innehåller gramicidin . Tyrocidin var det första kommersiellt tillgängliga antibiotikumet, men har visat sig vara giftigt mot mänskligt blod och reproduktionsceller. Funktionen av tyrocidin i dess värd B. brevis tros vara reglering av sporulering .

Figur 1: a) Aminosyrasekvens för tyrocidin A. b) Sekvensförändringar för de 4 typerna av tyrocidin.

Tyrocidiner A, B och C är cykliska dekapeptider. Biosyntesen av tyrocidin involverar tre enzymer. Delar av dess sekvens är identiska med gramicidin S.

Historia

1939 upptäckte den amerikanske mikrobiologen René Dubos jordmikroben Bacillus brevis . Han observerade mikrobens förmåga att bryta ner kapseln av pneumokockbakterie , vilket gör den ofarlig. Från jordmikroben B. brevis isolerade han tyrotricin , som hade en hög toxicitet för ett stort antal bakterier. Tyrotricin visade sig senare vara en blandning av peptiderna gramicidin och tyrocidin. Dessa observerades ha toxiska effekter på röda blodkroppar och reproduktionsceller hos människor, men om den appliceras externt som en salva kan tyrocidin också användas som ett potent antimikrobiellt medel. Dubos upptäckt hjälpte till att återuppliva intresset för forskning om penicillin .

Handlingsmekanism

Tyrocidin har ett unikt verkningssätt där det stör cellmembranets funktion, vilket gör det till ett gynnsamt mål för tekniska derivat. Tyrocidin verkar störa lipiddubbelskiktet i en mikrobs inre membran genom att tränga igenom membranets lipidfas. Den exakta affiniteten och placeringen av tyrocidin i fosfolipiddubbelskiktet är ännu inte känd.

Biosyntes

Biosyntesen av Tyrocidin liknar Gramicidin S och uppnås genom användning av icke-ribosomala proteinsyntetaser (NRPS). Dess biosyntes sker via en enzymatisk sammansättning bestående av 3 peptidsyntetasproteiner, TycA, TycB och TycC, som innehåller 10 moduler. De olika tyrocidinanalogerna (A–D) produceras inte av olika enzymer, utan snarare av ett enzymsystem som kan inkorporera olika aminosyror med strukturell likhet på specificerade platser. Aminosyrasekvensen bestäms av enzymets organisation och inte av någon RNA-mall.

Figur 2: Tyrocidinoperonet

Tyrocidinsyntetaserna TycA, TycB och TycC är kodade på tyrocidinoperonet. Detta består av de tre generna som kodar för de tre syntetaserna samt tre ytterligare öppna läsramar ( ORF). Dessa ORF, märkta som TycD, TycE och TycF är nedströms om de tre syntetasgenerna (se figur 2). TycD &TycE har den största likheten med medlemmar av ATP-bindande kassett (ABC) transportörfamiljen som hjälper till vid transporten av substrat över ett membran. Det har föreslagits att tandemtransportörerna spelar en roll för att ge resistens i producentcellen genom tyrocidinsekretion. TycF har identifierats som ett tioesteras (TE) och liknar andra TE i bakteriella operoner som används för att koda för peptidsyntetaser. Den exakta funktionen av dessa TE:er är dock fortfarande okänd. Storleken på peptidsyntetaserna motsvarar mängden aktivering de utför. TycA är den minsta och aktiverar en enda aminosyra från en modul, TycB är medelstor och aktiverar 3 aminosyror med 3 moduler, och TycC är den största och aktiverar 6 aminosyror med 6 moduler (se figur 3).

Figur 3: Moduler och domäner för Tyrocidinbiosyntes

Varje modul utför alla katalytiska reaktioner som är nödvändiga för att införliva en enda aminosyra i peptidkedjan. Detta åstadkoms genom underdomänerna för adenylering (A), peptitylbärarprotein (PCP), kondensation (C), och beroende på aminosyrapositionen, en epimerisering (E). Adenyleringssubdomänen används för att aktivera den specifika aminosyran. Varje modul använder en molekyl av den valda substrataminosyran med en molekyl ATP för att ge ett aminoacyladenylatenzymkomplex och pyrofosfat. Den aktiverade aminosyran kan sedan överföras till det enzymbundna 4'- fosfopanteinet i bärarproteinet med utstötning av AMP från systemet. Bärarproteinet använder protesgruppen 4'-fosfopantein för laddning av den växande peptiden och deras monomerprekursorer. Förlängning av peptidkedjan uppnås genom kondensation av uppströms PCP på en intilliggande nedströms PCP-bunden monomer. Vissa domäner har modifieringssubdomäner, såsom E-subdomänen som ses i domänerna 1 och 4 i tyrocidin, som kommer att generera den D-konfigurerade aminosyran . På den sista modulen finns TE-domänen som används som en katalysator för cyklisering eller produktfrisättning. Frisättningen av produkten från bärarproteinet uppnås genom acylering av serinet på det aktiva stället i TE, i vilket dekapeptiden överförs från tioletern till serinresten. Deacylering kan sedan ske genom intramolekylär cyklisering eller genom hydrolys för att ge den cykliska respektive linjära produkten (se figur 4).

Figur 4: Föreslagen cykliseringsreaktion katalyserad av tioesteras

När det gäller tyrocidin har ringslutning visat sig vara mycket gynnsam på grund av att 4H-bindningar hjälper dekapeptidryggraden att anta en stabil konformation (se figur 5). Denna intramolekylära cyklisering sker på ett huvud-till-svans sätt som involverar N-terminalen av D -Phel och C-terminalen av L -Leu10 (se figur 4).

Figur 5: Vätebindning som illustrerar stabiliserande effekter av cyklisering

Kemoenzymatiska strategier

Det finns ingen allmän biokemisk lösning för makrocyklisering av en peptidkedja. Isolerade tyrocidin (Tyc) TE-domäner kan användas för att cyklisera kemiskt härledda peptidyl-tioestersubstrat, vilket ger en kraftfull väg till nya cykliska föreningar. För att denna makrocyklisering ska ske måste peptidkedjan aktiveras vid sin C-terminal med en N -acetylcysteamin (SNAC) lämnande grupp . En alaninskanning genom de 10 positionerna av tyrocidin visar att endast D -Phe och L -Orn krävs för tillräcklig cyklisering.

Tyc TE kan också användas biomimetiskt där den efterliknar miljön som skapas av TE-domänen med substratets PCP genom användning av en syntetisk tjuder kopplad till en polyetylenglykol (PEG) amidharts. Användning av detta harts bundet till ett önskat substrat med isolerad TE kan möjliggöra katalytisk frisättning av hartset såväl som makrocyklisering av substratet (se figur 6). Användning av fastfaspeptidsyntes (SPPS) möjliggjorde inkorporering av en mångfald av monomerer i peptidkedjan. Senare studier använde den höga toleransen av Tyc TE för att modifiera peptidryggraden postsyntetiskt. Detta gjorde det också möjligt för glykosylering av tyrosin- eller serinresterna att införlivas. Användning av dessa metoder har lett till många lovande nya terapeutiska medel. [ citat behövs ]

Figur 6: Biomimetisk makrocykelsyntes.
  1. ^ Pubchem: Tyrocidine och Tyrothricin. "PubChem Compound Result" .
  2. ^ a b c    Mootz HD, Marahiel MA (november 1997). "Tyrocidinbiosyntesoperonen av Bacillus brevis: fullständig nukleotidsekvens och biokemisk karakterisering av funktionella interna adenyleringsdomäner" . J. Bacteriol . 179 (21): 6843–50. doi : 10.1128/jb.179.21.6843-6850.1997 . PMC 179617 . PMID 9352938 .
  3. ^ "Antibiotika". Columbia Electronic Encyclopedia . Vol. 6:e uppl. Columbia University Press. 2007. s. online.
  4. ^ a b   Qin C, Bu X, Wu X, Guo Z (2003). "Ett kemiskt tillvägagångssätt för att generera molekylär mångfald baserat på ställningen av cykliskt dekapeptidantibiotikum tyrocidin A". J Comb Chem . 5 (4): 353–5. doi : 10.1021/cc0300255 . PMID 12857101 .
  5. ^   Prenner EJ, Lewis RN, McElhaney RN (december 1999). "Interaktionen mellan den antimikrobiella peptiden gramicidin S med lipiddubbelskiktsmodell och biologiska membran" . 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 (augusti 2007). "Makrocykliseringsstrategier i polyketid och icke-ribosomal peptidbiosyntes". Nat Prod Rep . 24 (4): 735–49. doi : 10.1039/b613652b . PMID 17653357 .
  7. ^   Roskoski R, Gevers W, Kleinkauf H, Lipmann F (december 1970). "Tyrocidinbiosyntes genom tre komplementära fraktioner från Bacillus brevis (ATCC 8185)". Biokemi . 9 (25): 4839–45. doi : 10.1021/bi00827a002 . PMID 4320358 .
  8. ^ a b c d    Kohli RM, Walsh CT, Burkart MD (augusti 2002). "Biomimetisk syntes och optimering av cykliska peptidantibiotika". Naturen . 418 (6898): 658–61. Bibcode : 2002Natur.418..658K . doi : 10.1038/nature00907 . PMID 12167866 . S2CID 4380296 .
  9. ^    Trauger JW, Kohli RM, Mootz HD, Marahiel MA, Walsh CT (september 2000). "Peptidcyklisering katalyserad av tioesterasdomänen av tyrocidinsyntetas". Naturen . 407 (6801): 215–8. Bibcode : 2000Natur.407..215T . doi : 10.1038/35025116 . PMID 11001063 . S2CID 4382709 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tyrocidine&oldid=1097480015 "