Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тироцидин - топырақта кездесетін Brevibacillus brevis бактериясы өндіретін циклдік декапептидтер қоспасы. Ол 4 түрлі амин қышқылдар тізбекінен құралуы мүмкін, тироцидиннің AD- ы (Көріңіз 1- сурет). Тироцидин - грамицидинді де қамтитын тиротрициннің негізгі құрамдас бөлігі. Тироцидин коммерциялық сатылымға шыққан алғашқы антибиотик болды, бірақ оның адам қаны мен репродуктивті жасушаларға уытты екені анықталды. Тироцидиннің қожайын B. brevis- тің құрамындағы қызметі спорацияны реттеу деп есептеледі. Тироцидиндер А, В және С циклдік декапептидтер болып табылады. Тироцидиннің биосинтезі үш ферментпен жүзеге асады. Оның реттілігінің кейбір бөліктері грамицидин S- мен бірдей.
Tyrocidine is a mixture of cyclic decapeptides produced by the bacteria Brevibacillus brevis found in soil. It can be composed of 4 different amino acid sequences, giving tyrocidine A–D (See figure 1). Tyrocidine is the major constituent of tyrothricin, which also contains gramicidin. Tyrocidine was the first commercially available antibiotic, but has been found to be toxic toward human blood and reproductive cells. The function of tyrocidine within its host B. brevis is thought to be regulation of sporulation. Tyrocidines A, B, and C are cyclic decapeptides. The biosynthesis of tyrocidine involves three enzymes. Parts of its sequence are identical to gramicidin S.
Тарих
1939 жылы америкалық микробиолог Рене Дубос топырақтағы бактерия Bacillus brevis-ті тапты. Ол микробтың пневмококк бактериясының капсуласын ыдырата отырып, оны зиянсыз етіп шығара алатынын байқады. Ол топырақ микробы B. brevis-тен тиротрицинді бөліп алды, бұл бактериялардың үлкен ауқымына жоғары улы әсер етті. Кейін тиротрицин грамицидин мен тироцидин пептидтерінің қоспасы екені анықталды. Бұл заттардың адамдағы қызыл қан клеткалары мен репродуктивті клеткаларға токсикалық әсері байқалды, алайда сыртынан майлау ретінде тироцидинді қолдану кезінде де күшті микробқа қарсы препарат ретінде қолдануға болады. Дубостың бұл жаңалығы пенициллинді зерттеуге қызығушылықты оятуға көмектесті.
In 1939, the American microbiologist René Dubos discovered the soil microbe Bacillus brevis. He observed the ability of the microbe to decompose the capsule of pneumococcus bacterium, rendering it harmless. From the soil microbe B. brevis, he isolated tyrothricin, which had a high toxicity to a large range of bacteria. Tyrothricin was later found to be a mixture of the peptides gramicidin and tyrocidine. These were observed to have toxic effects in red blood cells and reproductive cells in humans, however, if applied externally as an ointment tyrocidine could also be used as a potent antimicrobial agent. Dubos's discovery helped revive interest in research on penicillin.
Әрекет ету механизмі
Тироцидиннің ерекше әрекет ету тәсілі бар, ол жасуша мембранасының қызметін бұзады, бұл оны инжинирингтік туындылар үшін қолайлы нысанаға айналдырады. Тироцидин микробтың ішкі мембранасының липидтік қабатын мембрананың липидтік фазасына еніп, бұзады. Тироцидиннің фосфолипидтік қос қабатындағы нақты туыстығы мен орналасуы әлі белгісіз.
Tyrocidine has a unique mode of action in which it disrupts the cell membrane function, making it a favorable target for engineering derivatives. Tyrocidine appears to perturb the lipid bilayer of a microbe's inner membrane by permeating the lipid phase of the membrane. The exact affinity and location of tyrocidine within the phospholipid bilayer is not yet known.
Биосинтез
Тироцидиннің биосинтезі грамицидин S- ге ұқсас және рибосомалық емес протеин синтетазалардың (NRPS) көмегімен жүзеге асады. Оның биосинтезі ферменттік жиынтық арқылы жүзеге асады, ол 10 модульді қамтитын 3 пептид синтеза протеинінен, TycA, TycB және TycC- дан тұрады. Тироцидиннің әр түрлі аналогтарын (AD) әр түрлі ферменттер емес, белгілі бір орындарында құрылымы ұқсас әр түрлі амин қышқылдарын құрастыра алатын фермент жүйесі жасайды. Амин қышқылдарының реттілігі РНК үлгісімен емес, ферменттің құрылымымен анықталады. Тироцидин синтезазалары TycA, TycB және TycC тироцидин оперонында кодталады. Бұл үш синтетазаның үш кодталған генінен және қосымша үш ашық оқу фреймінен (ORF) тұрады. TycD, TycE және TycF деп белгіленген бұл ORF-тар үш синтетаза генінің төменгі ағысында орналасқан (Көрші 2- суретті). TycD және TycE субстраттарды мембрана арқылы тасымалдауға көмектесетін АТФ-ты байлайтын кассеталар (АВК) тасымалдаушылар отбасының мүшелеріне ең көп ұқсастығы бар. Тандемдік тасымалдаушылар тироцидин секрециясы арқылы өндіруші жасушада резистенттілікті беруде рөл атқарады деп болжанады. TycF тиоэстераза (TE) ретінде анықталды және пептид синтетазаларын кодтау үшін пайдаланылатын бактериялық оперондардағы басқа TE- ге ұқсас. Алайда, бұл ТЭ-нің нақты қызметі әлі белгісіз. Пептидтік тізбектің ұзартылуы жоғары ағыстағы ПЦП-ны іргелес төменгі ағыстағы ПЦП-ға байланған мономерге конденсациялау арқылы жүзеге асырылады. Кейбір домендердің модификациялық субдомендері бар, мысалы тироцидиннің 1 және 4-домендерінде көрінетін E субдомені, ол D конфигурациялы амин қышқылын тудырады. Соңғы модульде циклдендіру немесе өнімнің босатылуы үшін катализатор ретінде пайдаланылатын TE домені бар. Өнімнің тасымалдаушы белоктан босатылуы TE- нің белсенді орны сериннің ацилирленуі арқылы жүзеге асырылады, онда декапептид тиол эфирінен серин қалдықтарына көшіріледі. Деацилдеу кейін молекулааралық циклдену немесе гидролиз арқылы циклдік немесе сызықтық өнім алуға болады (4- суретті қараңыз). Тироцидиннің жағдайында сақинаның жабылуы 4 H байланыстары арқасында декапептид тірек сүйегінің тұрақты конформация алуына көмектесетіндігі дәлелденді (5- суретті қараңыз).
The biosynthesis of Tyrocidine is similar to Gramicidin S, and is achieved through the use of nonribosomal protein synthetases (NRPSs). Its biosynthesis is via an enzymatic assembly consisting of 3 peptide synthetase proteins, TycA, TycB, and TycC, which contain 10 modules. The different tyrocidine analogues (A–D) are not produced by different enzymes, but rather by an enzyme system that is capable of incorporating different amino acids of structural similarity at specified sites. The amino acid sequence is determined by the organization of the enzyme and not by any RNA template. The tyrocidine synthetases TycA, TycB, and TycC are encoded on the tyrocidine operon. This consists of the three genes encoding for the three synthetases as well as three additional open reading frames (ORFs). These ORFs, labeled as TycD, TycE, and TycF are downstream of the three synthetase genes (see figure 2). TycD &TycE have the highest similarity to members of the ATP binding cassette (ABC) transporter family which aid in the transport of substrates across a membrane. It has been suggested that the tandem transporters play a role in conferring resistance in the producer cell through tyrocidine secretion. TycF has been identified as a thioesterase (TE) and is similar to other TEs in bacterial operons used for encoding peptide synthetases. However, the precise function of these TEs remains unknown. Elongation of the peptide chain is achieved through condensation of the upstream PCP onto an adjacent downstream PCP bound monomer. Some domains have modification subdomains, such as the E subdomain seen in domains 1 and 4 in tyrocidine, which will generate the D configured amino acid. On the final module is the TE domain used as a catalyst for cyclization or product release. The release of the product from the carrier protein is achieved through acylation of the active site serine of TE in which the decapeptide is transferred from the thiol ether to the serine residue. Deacylation can then occur through intramolecular cyclization or through hydrolysis to give the cyclic or linear product respectively (See figure 4). In the case of tyrocidine, ring closure has been shown to be highly favorable due to 4 H bonds helping the decapeptide backbone to adopt a stable conformation (See figure 5).
Химоферменттік стратегиялар
Пептидтік тізбекті макроциклизациялаудың жалпы биохимиялық шешімі жоқ. Оқшауланған тироцидин (Tyc) ТЭ домендері химиялық жолмен алынған пептидил-тиоэстер субстраттарын циклдеу үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл жаңа циклдік қосылыстарға күшті жолды қамтамасыз етеді. Бұл макроциклизация үшін пептидтік тізбектің С- нүктесінде N ацетилцистеаминді (SNAC) қалдыратын топпен белсендірілуі керек. Тироцидиннің 10 орны арқылы аланинді сканерлеу жеткілікті циклдеу үшін D Phe және L Orn ғана қажет екенін көрсетеді. Tyc TE-ді сонымен қатар биомиметикалық жолмен қолдануға болады, онда ол ТЭ доменінің субстраттың ПЦП-мен полиэтилен гликол (ПЭГ) амид шайырмен байланысқан синтетикалық тіректі пайдалану арқылы жасалатын ортаны еліктейді. Бұл шайырды оқшауланған ТЭ-мен қажетті субстратқа байлауды қолдану шайырдың каталитикалық босатылуына, сондай-ақ субстраттың макроциклдануына мүмкіндік береді (6-суретті қараңыз). Қатты фазалы пептид синтезін (ҚФПС) қолдану пептид тізбегіне мономерлердің әртүрлі массивін қосуға мүмкіндік берді. Кейінгі зерттеулерде пептидтік тіректің синтетикалық түрін өзгерту үшін Tyc TE жоғары төзімділігін қолданды. Бұл сондай-ақ тирозин немесе серин қалдықтарын гликозилдеуге мүмкіндік берді. Осы әдістердің көмегімен көптеген жаңа терапиялық препараттар жасалды.
There is no general biochemical solution for macrocyclization of a peptide chain. Isolated tyrocidine (Tyc) TE domains can be used to cyclize chemically derived peptidyl thioester substrates, providing a powerful route to new cyclic compounds. In order for this macrocyclization to occur, the peptide chain must be activated at its C terminus with an N acetylcysteamine (SNAC) leaving group. An alanine scan through the 10 positions of tyrocidine shows that only the D Phe and L Orn are required for sufficient cyclization. Tyc TE can also be used biomimetically in which it mimics the environment created by the TE domain with the substrate's PCP through use of a synthetic tether linked to a polyethylene glycol (PEG) amide resin. Use of this resin bound to a desired substrate with isolated TE can allow for catalytic release of the resin as well as macrocyclization of the substrate (See figure 6 ). Use of solid phase peptide synthesis (SPPS) allowed the incorporation of a diverse array of monomers into the peptide chain. Later studies used the high tolerance of Tyc TE in order to modify the peptide backbone post synthetically. This also allowed for glycosylation of the tyrosine or serine residues to be incorporated. Use of these methods has led to many promising new therapeutic agents.