Tyrocidin - Tyrocidine

Tyrocidin
Tyrocidin A.svg
Tyrocidin 3D.png
Namen
IUPAC-Name
3-((3 S ,6 R ,9 S ,12 S ,15 S ,

18 S ,21 S ,24 S ,27 R ,32a S ) -9-(2-Amino-2-oxoethyl)- 21-(3-Aminopropyl)- 3,6,27-Tribenzyl-15- (4-Hydroxybenzyl )-24-isobutyl-18-isopropyl-1,4,7,10,13,16,19,22,25,28- decaoxodotriacontahydropyrrolo[1,2-a] [1,4,7,10,13,16 ,19,22,25,28] decaazacyclotriacontin-

12-yl)propanamid
Bezeichner
UNII
Eigenschaften
C 66 H 87 N 13 O 13
Molmasse 1270.47628
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Infobox-Referenzen

Tyrocidin ist eine Mischung aus zyklischen Decapeptiden, die von den im Boden vorkommenden Bakterien Bacillus brevis produziert werden . Es kann aus 4 verschiedenen Aminosäuresequenzen bestehen, die Tyrocidin A–D ergeben (siehe Abbildung 1). Tyrocidin ist der Hauptbestandteil von Tyrothricin , das auch Gramicidin enthält . Tyrocidin war das erste kommerziell erhältliche Antibiotikum, hat sich jedoch als toxisch für menschliches Blut und Fortpflanzungszellen erwiesen. Die Funktion von Tyrocidin in seinem Wirt B. brevis wird als Regulierung der Sporulation angenommen .

Abbildung 1: a) Aminosäuresequenz von Tyrocidin A. b) Sequenzänderungen für die 4 Typen von Tyrocidin.

Tyrocidine A, B und C sind zyklische Decapeptide. An der Biosynthese von Tyrocidin sind drei Enzyme beteiligt. Teile seiner Sequenz sind identisch mit Gramicidin S.

Geschichte

1939 entdeckte der amerikanische Mikrobiologe René Dubos die Bodenmikrobe Bacillus brevis . Er beobachtete die Fähigkeit der Mikrobe, die Kapsel des Pneumokokken- Bakteriums zu zersetzen und unschädlich zu machen. Aus der Bodenmikrobe B. brevis isolierte er Tyrothricin , das für eine Vielzahl von Bakterien eine hohe Toxizität aufwies. Später stellte sich heraus, dass Tyrothricin eine Mischung aus den Peptiden Gramicidin und Tyrocidin ist. Es wurde beobachtet, dass diese toxische Wirkungen auf rote Blutkörperchen und Fortpflanzungszellen beim Menschen haben, jedoch könnte Tyrocidin, wenn es äußerlich als Salbe angewendet wird, auch als starkes antimikrobielles Mittel verwendet werden. Die Entdeckung von Dubos trug dazu bei, das Interesse an der Penicillinforschung wiederzubeleben .

Wirkmechanismus

Tyrocidin hat eine einzigartige Wirkungsweise, bei der es die Zellmembranfunktion stört, was es zu einem günstigen Ziel für technische Derivate macht. Tyrocidin scheint die Lipiddoppelschicht der inneren Membran einer Mikrobe zu stören, indem es die Lipidphase der Membran durchdringt. Die genaue Affinität und Lage von Tyrocidin innerhalb der Phospholipiddoppelschicht ist noch nicht bekannt.

Biosynthese

Die Biosynthese von Tyrocidin ähnelt der von Gramicidin S und wird durch die Verwendung von nichtribosomalen Proteinsynthetasen (NRPSs) erreicht. Seine Biosynthese erfolgt über einen enzymatischen Zusammenbau bestehend aus 3 Peptidsynthetase-Proteinen, TycA, TycB und TycC, die 10 Module enthalten. Die verschiedenen Tyrocidin-Analoga (A–D) werden nicht von verschiedenen Enzymen produziert, sondern von einem Enzymsystem, das in der Lage ist, verschiedene Aminosäuren mit struktureller Ähnlichkeit an bestimmten Stellen einzubauen. Die Aminosäuresequenz wird durch die Organisation des Enzyms und nicht durch irgendeine RNA-Matrize bestimmt.

Abbildung 2: Das Tyrocidin-Operon

Die Tyrocidin-Synthetasen TycA, TycB und TycC werden auf dem Tyrocidin-Operon kodiert. Diese besteht aus den drei Genen, die für die drei Synthetasen kodieren, sowie drei zusätzlichen offenen Leserahmen (ORFs). Diese als TycD, TycE und TycF bezeichneten ORFs liegen stromabwärts der drei Synthetase-Gene (siehe Abbildung 2). TycD & TycE weisen die höchste Ähnlichkeit mit Mitgliedern der ATP-Bindungskassetten- (ABC) -Transporterfamilie auf, die den Transport von Substraten durch eine Membran unterstützen. Es wurde vorgeschlagen, dass die Tandemtransporter eine Rolle bei der Verleihung von Resistenz in der produzierenden Zelle durch Tyrocidinsekretion spielen. TycF wurde als Thioesterase (TE) identifiziert und ähnelt anderen TEs in bakteriellen Operons, die zum Kodieren von Peptidsynthetasen verwendet werden. Die genaue Funktion dieser TEs bleibt jedoch unbekannt. Die Größe der Peptidsynthetasen entspricht dem Ausmaß der Aktivierung, die sie durchführen. TycA ist das kleinste und aktiviert eine einzelne Aminosäure aus einem Modul, TycB hat eine mittlere Größe und aktiviert 3 Aminosäuren mit 3 Modulen und TycC ist das größte und aktiviert 6 Aminosäuren mit 6 Modulen (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Module und Domänen für die Tyrocidin-Biosynthese

Jedes Modul führt alle katalytischen Reaktionen durch, die notwendig sind, um eine einzelne Aminosäure in die Peptidkette einzubauen. Dies geschieht durch die Subdomänen für Adenylierung (A), Peptityl-Carrier-Protein (PCP), Kondensation (C) und je nach Aminosäureposition eine Epimerisierung (E). Die Adenylierungs-Subdomäne wird bei der Aktivierung der spezifischen Aminosäure verwendet. Jedes Modul verwendet ein Molekül der ausgewählten Substrataminosäure mit einem Molekül ATP , um einen Aminoacyladenylat-Enzymkomplex und Pyrophosphat zu ergeben. Die aktivierte Aminosäure kann dann unter Verdrängung von AMP aus dem System auf das enzymgebundene 4'- Phoshopantethein des Trägerproteins übertragen werden. Das Trägerprotein verwendet die prosthetische 4'-Phoshopantetheingruppe zum Beladen des wachsenden Peptids und seiner Monomervorläufer. Die Verlängerung der Peptidkette wird durch Kondensation des stromaufwärts gelegenen PCP an ein benachbartes stromabwärts gelegenes PCP-gebundenes Monomer erreicht. In bestimmten Domänen finden Sie Modifikations-Subdomänen, wie die E-Subdomäne in den Domänen 1 und 4 in Tyrocidin, die die D-konfigurierte Aminosäure erzeugen. Auf dem letzten Modul wird die TE-Domäne als Katalysator für die Cyclisierung oder Produktfreisetzung verwendet. Die Freisetzung des Produkts aus dem Trägerprotein wird durch Acylierung des Serins des aktiven Zentrums von TE erreicht, bei dem das Decapeptid vom Thiolether auf den Serinrest übertragen wird. Die Deacylierung kann dann durch intramolekulare Cyclisierung oder durch Hydrolyse zum cyclischen bzw. linearen Produkt erfolgen (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Vorgeschlagene Cyclisierungsreaktion, katalysiert durch Thioesterase

Im Fall von Tyrocidin hat sich der Ringschluss als äußerst günstig erwiesen, da 4 H-Brücken dem Decapeptid-Rückgrat helfen, eine stabile Konformation einzunehmen (siehe Abbildung 5). Diese intramolekulare Cyclisierung erfolgt in einer Kopf-Schwanz-Weise unter Beteiligung des N-Terminus von D- Phe1 und des C-Terminus von L- Leu10 (siehe Abbildung 4).

Abbildung 5: Wasserstoffbrücken zur Veranschaulichung der stabilisierenden Wirkung der Cyclisierung

Chemoenzymatische Strategien

Es gibt keine allgemeine biochemische Lösung für die Makrocyclisierung einer Peptidkette. Isolierte Tyrocidin (Tyc) TE-Domänen können verwendet werden, um chemisch abgeleitete Peptidyl-Thioester-Substrate zu cyclisieren, was einen leistungsfähigen Weg zu neuen cyclischen Verbindungen bietet. Damit diese Makrocyclisierungen auftreten, muss die Peptidkette an seinem C-Terminus mit einer aktivierenden N - Acetylcysteamin (SNAC) Abgangsgruppe . Ein Alanin-Scan durch die 10 Positionen von Tyrocidin zeigt, dass nur D- Phe und L- Orn für eine ausreichende Cyclisierung erforderlich sind.

Tyc TE kann auch biomimetisch verwendet werden, indem es die durch die TE-Domäne mit dem PCP des Substrats erzeugte Umgebung nachahmt, indem ein synthetisches Halteband verwendet wird, das an ein Polyethylenglycol (PEG)-Amidharz gebunden ist. Die Verwendung dieses an ein gewünschtes Substrat gebundenen Harzes mit isoliertem TE kann eine katalytische Freisetzung des Harzes sowie eine Makrocyclisierung des Substrats ermöglichen (siehe Abbildung 6). Die Verwendung der Festphasen-Peptidsynthese (SPPS) ermöglichte den Einbau einer Vielzahl von Monomeren in die Peptidkette. Spätere Studien nutzten die hohe Toleranz von Tyc TE, um das Peptidrückgrat postsynthetisch zu modifizieren. Dies ermöglichte auch den Einbau der Glycosylierung der Tyrosin- oder Serinreste. Die Anwendung dieser Verfahren hat zu vielen vielversprechenden neuen therapeutischen Mitteln geführt.

Abbildung 6: Biomimetische Makrocyclensynthese.

Verweise

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Externe Links