DD-Transpeptidasa
| Serina tipo D -Ala- D -Ala carboxipeptidasa | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Estructura de la DD -transpeptidasa de Streptomyces K15 | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| N.º CE | 3.4.16.4 | ||||||||
| N.º CAS | 9077-67-2 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | Vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Entrada de BRENDA | ||||||||
| Expasí | Vista de NiceZyme | ||||||||
| BARRIL | Entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCiclo | vía metabólica | ||||||||
| PRIAMO | perfil | ||||||||
| Estructuras del PDB | RCSB AP APBE APSUMA | ||||||||
| |||||||||
La DD -transpeptidasa ( EC 3.4.16.4, DD -peptidasa , DD -transpeptidasa , DD -carboxipeptidasa , D -alanil - D -alanina carboxipeptidasa , D -alanil - D -alanina-peptidasa de escisión , D -alanina carboxipeptidasa , D - alanil carboxipeptidasa y D -Ala- D -Ala carboxipeptidasa de tipo serina . [1] ) es una enzima bacteriana que cataliza la transferencia de la porción R- L -αα- D -alanilode los donadores de carbonilo R- L -αα- D -alanil- D- alanina al γ-OH de su serina del sitio activo y desde este a un aceptor final. [2] Participa en la biosíntesis de la pared celular bacteriana, es decir, en la transpeptidación que une las cadenas laterales peptídicas de las cadenas de peptidoglicano. [3]
El antibiótico penicilina se une irreversiblemente a la enzima transpeptidasa y la inhibe formando un intermediario peniciloil-enzima altamente estable. [4] Debido a la interacción entre la penicilina y la transpeptidasa, esta enzima también se conoce como proteína de unión a la penicilina (PBP).
Mecanismo
La DD -transpeptidasa es mecanísticamente similar a las reacciones proteolíticas de la familia de proteínas tripsina. [5]
La reticulación de las fracciones peptidil de las cadenas de glicano adyacentes es una reacción de dos pasos. El primer paso implica la escisión del enlace D -alanil- D -alanina de un precursor de la unidad peptídica que actúa como donante de carbonilo, la liberación de la D -alanina carboxilo-terminal y la formación de la acil-enzima. El segundo paso implica la ruptura del intermediario acil-enzima y la formación de un nuevo enlace peptídico entre el carbonilo de la fracción D -alanilo y el grupo amino de otra unidad peptídica. [6]
La mayor parte de la discusión sobre los mecanismos de la DD -peptidasa gira en torno a los catalizadores de la transferencia de protones. Durante la formación del intermediario acil-enzima, se debe retirar un protón del grupo hidroxilo de la serina del sitio activo y se debe agregar uno al grupo saliente de la amina. Se debe facilitar un movimiento de protones similar en la desacilación. La identidad de los catalizadores generales ácidos y básicos involucrados en estas transferencias de protones aún no se ha dilucidado. [7] Sin embargo, se ha propuesto la tríada catalítica tirosina, lisina y serina, así como serina, lisina, serina. [7]
Estructura
Las transpeptidasas son miembros de la superfamilia de las transferasas de peniciloil-serina, que tienen un motivo conservado característico SxxK . [8] Con "x" denotando un residuo de aminoácido variable , las transpeptidasas de esta superfamilia muestran una tendencia en forma de tres motivos: SxxK, SxN (o análogo) y KTG (o análogo). Estos motivos se encuentran en lugares equivalentes y están espaciados aproximadamente de manera igual a lo largo de la cadena polipeptídica. La proteína plegada acerca estos motivos entre sí en el centro catalítico entre un dominio completamente α y un dominio α/β . [9] [10]
Se ha estudiado la estructura de la DD -transpeptidasa de Streptomyces K15 , que consiste en una única cadena polipeptídica organizada en dos dominios. Un dominio contiene principalmente hélices α, y el segundo es de tipo α/β. [6] El centro de la hendidura catalítica está ocupado por la tétrada Ser35-Thr36-Thr37-Lys38, que incluye el residuo nucleofílico Ser35 en el extremo amino-terminal de la hélice α2. Un lado de la cavidad está definido por el bucle Ser96-Gly97-Cys98 que conecta las hélices α4 y α5. La tríada Lys213-Thr214-Gly215 se encuentra en la cadena β3 en el lado opuesto de la cavidad. El grupo NH de la cadena principal del residuo esencial Ser35 y el de Ser216 aguas abajo del motivo Lys213-Thr214-Gly215 ocupan posiciones que son compatibles con la función del agujero de oxianión requerida para la catálisis. [6]
La enzima se clasifica como una DD -transpeptidasa porque el enlace peptídico susceptible del donante de carbonilo se extiende entre dos átomos de carbono con la configuración D. [6]
Función biológica
Todas las bacterias poseen al menos una, generalmente varias, serina DD -peptidasas monofuncionales. [2]
Relevancia de la enfermedad
Esta enzima es un excelente objetivo farmacológico porque es esencial, es accesible desde el periplasma y no tiene equivalente en las células de los mamíferos. La DD -transpeptidasa es la proteína diana de los antibióticos β-lactámicos (por ejemplo, la penicilina ). Esto se debe a que la estructura de la β-lactama se parece mucho al residuo D - ala- D -ala.
Las β-lactáminas ejercen su efecto inactivando competitivamente el sitio catalítico de la serina DD -transpeptidasa. La penicilina es un análogo cíclico de los donantes de carbonilo terminados en D -Ala- D -Ala, por lo tanto, en presencia de este antibiótico, la reacción se detiene a nivel de la enzima peniciloil unida al éster de serina. [11] Por lo tanto, los antibióticos β-lactámicos obligan a estas enzimas a comportarse como proteínas de unión a la penicilina . [12]
Cinéticamente, la interacción entre la DD -peptidasa y las β-lactáminas es una reacción de tres pasos:
[12]
Las β-lactáminas pueden formar un aducto EI* de alta estabilidad con la DD -transpeptidasa . La vida media de este aducto es de alrededor de horas, mientras que la vida media de la reacción normal es del orden de milisegundos. [8]
La interferencia con los procesos enzimáticos responsables de la formación de la pared celular resulta en lisis y muerte celular debido a la activación del sistema autolítico en las bacterias. [13]
Véase también
- Vancomicina , un antibiótico que se une a los residuos D -ala- D -ala, inhibiendo la elongación a través de la glicosiltransferasa.
Referencias
- ^ "EC3.4.16.4 Carboxipeptidasa D-Ala-D-Ala de tipo serina". Base de datos de estructuras enzimáticas . Archivado desde el original el 17 de mayo de 2006. Consultado el 26 de febrero de 2006 .
- ^ ab Grandchamps J, Nguyen-Distèche M, Damblon C, Frère JM, Ghuysen JM (1995). "Serina DD-transpeptidasa del sitio activo de Streptomyces K15: perfil de especificidad para donantes de péptidos, tiol ésteres y ésteres carbonílicos y vías de las reacciones de transferencia". Biochem J . 307 ( Pt 2) (2): 335–9. doi :10.1042/bj3070335. PMC 1136653 . PMID 7733866.
- ^ Yocum RR, Waxman DJ, Rasmussen JR, Strominger JL (1979). "Mecanismo de acción de la penicilina: la penicilina y el sustrato se unen covalentemente a la misma serina del sitio activo en dos carboxipeptidasas bacterianas de D-alanina". Proc Natl Acad Sci USA . 76 (6): 2730–4. Bibcode :1979PNAS...76.2730Y. doi : 10.1073/pnas.76.6.2730 . PMC 383682 . PMID 111240.
- ^ Gordon E, Mouz N, Duée E, Dideberg O (junio de 2000). "La estructura cristalina de la proteína de unión a penicilina 2x de Streptococcus pneumoniae y su forma acil-enzima: implicación en la resistencia a fármacos". Journal of Molecular Biology . 299 (2): 477–85. doi :10.1006/jmbi.2000.3740. PMID 10860753.
- ^ Goffin C, Ghuysen JM (diciembre de 2002). "La bioquímica y la genómica comparativa de las aciltransferasas de la superfamilia SxxK ofrecen una pista sobre la paradoja micobacteriana: presencia de proteínas diana sensibles a la penicilina frente a la falta de eficacia de la penicilina como agente terapéutico". Microbiology and Molecular Biology Reviews . 66 (4): 702–38, tabla de contenidos. doi :10.1128/MMBR.66.4.702-738.2002. PMC 134655 . PMID 12456788.
- ^ abcd Fonzé E, Vermeire M, Nguyen-Distèche M, Brasseur R, Charlier P (julio de 1999). "La estructura cristalina de una peniciloil-serina transferasa de sensibilidad intermedia a la penicilina. La DD-transpeptidasa de Streptomyces K15". The Journal of Biological Chemistry . 274 (31): 21853–60. doi : 10.1074/jbc.274.31.21853 . PMID 10419503.
- ^ ab Pratt RF (julio de 2008). "Especificidad de sustrato de las DD-peptidasas bacterianas (proteínas de unión a penicilina)". Ciencias de la vida celular y molecular . 65 (14): 2138–55. doi :10.1007/s00018-008-7591-7. PMC 11131748 . PMID 18408890. S2CID 25147733.
- ^ ab Walsh C, Wencewicz T (2016). Antibióticos: desafíos, mecanismos, oportunidades (2.ª ed.). Sociedad Estadounidense de Microbiología (Verlag). ISBN 978-1-55581-930-9.
- ^ Ghuysen JM (octubre de 1994). "Estructuras moleculares de proteínas de unión a penicilina y beta-lactamasas". Tendencias en microbiología . 2 (10): 372–80. doi :10.1016/0966-842X(94)90614-9. hdl : 2268/96404 . PMID 7850204.
- ^ Kelly JA, Kuzin AP, Charlier P, Fonzé E (abril de 1998). "Estudios de rayos X de enzimas que interactúan con penicilinas". Ciencias de la vida celular y molecular (manuscrito enviado). 54 (4): 353–8. doi :10.1007/s000180050163. hdl : 2268/77968 . PMID: 9614972. S2CID : 21504958.
- ^ Nguyen-Distèche M, Leyh-Bouille M, Ghuysen JM (octubre de 1982). "Aislamiento de la proteína de unión a penicilina de 26 000-Mr unida a la membrana de la cepa K15 de Streptomyces en forma de una transpeptidasa que escinde D-alanil-D-alanina sensible a la penicilina". The Biochemical Journal . 207 (1): 109–15. doi :10.1042/bj2070109. PMC 1153830 . PMID 7181854.
- ^ ab Ghuysen JM, Frère JM, Leyh-Bouille M, Nguyen-Distèche M, Coyette J, Dusart J, Joris B, Duez C, Dideberg O, Charlier P (1984). "Peptidoglicano de la pared bacteriana, DD-peptidasas y antibióticos betalactámicos". Revista escandinava de enfermedades infecciosas. Suplemento . 42 : 17–37. PMID 6597561.
- ^ Spratt BG (mayo de 1983). "Proteínas de unión a penicilina y el futuro de los antibióticos betalactámicos. Séptima conferencia Fleming". Revista de microbiología general . 129 (5): 1247–60. doi : 10.1099/00221287-129-5-1247 . PMID 6352855.
Enlaces externos
- Base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: S11.001
- CE 3.4.16.4
- Serina-Tipo+D-Ala-D-Ala+Carboxipeptidasa en los Encabezados de Temas Médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos
