La piocianina (PCN - ) es una de las muchas toxinas producidas y secretadas por la bacteria Gram negativa Pseudomonas aeruginosa . La piocianina es un metabolito secundario azul con la capacidad de oxidar y reducir otras moléculas [2] y, por lo tanto, matar microbios que compiten contra P. aeruginosa , así como células pulmonares de mamíferos que P. aeruginosa ha infectado durante la fibrosis quística . Dado que la piocianina es un ion híbridoal pH de la sangre, puede atravesar fácilmente la membrana celular. Hay tres estados diferentes en los que puede existir la piocianina: oxidada, monovalentemente reducida o divalentemente reducida. Las mitocondrias juegan un papel importante en el ciclo de piocianina entre sus estados redox. Debido a sus propiedades activas redox, la piocianina genera especies reactivas de oxígeno .
Nombres | |
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Nombre IUPAC 5-metilfenazin-1-ona | |
Otros nombres Piocianina; Pirocianina; 5-metil-1 ( 5H ) -fenazinona; Sanasin; Sanazin | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.213.248 |
Malla | D011710 |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 13 H 10 N 2 O | |
Masa molar | 210,236 g · mol −1 |
Apariencia | Sólido |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Síntesis
Para que la piocianina sea sintetizada por P. aeruginosa , dos genes específicos deben ser funcionales. MvfR es un gen que produce un factor de transcripción que activa los genes phnAB . Estos genes producen la molécula quinolona que luego regula los operones 1 y 2 de phzRABCDEFG, que son clave para la síntesis de fenazina. [3] La síntesis de piocianina se controla principalmente mediante el proceso de detección de quórum . Las cepas de P. aeruginosa que son incapaces de sintetizar piocianina aún pueden beneficiarse de sus efectos si la cepa ha coinfectado el pulmón con cepas de tipo salvaje que pueden producir piocianina. [4] La biosíntesis puede verse afectada al interrumpir la vía aro que es responsable de la síntesis de ácido corísmico a partir del shikimato. [5] El ácido corísmico es el precursor de la piocianina.
- ácido shikímico → ácido chorismic → fenazina-1-carboxílico → 5-metilfenazina-1-carboxílico betaína ácido → piocianina [6]
La virulencia completa de P. aeruginosa solo se puede experimentar cuando se produce piocianina. [7]
Guerra redox
La piocianina inactiva la catalasa al reducir la transcripción de su gen y al dirigirse directamente a la propia enzima. El glutatión es un importante antioxidante modulado por piocianina. [8] En particular, el conjunto de la forma reducida se agota mientras que la forma oxidada es promovida por el peróxido de hidrógeno que no se dismuta por la catalasa. En el pulmón con fibrosis quística, la piocianina intracelular convierte el oxígeno molecular en el radical libre superóxido oxidando NADPH a NADP + . Esto tiene un efecto doblemente negativo en los pulmones. En primer lugar, el NADPH utilizado por la piocianina agota el sustrato disponible para la reacción catalizada por la enzima NADPH oxidasa . En segundo lugar, el radical superóxido generado puede inhibir citocinas , como IL-4 , IL-13 e IFN-γ , que normalmente regulan positivamente la NADPH oxidasa. Cuando el pulmón se enfrenta a piocianina, se observa un aumento de la concentración de catalasa y superóxido dismutasa para hacer frente al aluvión de radicales que se producen. [9]
Objetivos
La piocianina puede dirigirse a una amplia gama de componentes y vías celulares. Las vías que se ven afectadas por la piocianina incluyen la cadena de transporte de electrones , el transporte vesicular y el crecimiento celular. Se observa una mayor susceptibilidad a la piocianina en células con ciertas proteínas o complejos mutantes. Las mutaciones en genes que afectan a V-ATPasa síntesis y ensamblaje, [10] vesícula maquinaria de transporte, y la proteína de clasificación maquinaria todo confieren una mayor sensibilidad a piocianina que mejora aún más los efectos sobre la fibrosis quística en el paciente. La ATPasa vacuolar en células de levadura es un objetivo particularmente potente ya que es el principal productor no mitocondrial de ATP, pero también tiene muchas otras funciones como el control homeostático del calcio, la facilitación de la endocitosis mediada por receptores y la degradación de proteínas. Por tanto, la inactivación de la ATPasa vacuolar por el peróxido de hidrógeno producido por la piocianina tiene enormes consecuencias para el pulmón. Además de estos efectos, otro objetivo de la piocianina son las proteasas de tipo caspasa 3, que luego pueden iniciar la apoptosis y la necrosis . Los portadores de electrones mitocondriales ubiquinona y ácido nicotínico también son susceptibles a la piocianina. [11] El ciclo celular puede verse alterado por la acción de la piocianina y puede obstaculizar la proliferación de linfocitos . [12] Esto se logra mediante la generación de intermediarios reactivos de oxígeno , como el peróxido de hidrógeno y el superóxido , que causan estrés oxidativo al dañar directamente el ADN o al atacar otros componentes del ciclo celular, como la recombinación del ADN y la maquinaria de reparación. La piocianina contribuye a la desproporción de la actividad proteasa y antiproteasa al inhabilitar el inhibidor de la proteasa α 1 .
Fibrosis quística
Muchos estudios han concluido que la piocianina tiene un efecto despectivo en la fibrosis quística que permite que P. aeruginosa persista en el pulmón con fibrosis quística; a menudo se detecta en el esputo de pacientes con fibrosis quística. La piocianina in vitro tiene la capacidad de interferir con funciones como el latido ciliar y, por lo tanto, causar disfunción epitelial, ya que los ciliares son necesarios para barrer la mucosidad por la garganta. [13] Además, la apoptosis de neutrófilos , [14] la liberación de inmunoglobulina de los linfocitos B y la liberación de interleucina (p. Ej., IL-8 [15] y CCL5 ) se ven afectadas por la piocianina, lo que debilita el sistema inmunológico del pulmón. Los estudios in vivo han demostrado que el crecimiento de hongos se inhibe en presencia de piocianina. [16] El mecanismo fungicida es la activación de NAD (P) H para inducir una cascada redox activa que produce intermediarios reactivos de oxígeno. Esto permite que P. aeruginosa tenga una ventaja competitiva, ya que puede dominar a otros microorganismos en el pulmón con fibrosis quística. La concentración intracelular de ATP también se ve disminuida por la piocianina, lo que causa más daño a los CFTR que ya están alterados en la fibrosis quística. Los canales CFTR se basan en ATP para dos propósitos principales. En primer lugar, la unión e hidrólisis de ATP tiene que ocurrir en dos dominios de unión de nucleótidos para que el canal se mueva entre su conformación abierta y cerrada. [17] En segundo lugar, la fosforilación de CFTR por la proteína quinasa A II debe ocurrir para que el canal sea operativo. La PKA II es activada por AMPc que se produce a partir de ATP. Ambos procesos se ven afectados cuando la piocianina reduce el ATP.
Defensa contra piocianina
Caenorhabditis elegans posee dos transportadores ABC específicosllamados pgp-1 y pgp-2 que son efectivamente capaces de extruir piocianina intracelular de una manera dependiente de la energía. [18]
Biosíntesis
La biosíntesis de piocianina comienza con la síntesis del núcleo del ácido fenazina-1-carboxílico (PCA). [19] En esta reacción, la enzima PhzE cataliza la pérdida del grupo hidroxilo del C4 del ácido corísmico, así como la transferencia de un grupo amina de la glutamina para formar ácido glutámico y ácido 2-amino-2-desoxiisocorísmico (ADIC). [20] Después de esto, PhzD cataliza la eliminación hidrolítica del resto piruvato de ADIC para formar ácido (5S, 6S) -6-amino-5-hidroxi-1,3-ciclohexadieve-1-carboxílico (DHHA). [20] En el siguiente paso, PhzF cataliza dos pasos: la abstracción de un hidrógeno del C3 de DHHA, la deslocalización del sistema de doble enlace y la reprotonación en C1, así como la tautomerización del enol para formar el 6-amino-5-oxociclohex altamente inestable. Ácido -2-eno-1-carboxílico (AOCHC). [20] A partir de aquí, PhzB condensa dos moléculas de AOCHC para formar el compuesto tricíclico, ácido hexahidrofenazina-1,6-dicarboxílico (HHPDC). [20] El producto de esta reacción, HHPDC, es inestable y espontáneamente sufre descarboxilación oxidativa en una reacción no catalizada para formar ácido tetrahidrofenazina-1,6-carboxílico (THPCA). [20] En el paso final de la síntesis del ácido fenazina-1-carboxílico, la enzima PhzG cataliza la oxidación de THPCA a ácido dihidro-fenazina-1-carboxílico. [20] Este es el último paso catalizado en la producción de PCA, el último paso es una oxidación no catalizada de DHPCA a PCA. [20] La conversión de PCA en piocianina se logra en dos pasos enzimáticos: en primer lugar, el PCA se metila en N5 a 5-metilfenazina-1-carboxilato betaína por la enzima PhzM utilizando el cofactor S-adenosil-L-metionina y en segundo lugar, PhzS cataliza la descarboxilación hidroxilativa de este sustrato para formar el producto final, piocianina. [19]
Ver también
- Pseudomonas aeruginosa
- Fibrosis quística
Referencias
- ^ Piocianina en Sigma-Aldrich
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enlaces externos
- Perfil de piocianina