Tirocidina - Tyrocidine

Tirocidina
Tirocidina A.svg
Tirocidina 3D.png
Nombres
Nombre IUPAC
3 - ((3 S , 6 R , 9 S , 12 S , 15 S ,

18 S , 21 S , 24 S , 27 R , 32a S ) -9- (2-amino-2-oxoetil) - 21- (3-aminopropil) - 3,6,27-tribencil-15- (4-hidroxibencilo ) -24-isobutil- 18-isopropil- 1,4,7,10,13,16,19,22,25,28- decaoxodotriacontahidropirrolo [1,2-a] [1,4,7,10,13,16 , 19,22,25,28] decaazacyclotriacontin-

12-il) propanamida
Identificadores
UNII
Propiedades
C 66 H 87 N 13 O 13
Masa molar 1270.47628
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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La tirocidina es una mezcla de decapéptidos cíclicos producidos por la bacteria Bacillus brevis que se encuentra en el suelo. Puede estar compuesto por 4 secuencias de aminoácidos diferentes, dando tirocidina A – D (Ver figura 1). La tirocidina es el componente principal de la tirotricina , que también contiene gramicidina . La tirocidina fue el primer antibiótico disponible comercialmente, pero se ha descubierto que es tóxico para la sangre humana y las células reproductoras. Se cree que la función de la tirocidina dentro de su huésped B. brevis es la regulación de la esporulación .

Figura 1: a) Secuencia de aminoácidos de la tirocidina A. b) Cambios de secuencia para los 4 tipos de tirocidina.

Las tirocidinas A, B y C son decapéptidos cíclicos. La biosíntesis de tirocidina involucra tres enzimas. Partes de su secuencia son idénticas a la gramicidina S.

Historia

En 1939, el microbiólogo estadounidense René Dubos descubrió el microbio del suelo Bacillus brevis . Observó la capacidad del microbio para descomponer la cápsula de la bacteria neumococo , volviéndola inofensiva. A partir del microbio del suelo B. brevis , aisló tirotricina , que tenía una alta toxicidad para una gran variedad de bacterias. Más tarde se descubrió que la tirotricina era una mezcla de los péptidos gramicidina y tirocidina. Se observó que estos tienen efectos tóxicos en los glóbulos rojos y las células reproductoras en humanos, sin embargo, si se aplica externamente como ungüento, la tirocidina también podría usarse como un potente agente antimicrobiano. El descubrimiento de Dubos ayudó a reavivar el interés en la investigación sobre la penicilina .

Mecanismo de acción

La tirocidina tiene un modo de acción único en el que interrumpe la función de la membrana celular, lo que la convierte en un objetivo favorable para los derivados de la ingeniería. La tirocidina parece perturbar la bicapa lipídica de la membrana interna de un microbio al penetrar la fase lipídica de la membrana. La afinidad exacta y la ubicación de la tirocidina dentro de la bicapa de fosfolípidos aún no se conocen.

Biosíntesis

La biosíntesis de la tirocidina es similar a la de la gramicidina S y se logra mediante el uso de proteínas sintetasas no ribosómicas (NRPS). Su biosíntesis se realiza mediante un ensamblaje enzimático que consta de 3 proteínas péptido sintetasa, TycA, TycB y TycC, que contienen 10 módulos. Los diferentes análogos de tirocidina (A – D) no son producidos por diferentes enzimas, sino por un sistema enzimático que es capaz de incorporar diferentes aminoácidos de similitud estructural en sitios específicos. La secuencia de aminoácidos está determinada por la organización de la enzima y no por ningún molde de ARN.

Figura 2: El operón de tirocidina

Las tirocidina sintetasas TycA, TycB y TycC están codificadas en el operón de tirocidina. Consiste en los tres genes que codifican las tres sintetasas, así como en tres marcos de lectura abiertos (ORF) adicionales . Estos ORF, etiquetados como TycD, TycE y TycF, están cadena abajo de los tres genes de la sintetasa (ver figura 2). TycD y TycE tienen la mayor similitud con los miembros de la familia de transportadores de casetes de unión a ATP (ABC) que ayudan en el transporte de sustratos a través de una membrana. Se ha sugerido que los transportadores en tándem juegan un papel en conferir resistencia en la célula productora a través de la secreción de tirocidina. TycF se ha identificado como una tioesterasa (TE) y es similar a otros TE en operones bacterianos utilizados para codificar péptidos sintetasas. Sin embargo, la función precisa de estos TE sigue siendo desconocida. El tamaño de las péptido sintetasas corresponde a la cantidad de activación que realizan. TycA es el más pequeño y activa un solo aminoácido de un módulo, TycB es de tamaño intermedio y activa 3 aminoácidos con 3 módulos, y TycC es el más grande y activa 6 aminoácidos con 6 módulos (Ver figura 3).

Figura 3: Módulos y dominios para la biosíntesis de tirocidina

Cada módulo realiza todas las reacciones catalíticas necesarias para incorporar un solo aminoácido en la cadena de péptidos. Esto se logra a través de los subdominios de adenilación (A), proteína portadora de peptitilo (PCP), condensación (C) y, dependiendo de la posición del aminoácido, una epimerización (E). El subdominio de adenilación se usa para activar el aminoácido específico. Cada módulo usa una molécula del aminoácido sustrato seleccionado con una molécula de ATP para dar un complejo enzimático de aminoacil adenilato y pirofosfato. A continuación, el aminoácido activado puede transferirse a la 4'- fosfopanteteína unida a la enzima de la proteína transportadora con la expulsión del AMP del sistema. La proteína portadora usa el grupo protésico 4'-fosfopanteteína para cargar el péptido en crecimiento y sus precursores monoméricos. El alargamiento de la cadena peptídica se consigue mediante la condensación del PCP corriente arriba en un monómero unido a PCP corriente abajo adyacente. En ciertos dominios, encontrará subdominios de modificación, como el subdominio E que se ve en los dominios 1 y 4 en la tirocidina, que generará el aminoácido configurado en D. En el módulo final está el dominio TE utilizado como catalizador para la ciclación o liberación del producto. La liberación del producto de la proteína transportadora se logra mediante la acilación de la serina del sitio activo de TE en la que el decapéptido se transfiere del éter tiol al residuo de serina. La desacilación puede ocurrir luego mediante ciclación intramolecular o mediante hidrólisis para dar el producto cíclico o lineal respectivamente (Ver figura 4).

Figura 4: Reacción de ciclación propuesta catalizada por tioesterasa

En el caso de la tirocidina, se ha demostrado que el cierre del anillo es muy favorable debido a los 4 enlaces H que ayudan a la estructura decapéptida a adoptar una conformación estable (ver figura 5). Esta ciclación intramolecular ocurre en una forma de cabeza a cola que involucra el N-terminal de D -Phe1 y el C-terminal de L -Leu10 (Ver figura 4).

Figura 5: Enlace de hidrógeno que ilustra los efectos estabilizadores de la ciclación

Estrategias quimioenzimáticas

No existe una solución bioquímica general para la macrociclización de una cadena peptídica. Los dominios de tirocidina (Tyc) TE aislados se pueden usar para ciclar sustratos de peptidil-tioéster derivados químicamente, proporcionando una ruta poderosa hacia nuevos compuestos cíclicos. Para que esta macrociclización que se produzca, la cadena peptídica debe ser activado en su extremo C-terminal con un N -acetylcysteamine (SNAC) grupo saliente . Una exploración con alanina a través de las 10 posiciones de la tirocidina muestra que solo se requieren D -Phe y L -Orn para una ciclación suficiente.

Tyc TE también se puede utilizar biomiméticamente en el que imita el entorno creado por el dominio TE con la PCP del sustrato mediante el uso de una atadura sintética unida a una resina de amida de polietilenglicol (PEG). El uso de esta resina unida a un sustrato deseado con TE aislado puede permitir la liberación catalítica de la resina, así como la macrociclación del sustrato (Ver figura 6). El uso de síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) permitió la incorporación de una serie diversa de monómeros en la cadena de péptidos. Estudios posteriores utilizaron la alta tolerancia de Tyc TE para modificar la columna vertebral del péptido de forma post-sintética. Esto también permitió incorporar la glicosilación de los residuos de tirosina o serina. El uso de estos métodos ha dado lugar a muchos agentes terapéuticos nuevos y prometedores.

Figura 6: Síntesis de macrocilos biomiméticos.

Referencias

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  2. ^ a b c Mootz HD, Marahiel MA (noviembre de 1997). "El operón de biosíntesis de tirocidina de Bacillus brevis: secuencia de nucleótidos completa y caracterización bioquímica de dominios funcionales de adenilación interna" . J. Bacteriol . 179 (21): 6843–50. doi : 10.1128 / jb.179.21.6843-6850.1997 . PMC  179617 . PMID  9352938 .
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enlaces externos