stringtranslate.com

Нерибосомальный пептид

Нерибосомальные пептиды ( NRP ) представляют собой класс вторичных метаболитов пептидов , обычно вырабатываемых микроорганизмами , такими как бактерии и грибы . Нерибосомальные пептиды также встречаются в высших организмах, таких как голожаберники , но считается, что они производятся бактериями внутри этих организмов. [1] Хотя существует широкий спектр пептидов, которые не синтезируются рибосомами , термин нерибосомальный пептид обычно относится к очень специфическому набору из них, как обсуждается в этой статье.

Нерибосомальные пептиды синтезируются нерибосомальными пептидсинтетазами , которые, в отличие от рибосом , независимы от информационной РНК . Каждая нерибосомальная пептидсинтетаза может синтезировать только один тип пептида. Нерибосомальные пептиды часто имеют циклическую и/или разветвленную структуру, могут содержать непротеиногенные аминокислоты , включая D -аминокислоты, нести модификации, такие как N -метильные и N -формильные группы, или гликозилированы , ацилированы , галогенированы или гидроксилированы . Часто выполняется циклизация аминокислот против пептидного «остова», в результате чего образуются оксазолины и тиазолины ; они могут быть дополнительно окислены или восстановлены. Иногда дегидратация выполняется на серинах , в результате чего образуется дегидроаланин . Это всего лишь пример различных манипуляций и вариаций, которые могут выполнять нерибосомальные пептиды. Нерибосомальные пептиды часто представляют собой димеры или тримеры идентичных последовательностей, соединенных вместе или циклизованных, или даже разветвленных.

Нерибосомальные пептиды — это очень разнообразное семейство природных продуктов с чрезвычайно широким спектром биологической активности и фармакологических свойств. Они часто являются токсинами, сидерофорами или пигментами . Нерибосомальные пептидные антибиотики , цитостатики и иммунодепрессанты используются в коммерческих целях.

Примеры

Биосинтез

Нерибосомальные пептиды синтезируются одним или несколькими специализированными ферментами нерибосомальной пептидсинтетазы (NRPS) . Гены NRPS для определенного пептида обычно организованы в один оперон у бактерий и в кластеры генов у эукариот . Однако первым обнаруженным грибковым NRP был циклоспорин . Он синтезируется одним NRPS массой 1,6 МДа. [4] Ферменты организованы в модули, которые отвечают за введение одной дополнительной аминокислоты. Каждый модуль состоит из нескольких доменов с определенными функциями, разделенных короткими спейсерными областями длиной около 15 аминокислот. [5]

Биосинтез нерибосомальных пептидов имеет общие характеристики с биосинтезом поликетидов и жирных кислот . Благодаря этим структурным и механистическим сходствам некоторые нерибосомальные пептидные синтетазы содержат модули поликетидсинтазы для вставки субъединиц, полученных из ацетата или пропионата, в пептидную цепь. [6]

Обратите внимание, что около 10% процентов бактериальных NRPS не выложены как большие модульные белки, а как отдельные ферменты. [6] Некоторые модули NRPS отклоняются от стандартной структуры домена, и были описаны некоторые дополнительные домены. Существуют также ферменты NRPS, которые служат в качестве каркаса для других модификаций субстрата для включения необычных аминокислот. [7]

Модули

Порядок модулей и доменов полной нерибосомальной пептидсинтетазы следующий:

(Порядок: от N-конца к C-концу ; [] : необязательно; () : альтернативно)

Домены

Начальный этап

Стадии удлинения

Стадия завершения

Обработка

Конечный пептид часто модифицируется, например, путем гликозилирования , ацилирования , галогенирования или гидроксилирования . Ответственные ферменты обычно связаны с комплексом синтетазы, а их гены организованы в одних и тех же оперонах или кластерах генов .

Грунтовка и деблокировка

Чтобы стать функциональной, 4'-фосфопантетеиновая боковая цепь молекул ацил-КоА должна быть присоединена к PCP-домену с помощью 4'PP-трансфераз (праймирование), а S -присоединенная ацильная группа должна быть удалена специализированными связанными тиоэстеразами (TE-II) (деблокирование).

Специфика субстрата

Большинство доменов имеют очень широкую субстратную специфичность , и обычно только A-домен определяет, какая аминокислота включена в модуль. Было идентифицировано десять аминокислот, которые контролируют субстратную специфичность и могут считаться « кодонами » нерибосомального синтеза пептидов, а рациональный дизайн белка дал методологии для вычислительного переключения специфичности A-доменов. [10] Также считается, что конденсационный C-домен имеет субстратную специфичность, особенно если он расположен за модулем, содержащим E-домен эпимеразы, где он функционирует как «фильтр» для эпимеризованного изомера . Вычислительные методы, такие как SANDPUMA [11] и NRPSpredictor2 [12] , были разработаны для прогнозирования субстратной специфичности на основе данных о последовательности ДНК или белка.

Смешанный с поликетидами

Из-за сходства с поликетидсинтазами (PKS) многие вторичные метаболиты на самом деле являются слияниями NRP и поликетидов. По сути, это происходит, когда модули PK следуют за модулями NRP, и наоборот. Хотя существует высокая степень сходства между доменами Carrier (PCP/ACP) обоих типов синтетаз, механизм конденсации отличается с химической точки зрения:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Dai LX (2012). Ding K (ред.). Органическая химия: прорывы и перспективы . Weinheim, Германия: Wiley-VCH. ISBN 9783527333776.
  2. ^ Walton JD (июль 2006 г.). «HC-токсин». Фитохимия . 67 (14): 1406–13. Bibcode : 2006PChem..67.1406W. doi : 10.1016/j.phytochem.2006.05.033. PMID  16839576.
  3. ^ Джонсон RD, Джонсон L, Ито Y, Кодама M, Отани H, Комото K (июль 2000 г.). «Клонирование и характеристика гена циклической пептидсинтетазы из патотипа яблока Alternaria alternata, продукт которого участвует в синтезе AM-токсина и патогенности». Молекулярные взаимодействия растений и микробов . 13 (7): 742–53. doi :10.1094/MPMI.2000.13.7.742. PMID  10875335. S2CID  36754751.
  4. ^ Turgay K, Krause M, Marahiel MA (февраль 1992 г.). «Четыре гомологичных домена в первичной структуре GrsB связаны с доменами в суперсемействе аденилатобразующих ферментов». Molecular Microbiology . 6 (4): 529–46. doi :10.1111/j.1365-2958.1992.tb01498.x. PMID  1560782. S2CID  25266991.
  5. ^ Fischbach MA, Walsh CT (август 2006 г.). «Конвейерная энзимология для поликетидных и нерибосомальных пептидных антибиотиков: логика, машины и механизмы». Chemical Reviews . 106 (8): 3468–96. doi :10.1021/cr0503097. PMID  16895337. S2CID  29014161.
  6. ^ ab Wang H, Fewer DP, Holm L, Rouhiainen L, Sivonen K (июнь 2014 г.). «Атлас нерибосомальных пептидных и поликетидных биосинтетических путей выявляет распространенность немодулярных ферментов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (25): 9259–64. Bibcode : 2014PNAS..111.9259W. doi : 10.1073/pnas.1401734111 . PMC 4078802. PMID  24927540 . 
  7. ^ McErlean M, Overbay J, Van Lanen S (март 2019). «Усовершенствование и расширение функции и механизма нерибосомальной пептидсинтетазы». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 46 (3–4): 493–513. doi :10.1007/s10295-018-02130-w. PMC 6460464. PMID  30673909 . 
  8. ^ Felnagle EA, Barkei JJ, Park H, Podevels AM, McMahon MD, Drott DW, Thomas MG (октябрь 2010 г.). «MbtH-подобные белки как неотъемлемые компоненты бактериальных нерибосомальных пептидсинтетаз». Биохимия . 49 (41): 8815–7. doi : 10.1021/bi1012854. PMC 2974439. PMID  20845982. 
  9. ^ Zhang W, Heemstra JR, Walsh CT, Imker HJ (ноябрь 2010 г.). «Активация домена аденилирования PacL пацидамицина белками, подобными MbtH». Биохимия . 49 (46): 9946–7. doi :10.1021/bi101539b. PMC 2982891. PMID  20964365 . 
  10. ^ Chen CY, Georgiev I, Anderson AC, Donald BR (март 2009). «Вычислительная структурная перестройка активности ферментов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (10): 3764–9. Bibcode :2009PNAS..106.3764C. doi : 10.1073/pnas.0900266106 . PMC 2645347 . PMID  19228942. 
  11. ^ Chevrette MG, Aicheler F, Kohlbacher O, Currie CR, Medema MH (октябрь 2017 г.). «SANDPUMA: ансамблевые предсказания химии нерибосомальных пептидов выявляют биосинтетическое разнообразие актинобактерий». Биоинформатика . 33 (20): 3202–3210. doi :10.1093/bioinformatics/btx400. PMC 5860034 . PMID  28633438. 
  12. ^ Röttig M, Medema MH, Blin K, Weber T, Rausch C, Kohlbacher O (июль 2011 г.). "NRPSpredictor2 — веб-сервер для прогнозирования специфичности домена аденилирования NRPS". Nucleic Acids Research . 39 (выпуск веб-сервера): W362-7. doi :10.1093/nar/gkr323. PMC 3125756. PMID  21558170 . 
  13. ^ Блаудофф, Кристьян; Шмейнг, Мартин Т. (2017). «Структурные и функциональные аспекты суперсемейства доменов конденсации нерибосомальной пептидсинтетазы: открытие, диссекция и разнообразие». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1865 (11): 1587–1604. doi : 10.1016/j.bbapap.2017.05.010 . PMID  28526268.

Дальнейшее чтение