Los péptidos no ribosómicos ( NRP ) son una clase de metabolitos secundarios de péptidos , generalmente producidos por microorganismos como bacterias y hongos . Los péptidos no ribosomales también se encuentran en organismos superiores, como los nudibranquios , pero se cree que son producidos por bacterias dentro de estos organismos. [1] Si bien existe una amplia gama de péptidos que no son sintetizados por los ribosomas , el término péptido no ribosómico generalmente se refiere a un conjunto muy específico de estos, como se describe en este artículo.
Los péptidos no ribosómicos son sintetizados por péptidos sintetasas no ribosomales que, a diferencia de los ribosomas , son independientes del ARN mensajero . Cada péptido sintetasa no ribosómico puede sintetizar solo un tipo de péptido. Péptido no ribosomal a menudo tienen cíclicos estructuras y / o ramificadas, pueden contener no proteinogénico amino ácidos incluyendo D -aminoácidos, modificaciones carry como N -metil y N grupos formil, o están glicosilada , acilada , halogenado o hidroxilado. A menudo se realiza la ciclación de aminoácidos contra la "columna vertebral" del péptido, lo que da como resultado oxazolinas y tiazolinas ; estos pueden oxidarse o reducirse más. En ocasiones, la deshidratación se realiza en las serinas , lo que resulta en deshidroalanina . Esto es solo una muestra de las diversas manipulaciones y variaciones que pueden realizar los péptidos no ribosomales. Los péptidos no ribosómicos son a menudo dímeros o trímeros de secuencias idénticas encadenadas o cicladas, o incluso ramificadas.
Los péptidos no ribosomales son una familia muy diversa de productos naturales con una gama extremadamente amplia de actividades biológicas y propiedades farmacológicas. A menudo son toxinas, sideróforos o pigmentos . Los antibióticos peptídicos no ribosómicos , los citostáticos y los inmunosupresores se encuentran en uso comercial.
Ejemplos de
- Antibióticos
- Actinomicina
- Bacitracina
- Antibiótico dependiente de calcio
- Daptomicina
- Vancomicina
- Teixobactina
- Tirocidina
- Gramicidina
- Zwittermicina A
- Precursores de antibióticos
- Citostáticos
- Epotilona
- Bleomicina
- Inmunosupresores
- Ciclosporina (ciclosporina A)
- Sideróforos
- Pioverdina
- Enterobactina
- Mixoquelina A
- Pigmentos
- Indigoidina
- Toxinas
- Microcistinas y
- Nodularinas , cianotoxinas de cianobacterias .
- Polímeros de almacenamiento de nitrógeno
- Cianoficina : producida por algunas cianobacterias.
- Fitotoxinas
- HC-toxina - un factor de virulencia producido por el hongo patógeno de plantas Cochliobolus (Helminthosporium) carbonum [2]
- Toxina AM - producida por el hongo patógeno de plantas Alternaria alternata pv. Malí [3]
- victorina - un pentapéptido cíclico clorado producido por el hongo patógeno Cochliobolus victoriae . No se ha establecido su síntesis no ribosómica.
Biosíntesis
Péptido no ribosomal son sintetizados por uno o noribosomales péptido sintetasa (NRPS) más especializados enzimas . Los genes NRPS para un determinado péptido generalmente se organizan en un operón en bacterias y en grupos de genes en eucariotas . Sin embargo, el primer NRP fúngico que se encontró fue la ciclosporina . Es sintetizado por un solo NRPS de 1.6MDa. [4] Las enzimas están organizadas en módulos que son responsables de la introducción de un aminoácido adicional. Cada módulo consta de varios dominios con funciones definidas, separados por regiones espaciadoras cortas de aproximadamente 15 aminoácidos. [5]
La biosíntesis de péptidos no ribosomales comparte características con la biosíntesis de policétidos y ácidos grasos. Debido a estas similitudes estructurales y mecánicas, algunas péptido sintetasas no ribosómicas contienen módulos de policétido sintasa para la inserción de subunidades derivadas de acetato o propionato en la cadena peptídica. [6]
Tenga en cuenta que hasta el 10% de las NRPS bacterianas no se presentan como proteínas modulares grandes, sino como enzimas separadas. [6] Algunos módulos NRPS se desvían de la estructura de dominio estándar y se han descrito algunos dominios adicionales. También hay enzimas NRPS que sirven como andamio para otras modificaciones del sustrato para incorporar aminoácidos inusuales. [7]
Módulos
El orden de los módulos y dominios de una sintetasa peptídica no ribosómica completa es el siguiente:
- Módulo de Iniciación o Arranque : [F / NMT] -A-PCP-
- Módulos de alargamiento o extensión : - (C / Cy) - [NMT] -A-PCP- [E] -
- Módulo de terminación o liberación : - (TE / R)
(Orden: N-terminal a C-terminal ; [] : opcionalmente; () : alternativamente)
Dominios
- F: formilación (opcional)
- A: adenilación (requerido en un módulo)
- PCP: proteína transportadora de tiolación y péptido con 4'-fosfopanteteína unida (requerida en un módulo)
- C: Condensación que forma el enlace amida (requerido en un módulo)
- Cy: ciclación en tiazolina u oxazolinas (opcional)
- Buey: oxidación de tiazolinas u oxazolinas a tiazoles u oxazoles (opcional)
- Rojo: reducción de tiazolinas u oxazolinas a tiazolidinas u oxazolidinas (opcional)
- E: epimerización en D-aminoácidos (opcional)
- NMT: N- metilación (opcional)
- TE: Terminación por una tioesterasa (solo se encuentra una vez en un NRPS)
- R: Reducción a aldehído terminal o alcohol (opcional)
- X: Recluta enzimas del citocromo P450 (opcional)
Etapa inicial
- Carga: El primer aminoácido se activa con ATP como un mezclado acil - ácido fosfórico anhídrido con AMP por la A-dominio y se cargó en la serina , adscritos 4 '-fosfo- pantetina cadena lateral (4'PP) de la PCP-dominio catalizada por el dominio PCP (tiolación).
- Algunos dominios A requieren interacción con proteínas similares a MbtH para su actividad. [8] [9]
- A veces, el grupo amino del aminoácido unido se formila mediante un dominio F o se metila mediante un dominio NMT.
Etapas de alargamiento
- Carga: De forma análoga a la etapa inicial, cada módulo carga su aminoácido específico en su dominio PCP.
- Condensación : el dominio C cataliza la formación del enlace amida entre el grupo tioéster de la cadena peptídica en crecimiento del módulo anterior con el grupo amino del módulo actual. El péptido extendido ahora está unido al dominio PCP actual.
- Condensación - Ciclación : A veces, el dominio C se reemplaza por un dominio Cy, que, además de la formación del enlace amida, cataliza la reacción de la cadena lateral de serina , treonina o cisteína con la amida - N , formando así oxazolidinas y tiazolidina. , respectivamente.
- Epimerización : a veces, un dominio E epimeriza el aminoácido más interno de la cadena peptídica en la configuración D.
- Este ciclo se repite para cada módulo de alargamiento.
Etapa de terminación
- Terminación: El dominio TE (dominio de tioesterasa) hidroliza la cadena polipeptídica completa del dominio PCP del módulo anterior, formando así a menudo amidas cíclicas ( lactamas ) o ésteres cíclicos ( lactonas ).
- Además, el péptido puede ser liberado por un dominio R que reduce el enlace tioéster al aldehído terminal o al alcohol .
Procesando
El péptido final a menudo se modifica, por ejemplo, mediante glicosilación , acilación , halogenación o hidroxilación . Las enzimas responsables suelen estar asociadas al complejo sintetasa y sus genes están organizados en los mismos operones o agrupaciones de genes .
Cebado y desbloqueo
Para ser funcional, la cadena lateral 4 '-fosfo-panteteína de acil-CoA reductasa moléculas tiene que ser unido a la PCP-dominio por transferasas 4'PP (priming) y la S , adscritos acilo grupo tiene que ser eliminado por tioesterasas asociados especializados ( TE-II) (Desbloqueo).
Especificidades del sustrato
La mayoría de los dominios tienen una especificidad de sustrato muy amplia y normalmente solo el dominio A determina qué aminoácido se incorpora en un módulo. Se han identificado diez aminoácidos que controlan la especificidad del sustrato y pueden considerarse los ' codones ' de la síntesis de péptidos no ribosómicos, y el diseño racional de proteínas ha producido metodologías para cambiar computacionalmente las especificidades de los dominios A. [10] La condensación C-dominio también se cree que tienen especificidad de sustrato, sobre todo si encuentra detrás de un módulo de epimerasa que contiene E-dominio-donde funciona como un 'filtro' para la epimerizado isómero . Se han desarrollado métodos computacionales, como SANDPUMA [11] y NRPSpredictor2, [12] para predecir la especificidad del sustrato a partir de datos de secuencias de ADN o proteínas.
Mezclado con policétidos
Debido a la similitud con las policétido sintasas (PKS), muchos metabolitos secundarios son, de hecho, fusiones de NRP y policétidos. En esencia, esto ocurre cuando los módulos PK siguen a los módulos NRP y viceversa. Aunque existe un alto grado de similitud entre los dominios portadores (PCP / ACP) de ambos tipos de sintetasas, el mecanismo de condensación es diferente desde un punto de vista químico:
- PKS, formación de enlaces carbono-carbono a través de la reacción de condensación de Claisen
- NRP, el dominio C cataliza la formación del enlace amida entre el aminoácido que agrega a la cadena (en el PCP de un módulo) y el péptido naciente (en el PCP del siguiente módulo). [13]
Ver también
- Epotilona
- Esterasa
- Péptidos sintetizados ribosómicamente y modificados postraduccionalmente
Referencias
- ^ Dai L (2012). Ding K (ed.). Química orgánica: avances y perspectivas . Weinheim, Alemania: Wiley-VCH. ISBN 9783527333776.
- ^ Walton JD (julio de 2006). "HC-toxina" . Fitoquímica . 67 (14): 1406-13. doi : 10.1016 / j.phytochem.2006.05.033 . PMID 16839576 .
- ^ Johnson RD, Johnson L, Itoh Y, Kodama M, Otani H, Kohmoto K (julio de 2000). "Clonación y caracterización de un gen de péptido sintetasa cíclico del patotipo de manzana Alternaria alternata cuyo producto está involucrado en la síntesis y patogenicidad de la toxina AM" . Interacciones moleculares planta-microbio . 13 (7): 742–53. doi : 10.1094 / MPMI.2000.13.7.742 . PMID 10875335 .
- ^ Turgay K, Krause M, Marahiel MA (febrero de 1992). "Cuatro dominios homólogos en la estructura primaria de GrsB están relacionados con dominios en una superfamilia de enzimas formadoras de adenilato". Microbiología molecular . 6 (4): 529–46. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1992.tb01498.x . PMID 1560782 .
- ^ Fischbach MA, Walsh CT (agosto de 2006). "Enzimología de línea de montaje de antibióticos policétidos y péptidos no ribosómicos: lógica, maquinaria y mecanismos". Revisiones químicas . 106 (8): 3468–96. doi : 10.1021 / cr0503097 . PMID 16895337 . S2CID 29014161 .
- ^ a b Wang H, Menos DP, Holm L, Rouhiainen L, Sivonen K (junio de 2014). "Atlas de vías biosintéticas de péptidos no ribosomales y policétidos revela la ocurrencia común de enzimas no modulares" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 111 (25): 9259–64. Código Bibliográfico : 2014PNAS..111.9259W . doi : 10.1073 / pnas.1401734111 . PMC 4078802 . PMID 24927540 .
- ^ McErlean M, Overbay J, Van Lanen S (marzo de 2019). "Refinar y expandir la función y el mecanismo de la péptido sintetasa no ribosomal" . Revista de Microbiología y Biotecnología Industrial . 46 (3–4): 493–513. doi : 10.1007 / s10295-018-02130-w . PMC 6460464 . PMID 30673909 .
- ^ Felnagle EA, Barkei JJ, Park H, Podevels AM, McMahon MD, Drott DW, Thomas MG (octubre de 2010). "Proteínas similares a MbtH como componentes integrales de las sintetasas de péptidos no ribosomales bacterianos" . Bioquímica . 49 (41): 8815–7. doi : 10.1021 / bi1012854 . PMC 2974439 . PMID 20845982 .
- ^ Zhang W, Heemstra JR, Walsh CT, Imker HJ (noviembre de 2010). "Activación del dominio de adenilación de pacidamicina PacL por proteínas similares a MbtH" . Bioquímica . 49 (46): 9946–7. doi : 10.1021 / bi101539b . PMC 2982891 . PMID 20964365 .
- ^ Chen CY, Georgiev I, Anderson AC, Donald BR (marzo de 2009). "Rediseño basado en estructura computacional de la actividad enzimática" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (10): 3764–9. Código Bibliográfico : 2009PNAS..106.3764C . doi : 10.1073 / pnas.0900266106 . PMC 2645347 . PMID 19228942 .
- ^ Chevrette MG, Aicheler F, Kohlbacher O, Currie CR, Medema MH (octubre de 2017). "SANDPUMA: predicciones de conjunto de química de péptidos no ribosomales revelan diversidad biosintética a través de Actinobacteria" . Bioinformática . 33 (20): 3202–3210. doi : 10.1093 / bioinformática / btx400 . PMC 5860034 . PMID 28633438 .
- ^ Röttig M, Medema MH, Blin K, Weber T, Rausch C, Kohlbacher O (julio de 2011). "NRPSpredictor2 - un servidor web para predecir la especificidad del dominio de adenilación de NRPS" . Investigación de ácidos nucleicos . 39 (Problema del servidor web): W362-7. doi : 10.1093 / nar / gkr323 . PMC 3125756 . PMID 21558170 .
- ^ Bloudoff, Kristjan; Schmeing, Martin T. (2017). "Aspectos estructurales y funcionales de la superfamilia de dominio de condensación de péptido sintetasa no ribosómico: descubrimiento, disección y diversidad" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y proteómica . 1865 (11): 1587–1604. doi : 10.1016 / j.bbapap.2017.05.010 . PMID 28526268 .
Otras lecturas
- Schwarzer D, Finking R, Marahiel MA (junio de 2003). "Péptidos no ribosomales: de genes a productos". Informes de productos naturales . 20 (3): 275–87. doi : 10.1039 / b111145k . PMID 12828367 .
- Marahiel MA, Stachelhaus T, Mootz HD (noviembre de 1997). "Sintetasas de péptidos modulares implicados en la síntesis de péptidos no ribosomales". Revisiones químicas . 97 (7): 2651-2674. doi : 10.1021 / cr960029e . PMID 11851476 .
- Caboche S, Pupin M, Leclère V, Fontaine A, Jacques P, Kucherov G (enero de 2008). "NORINE: una base de datos de péptidos no ribosomales" . Investigación de ácidos nucleicos . 36 (Problema de la base de datos): D326-31. doi : 10.1093 / nar / gkm792 . PMC 2238963 . PMID 17913739 .