DD-transpeptidasa ( EC 3.4.16.4 , DD-peptidasa , DD-transpeptidasa , DD-carboxipeptidasa , D-alanil-D-alanina carboxipeptidasa , D-alanil-D-alanina-escisión-peptidasa , D-alanina carboxipeptidasa , D-alanil carboxipeptidasa y carboxipeptidasa de tipo serina D-Ala-D-Ala . [1] ) es una enzima bacteriana que cataliza la transferencia del resto RL-aca-D-alanilo de RL-aca-D-alanil-D-alanina carbonilo donantes al γ-OH de su serina de sitio activo y de éste a un aceptor final. [2]Está involucrado en la biosíntesis de la pared celular bacteriana, es decir, la transpeptidación que reticula las cadenas laterales de péptidos de las hebras de peptidoglicano. [3]
Carboxipeptidasa D-Ala-D-Ala de tipo serina | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.4.16.4 | |||||||
No CAS. | 9077-67-2 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
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El antibiótico penicilina se une irreversiblemente e inhibe la actividad de la enzima transpeptidasa formando un intermedio 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 penicilina (PBP).
Mecanismo
La DD-transpeptidasa es mecánicamente similar a las reacciones proteolíticas de la familia de proteínas tripsina. [5]
La reticulación de restos peptidilo de hebras de glucano adyacentes es una reacción de dos pasos. El primer paso implica la escisión del enlace D-alanil-D-alanina de un precursor de 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 intermedio acil-enzima y la formación de un nuevo enlace peptídico entre el carbonilo del resto 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 intermedio de acil-enzima, se debe eliminar un protón del grupo hidroxilo de serina del sitio activo y se debe agregar uno al grupo saliente de amina. En la desacilación debe facilitarse un movimiento de protones similar. La identidad de los catalizadores ácidos y básicos generales implicados 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 y serina. [7]
Estructura
Las transpeptidasas son miembros de la superfamilia de las peniciloil-serina transferasas , que tiene un motivo conservado SxxK característico . [8] Con "x" que denota 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 ocurren en lugares equivalentes, y están espaciados aproximadamente por igual, a lo largo de la cadena polipeptídica. La proteína plegada acerca estos motivos entre sí en el centro catalítico entre un dominio todo-α y un dominio α / β . [9] [10] Con "x" indicando 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 ocurren en lugares equivalentes, y están espaciados aproximadamente por igual, a lo largo de la cadena polipeptídica. La proteína plegada acerca estos motivos entre sí en el centro catalítico entre un dominio todo-α y un dominio α / β . [11] [12] [13]
Se ha estudiado la estructura de la transpeptidasa de Streptomyces K15 DD y consta de una única cadena polipeptídica organizada en dos dominios. Un dominio contiene principalmente α-hélices 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 el filamento β3 en el lado opuesto de la cavidad. El grupo NH de la cadena principal del residuo Ser35 esencial 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 transpeptidasa DD 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, más a menudo 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 células de mamíferos. La DD-transpeptidasa es la proteína diana de los antibióticos β-lactámicos (p. Ej., Penicilina ). Esto se debe a que la estructura del β-lactámico se parece mucho al residuo D-ala-D-ala.
Los β-lactámicos ejercen su efecto inactivando competitivamente el sitio catalítico de 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 al nivel de la enzima peniciloilo unida a éster de serina. [14] Por lo tanto, los antibióticos β-lactámicos obligan a estas enzimas a comportarse como proteínas de unión a penicilina . [15]
Cinéticamente, la interacción entre la DD-peptidasa y los betalactámicos es una reacción de tres pasos:
[15]
Las beta-lactamas pueden formar un aducto EI * de alta estabilidad con DD-transpeptidasa. La vida media de este aducto es de aproximadamente 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 da como resultado la lisis celular y la muerte debido a la activación del sistema autolítico en las bacterias. [dieciséis]
Ver también
- Vancomicina , un antibiótico que se une a los residuos de D-ala-D-ala, inhibiendo el alargamiento a través de la glicosiltransferasa.
Referencias
- ^ "EC3.4.16.4 carboxipeptidasa de 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 .
- ^ a b Grandchamps J, Nguyen-Distèche M, Damblon C, Frère JM, Ghuysen JM (1995). "Streptomyces K15 serina DD-transpeptidasa de sitio activo: perfil de especificidad para péptidos, tiol éster y éster carbonilo donantes y vías de las reacciones de transferencia" . Biochem J . 307 (Parte 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: penicilina y sustrato se unen covalentemente al mismo sitio activo serina en dos carboxipeptidasas D-alanina bacterianas" . Proc Natl Acad Sci USA . 76 (6): 2730–4. Código bibliográfico : 1979PNAS ... 76.2730Y . doi : 10.1073 / pnas.76.6.2730 . PMC 383682 . PMID 111240 .
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- ^ Goffin C, Ghuysen JM (diciembre de 2002). "La bioquímica y la genómica comparativa de las aciltransferasas de la superfamilia SxxK ofrecen una pista de la paradoja micobacteriana: presencia de proteínas diana sensibles a la penicilina frente a la falta de eficacia de la penicilina como agente terapéutico" . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular . 66 (4): 702–38, índice. doi : 10.1128 / MMBR.66.4.702-738.2002 . PMC 134655 . PMID 12456788 .
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- ^ Spratt BG (mayo de 1983). "Proteínas de unión a penicilina y el futuro de los antibióticos betalactámicos. La séptima conferencia de Fleming" . Revista de Microbiología General . 129 (5): 1247–60. doi : 10.1099 / 00221287-129-5-1247 . PMID 6352855 .
enlaces externos
- La base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: S11.001
- EC 3.4.16.4
- Tipo de serina + D-Ala-D-Ala + Carboxipeptidasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .