Кіріспе

Екіншілік метаболидтер
Рибосомалық емес пептидтер (РЭП) – әдетте бактериялар мен саңырауқұлақтар сияқты микроорганизмдер өндіретін пептидтік екіншілік метаболидтер класы. Рибосомалық емес пептидтер жоғары организмдерде де кездеседі, мысалы, нудибранхтарда, бірақ олар осы организмдердің ішіндегі бактериялармен жасалады деп саналады. Рибосомалар синтездемейтін пептидтердің кең спектрі бар болғанымен, рибосомалық емес пептидтер термині көбінесе осы мақалада талқыланғандай, олардың нақты жиынтығын білдіреді. Рибосомалық емес пептидтер рибосомалық емес пептид синтетаздарымен синтезделеді, олар рибосомалардан айырмашылығы, иеленуші РНК-ға тәуелсіз. Әрбір рибосомалық емес пептид синтетаза тек бір типті пептидті ғана синтездей алады. Рибосомалық емес пептидтерде көбінесе циклдік және/немесе тармақталған құрылымдар болады, D-аминқышқылдарын қоса алғанда, протеиногенді емес аминқышқылдары болуы мүмкін, сондай-ақ N-метил және N-формил топтары сияқты модификацияларды алып жүреді немесе гликозильденген, ацилденген, галогенденген немесе гидроксильденген болады. Аминқышқылдарының пептидтік «тізбекке» қарсы циклденуі жиі жүзеге асырылады, нәтижесінде оксазолиндер мен тиазолиндер пайда болады; олар одан әрі тотығуы немесе тотығудан төмендеуі мүмкін. Кейде сериндер дегидратацияланады, нәтижесінде дегидроаланин пайда болады. Бұл рибосомалық емес пептидтер жасай алатын әртүрлі манипуляциялар мен өзгерістердің тек бір мысалы. Рибосомалық емес пептидтер көбінесе тізбектеліп немесе циклға түсірілген, тіпті тармақталған бірдей тізбектердің димерлері немесе тримерлері болып табылады. Рибосомалық емес пептидтер – биологиялық белсенділігі мен фармакологиялық қасиеттерінің өте кең ауқымы бар табиғи өнімдердің әртүрлі отбасы. Олар көбінесе токсиндер, сидерофорлар немесе пигменттер болып табылады. Рибосомалық емес пептидті антибиотиктер, цитостатиктер және иммунодепрессанттар коммерциялық қолданыста бар.

Биосинтез

Рибосомалық емес пептидтер бір немесе бірнеше мамандандырылған рибосомалық емес пептид синтетаза (NRPS) ферменттері арқылы синтезделеді. Белгілі бір пептидтің NRPS гендері бактерияларда әдетте бір оперонға, ал эукариоттарда гендер кластерлеріне ұйымдастырылады. Дегенмен, алғашқы табылған саңырауқұлақтың NRP циклоспорин болды. Ол жалғыз 1,6 МДа NRPS арқылы синтезделеді. Ферменттер әрбір қосымша аминқышқылын енгізуге жауапты модульдерден тұрады. Әрбір модуль шамамен 15 аминқышқылынан тұратын қысқа аралық аймақтармен бөлінген, нақты функциялары бар бірнеше домендерден құралған. Рибосомалық емес пептидтердің биосинтезі поликетидтер мен май қышқылдарының биосинтезімен ортақ белгілерге ие. Осы құрылымдық және механизмдік ұқсастықтарға байланысты, кейбір рибосомалық емес пептид синтетазалары пептид тізбегіне ацетат немесе пропионаттан алынған кіші бірліктерді енгізу үшін поликетид синтетаза модульдерін қамтиды. Бактериялық NRPS-тің шамамен 10 пайызы ірі модульдік ақуыздар түрінде емес, жеке ферменттер түрінде кездесетінін ескеру керек.

Бастапқы кезең

Жүктеу: Бірінші аминқышқылы А домені арқылы АТФ-пен аралас ацилфосфор қышқылының ангидриді және АМФ түрінде белсендіріледі, содан кейін ПЦП доменінің катализімен (тиолация) ПЦП доменіне бекітілген серинге қосылған 4' фосфопантетин (4' ПП) тізбегіне жүктеледі. Кейбір А домендерінің белсенділігі үшін MbtH сияқты ақуыздармен өзара әрекеттесу қажет. Кейде байланысқан аминқышқылының амин тобы F доменімен формальдалады немесе NMT доменімен метилацияланады.

Ұзындығы

Жүктеу: Бастапқы сатыға ұқсас, әрбір модуль өзінің белгілі бір аминқышқылын PCP доменіне жүктейді. Конденсация: С домені алдыңғы модульдің өсіп келе жатқан пептидтік тізбегінің тиоэстер тобы мен ағымдағы модульдің амино тобы арасында амидтік байланыс түзетін реакцияны катализдейді. Ұзартылған пептид қазіргі PCP доменіне бекітіледі. Конденсациялық циклизация: Кейде С домені Cy доменімен алмастырылады, ол амидтік байланыс түзетін реакциядан өзге, серин, треонин немесе цистеиннің жанама тізбегін амидтік азотпен реакцияға түсіріп, сәйкесінше оксазолидиндер мен тиазолидиндерді құрайды. Эпимеризация: Кейде Е домені пептидтік тізбектегі ең ішкі аминқышқылын D конфигурациясына айналдырады. Бұл цикл әрбір ұзарту модулі үшін қайталанады.

Аяқтау кезеңі

Аяқтау: TE домені (тиоэстераз домені) алдыңғы модульдің PCP доменінен толық полипептидтік тізбекті гидролиздейді, осылайша көбінесе циклдік амидтер (лактамалар) немесе циклдік эфирлер (лактондар) түзіледі. Сонымен қатар, пептид R домені арқылы босатылуы мүмкін, ол тиоэстер байланысын терминал альдегидіне немесе спиртіне дейін тотықсыздандырады.

Өңдеу

Соңғы пептид көбінесе гликозилдеу, ацилдеу, галогендеу немесе гидроксилдеу сияқты өзгерістерге ұшырайды. Бұл процеске жауапты ферменттер әдетте синтетаза кешенімен байланысты болады, ал олардың гендері бірдей оперон немесе гендер кластерінде орналасқан.

Бастауыш және бұғаттау

Функциялық болу үшін ацил-КоА молекулаларының 4' фосфопантетиндік бүйір тізбегі 4'PP трансферазалармен (бастау) PCP доменіне бекітілуі керек, ал S байланысқан ацил тобы арнайы байланысты тиоэстеразалармен (TE II) (тоқтату) алынып тасталуы тиіс.

Субстрат ерекшеліктері

Көптеген домендердің субстратқа қатысты таңдаулылығы өте кең және әдетте модульге қосылатын аминқышқылын тек А домені анықтайды. Субстратқа қатысты таңдаулылықты бақылайтын және рибосомаға тәуелсіз пептид синтезінің "кодондары" деп есептелетін он аминқышқылы анықталды, сондай-ақ рационалды белок дизайны А домендерінің таңдаулылығын есептеу арқылы өзгерту әдістерін ұсынды. Конденсациялық C доменінің де субстратқа қатысты таңдаулылығы бар деп саналады, әсіресе ол эпимеризацияланған изомерге қатысты "сүзгі" ретінде жұмыс істейтін модульді қамтитын эпимераза E доменінің артында орналасқан жағдайда. SANDPUMA және NRPSpredictor2 сияқты есептеу әдістері ДНК немесе белок тізбегі деректерінен субстратқа қатысты таңдаулылықты болжау үшін жасалған.