Peptyd nierybosomalny - Nonribosomal peptide

Peptydy nierybosomalne ( NRP ) to klasa wtórnych metabolitów peptydowych , zwykle wytwarzanych przez mikroorganizmy, takie jak bakterie i grzyby . Peptydy nierybosomalne znajdują się również w organizmach wyższych, takich jak ślimaki nagoskrzelne , ale uważa się, że są wytwarzane przez bakterie wewnątrz tych organizmów. Chociaż istnieje szeroka gama peptydów, które nie są syntetyzowane przez rybosomy , termin peptyd nierybosomalny zazwyczaj odnosi się do bardzo specyficznego ich zestawu, jak omówiono w tym artykule.

Peptydy nierybosomalne są syntetyzowane przez nierybosomalne syntetazy peptydowe , które w przeciwieństwie do rybosomów są niezależne od informacyjnego RNA . Każda nierybosomalna syntetaza peptydowa może syntetyzować tylko jeden typ peptydu. Peptydy nierybosomalne często cykliczne struktury i / lub rozgałęzione, mogą zawierać nie- proteinogenic aminokwasów tym ď -aminokwasów, zmiany przenoszenia jak N metyl i Ns grup lubformyl, lub są glikozylowane , acylowany , chlorowcowany lub grupą hydroksylową . Często przeprowadza się cyklizację aminokwasów w stosunku do „szkieletu” peptydu, w wyniku czego powstają oksazoliny i tiazoliny ; mogą one być dalej utleniane lub redukowane. Czasami seryny są odwadniane , w wyniku czego powstaje dehydroalanina . To tylko próbka różnych manipulacji i odmian, które mogą wykonywać peptydy nierybosomalne. Peptydy nierybosomalne często dimery lub trimery z identycznych sekwencji łączone lub cykliczne, lub nawet rozgałęzione.

Peptydy nierybosomalne to bardzo zróżnicowana rodzina produktów naturalnych o niezwykle szerokim zakresie aktywności biologicznych i właściwościach farmakologicznych. Często są to toksyny, siderofory lub pigmenty . Nonribosomal peptydowe antybiotyki , leki cytostatyczne i środki immunosupresyjne są w użyciu komercyjnym.

Przykłady

Biosynteza

Peptydy nierybosomalne są syntetyzowane przez jedną lub więcej specjalnych nonribosomal peptydy syntetazy (NRP), enzymy . Geny NRPS dla pewnego peptydu są zwykle zorganizowane w jeden operon w bakteriach iw klastry genów u eukariontów . Jednak pierwszym znalezionym grzybowym NRP była cyklosporyna . Jest syntetyzowany przez pojedynczy NRPS 1,6 MDa. Enzymy zorganizowane są w moduły, które odpowiadają za wprowadzenie jednego dodatkowego aminokwasu. Każdy moduł składa się z kilku domen o określonych funkcjach, oddzielonych krótkimi regionami rozdzielającymi o około 15 aminokwasach.

Biosyntezy z peptydy nierybosomalne akcji charakterystyk z poliketydu i kwasu tłuszczowego biosyntezy. Ze względu na te strukturalne i mechanistyczne podobieństwa, niektóre nierybosomalne syntetazy peptydowe zawierają moduły syntazy poliketydowej do wstawiania podjednostek pochodzących od octanu lub propionianu do łańcucha peptydowego.

Należy zauważyć, że aż 10% procent bakteryjnych NRPS nie jest rozłożonych jako duże białka modułowe, ale jako oddzielne enzymy. Niektóre moduły NRPS odbiegają od standardowej struktury domen i opisano kilka dodatkowych domen. Istnieją również enzymy NRPS, które służą jako rusztowanie dla innych modyfikacji substratu w celu włączenia niezwykłych aminokwasów.

Moduły

Kolejność modułów i domen kompletnej nierybosomalnej syntetazy peptydowej jest następująca:

  • Moduł inicjujący lub rozruchowy : [F/NMT]-A-PCP-
  • Moduły wydłużające lub przedłużające : -(C/Cy)-[NMT]-A-PCP-[E]-
  • Moduł zakończenia lub zwolnienia : -(TE/R)

(Kolejność: N-koniec do C-końca ; [] : opcjonalnie; () : alternatywnie)

Domeny

  • F: Formylacja (opcjonalnie)
  • A: Adenylacja (wymagana w module)
  • PCP: Tiolacja i białko nośnikowe peptydów z dołączoną 4'-fosfo-panteteiną (wymagane w module)
  • C: Kondensacja tworząca wiązanie amidowe (wymagana w module)
  • Cy: Cyklizacja do tiazoliny lub oksazolin (opcjonalnie)
  • Wół: Utlenianie tiazolin lub oksazolin do tiazoli lub oksazoli (opcjonalnie)
  • Czerwony: Redukcja tiazolin lub oksazolin do tiazolidyn lub oksazolidyny (opcjonalnie)
  • E: Epimeryzacja do D-aminokwasów (opcjonalnie)
  • NMT: N- metylacja (opcjonalnie)
  • TE: Terminacja przez tioesterazę (występuje tylko raz w NRPS)
  • R: Redukcja do końcowego aldehydu lub alkoholu (opcjonalnie)
  • X: Rekrutuje enzymy cytochromu P450 (opcjonalnie)

Etap początkowy

  • Ładowanie: Pierwszy aminokwas jest aktywowany przez ATP jako mieszany bezwodnik kwasu acylo - fosforowego z AMP przez domenę A i ładowany na łańcuch boczny 4'- fosfopantetyny (4'PP) dołączony do seryny domeny PCP przez domenę PCP (tiolacji).
  • Niektóre domeny A wymagają interakcji z białkami podobnymi do MbtH dla ich aktywności.
  • Czasami grupa aminowa związanego aminokwasu jest formylowana przez domenę F lub metylowana przez domenę NMT.

Etapy wydłużenia

  • Ładowanie: Analogicznie do etapu początkowego, każdy moduł ładuje swój określony aminokwas na swoją domenę PCP.
  • Kondensacja : Domena C katalizuje tworzenie wiązania amidowego pomiędzy grupą tioestrową rosnącego łańcucha peptydowego z poprzedniego modułu a grupą aminową obecnego modułu. Wydłużony peptyd jest teraz dołączony do bieżącej domeny PCP.
  • Kondensacja - Cyklizacja : Czasami domenę C zastępuje się domeną Cy, która oprócz tworzenia wiązania amidowego katalizuje reakcję łańcucha bocznego seryny , treoniny lub cysteiny z amidem- N , tworząc w ten sposób oksazolidyny i tiazolidynę , odpowiednio.
  • Epimeryzacja : Czasami domena E epimeryzuje najbardziej wewnętrzny aminokwas łańcucha peptydowego w konfiguracji D.
  • Cykl ten powtarza się dla każdego modułu wydłużania.

Etap wypowiedzenia

  • Terminacja: Domena TE (domena tioesterazy) hydrolizuje kompletny łańcuch polipeptydowy z domeny PCP poprzedniego modułu, tworząc w ten sposób często cykliczne amidy ( laktamy ) lub cykliczne estry ( laktony ).
  • Ponadto, peptyd może być uwalniany przez domenę R, która redukuje wiązanie tioestrowe z końcowym aldehydem lub alkoholem .

Przetwarzanie

Ostateczny peptyd jest często modyfikowany, np. przez glikozylację , acylację , halogenowanie lub hydroksylację . Odpowiedzialne enzymy są zwykle związane z kompleksem syntetazy, a ich geny są zorganizowane w te same operony lub klastry genów .

Gruntowanie i odblokowanie

Się funkcjonalne, łańcuch boczny 4'-fosfo-pantetheine z acylo-CoA cząsteczek musi być przyłączony do domeny PCP przez transferazy 4'PP (podkład) i S -attached acylową grupę musi zostać usunięty przez wyspecjalizowane związanych tioesteraz ( TE-II) (odblokowywanie).

Specyfika podłoża

Większość domen ma bardzo szeroką specyficzność substratową i zwykle tylko domena A określa, który aminokwas jest włączony do modułu. Zidentyfikowano dziesięć aminokwasów, które kontrolują specyficzność substratu i które można uznać za " kodony " syntezy peptydów nierybosomalnych , a racjonalne projektowanie białek zaowocowało metodologią do obliczeniowej zmiany specyficzności domen A . Kondensacji C domeny jest również, aby mieć specyficzność substratową, zwłaszcza gdy są umieszczone z tyłu modułu epimerazy zawierającą E-domenie którym funkcje go jako „filtr” epimeryzacji do izomeru . Metody obliczeniowe, takie jak SANDPUMA i NRPSpredictor2, zostały opracowane w celu przewidywania specyficzności substratu na podstawie danych sekwencji DNA lub białka.

Zmieszany z poliketydami

Ze względu na podobieństwo do syntaz poliketydowych (PKS), wiele metabolitów wtórnych jest w rzeczywistości fuzjami NRP i poliketydów. Zasadniczo dzieje się tak, gdy moduły PK podążają za modułami NRP i na odwrót. Chociaż istnieje wysoki stopień podobieństwa pomiędzy domenami nośnika (PCP/ACP) obu typów syntetaz, mechanizm kondensacji różni się z chemicznego punktu widzenia:

  • PKS, tworzenie wiązań węgiel-węgiel poprzez reakcję kondensacji Claisena
  • NRPs, domena C katalizuje tworzenie wiązania amidowego między aminokwasem, który dodaje do łańcucha (na PCP jednego modułu) a powstającym peptydem (na PCP następnego modułu).

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura