Péptido non ribosómico

Os péptidos non ribosómicos son péptidos non sintetizados nos ribosomas senón por encimas. Hai moitos péptidos non sintetizados nos ribosomas, como o antioxidante glutatión, presente na maioría dos organismos aerobios, que utilizan diversos sistemas encimáticos para a súa síntese, pero o termo "péptido non ribosómico" xeralmente se reserva, máis especificamente, a aqueles que son sintetizados por unha familia de encimas chamados péptido non ribosómico sintetases, e deles é dos que tratará este artigo. Os péptidos non ribosómicos así definidos son metabolitos secundarios, xeralmente producidos por microorganismos como bacterias e certos fungos. Tamén se encontran en organismos superiores.

As péptido non ribosómico sintetases que sintetizan os péptidos non ribosómicos, a diferenza dos ribosomas, son independentes do ARN mensaxeiro. Cada un destes encimas pode sintetizar un só tipo de péptido. Son encimas modulares; cada módulo ten varios dominios e introduce un aminoácido durante a síntese.

Os péptidos non ribosómicos a miúdo teñen estruturas cíclicas ou ramificadas, e poden conter aminoácidos non proteinoxénicos entre os cales pode haber D-aminoácidos, ou aminoácidos con modificacións como grupos N-metil e N-formil, ou están glicosilados, acilados, haloxenados, ou hidroxilados. A ciclación de aminoácidos sobre o "esqueleto" do peptido é común, e dá lugar a oxazolinas e tiazolinas, e estas poden ser despois oxidadas ou reducidas. Ás veces, prodúcese a deshidratación de serinas, orixinando deshidroalanina. Este é só un exemplo das diversas manipulacións e variacións que poden presentar os péptidos non ribosómicos. Os péptidos non ribosómicos son moitas veces dímeros ou trímeros de secuencias idénticas unidas en cadea ou cicladas, ou mesmo ramificadas.

Os péptidos non ribosómicos son unha familia moi diversa de produtos naturais cunha ampla gama de actividades biolóxicas e propiedades farmacolóxicas. Moitas son toxinas, sideróforos, ou pigmentos. Utilízanse comercialmente péptidos non ribosómicos que son antibióticos, citostáticos, e inmunosupresores.

Exemplos

Antibióticos:
Precursores de antibióticos:
- ACV-Tripéptido
Citostáticos:
- Epothilone
- Bleomicina
Inmunosupresores:
- Ciclosporina (Ciclosporina A)
Sideróforos:
- Enterobactina
- Mixoquelina A
Pigmentos:
- Indigoidina
Toxinas:
- Microcistinas e
- Nodularinas, cianotoxinas de cianobacterias
Polímeros de almacenamento de nitróxeno:
- Cianoficina, producida por algunhas cianobacterias
Fitotoxinas:
- HC-toxina, un factor de virulencia producido polo fungo patóxeno de plantas Cochliobolus (Helminthosporium) carbonum^[1]
- AM-toxina, producida polo fungo patóxeno de plantas Alternaria alternata pv. Mali^[2]
- Victorina, un pentapéptido cíclico clorado producido polo fungo patóxeno Cochliobolus victoriae. Porén, non foi establecida a súa síntese non ribosómica.

Biosíntese

Os péptidos non ribosómicos son sintetizados por un ou máis encimas péptido non ribosómico sintetases (NRPS). Os xenes das NRPS específicas para certos péptidos están usualmente organizados nun operón nas bacterias e en clústers xénicos en eucariotas. Porén, o primeiro péptido non ribosómico que se atopou foi a ciclosporina fúnxica, que é sintetizada por un só encima NRPS de 1,6 MDa.^[3] Estes encimas están organizados en módulos que son responsables cada un da introdución dun aminoácido adicional. Cada módulo consiste en varios dominios con funcións definidas, separados por curtas rexións espazadoras de aproximadamente 15 aminoácidos.

A biosíntese de péptidos non ribosómicos comparte moitas características coa de policétidos e de ácidos graxos. Debido a estas semellanzas en estrutura e mecanismo, algunhas péptido non ribosómico sintetases conteñen módulos de policétido sintase para a inserción de subunidades derivadas de acetato ou propionato na cadea do péptido.

Módulos

A orde dos módulos e dominios dunha péptido non ribosómico sintetase completa é a seguinte:

Módulo de Iniciación ou Comezo: [F/NMT]-A-PCP-
Módulos de Elongación ou Extensión: -(C/Cy)-[NMT]-A-PCP-[E]-
Módulo de Terminación ou Liberación: -(TE/R)

(Orde: de N-terminal a C-terminal; []: opcionalmente; (): alternativamente).

Dominios

F: Formilación (opcional)
A: Adenilación (requirida nun módulo)
PCP: Proteína transportadora de péptido e tiolación cunha 4'-fosfo-panteteína unida (requirida nun módulo)
C: Condensación formando o enlace amida (requirido nun módulo)
Cy: Ciclación en tiazolina ou oxazolinas (opcional)
Ox: Oxidación de tiazolinas ou oxazolinas a tiazol ou oxazol (opcional)
Red: Redución de tiazolinas ou oxazolinas a tiazolidinas ou oxazolidinas (opcional)
E: Epimerización a D-aminoácidos (opcional)
NMT: N-metilación (opcional)
TE: Terminación por unha tio-esterase (só se atopou unha vez nunha NRPS)
R: Redución a aldehido ou alcohol terminal (opcional).

Fase de iniciación

Carga: Actívase o primeiro aminoácido con ATP como a mestura acil-ácido fosfórico anhídrido con AMP polo dominio A e é cargado na cadea lateral 4'-fosfo-pantetina (4'PP) unida a serina do dominio PCP, o que é catalizado polo dominio PCP (tiolación).
Ás veces, o grupo amino do aminoácido unido é formilado por un dominio F ou metilatdo por un dominio NMT.

Fases de elongación

Carga: Análoga á fase de iniciación, cada módulo carga o seu aminoácido específico no seu dominio PCP.
Condensación: O dominio C cataliza a formación do enlace amida entre o grupo tioéster da cadea peptídica en crecemento do módulo previo co grupo amino do módulo actual. O péptido estendido é agora unido ao actual dominio PCP.
Condensación-Ciclación: Ás veces o dominio C é substituído por un dominio Cy, o cal, ademais da formación do enlace amida, cataliza a reacción da cadea lateral de serina, treonina, ou cisteína co N-amida, formando así oxazolidinas e tiazolidina, respectivamente.
Epimerización: Ás veces un dominio E epimeriza o aminoácido máis interno da cadea peptídica a unha configuración D.
Este ciclo repítese para cada módulo de elongación.

Fase de terminación

Terminación: O dominio TE (dominio tio-esterase) hidroliza a cadea polipeptídica terminada desde o dominio ACP do módulo previo, formando con frecuencia deste modo amidas cíclicas (lactamas) ou ésteres cíclicos (lactonas).
Tamén, o péptido pode ser liberado por un dominio R que reduce o enlace tioéster a un aldehido ou alcohol terminal.

Procesamento

O péptido final é a miúdo modificado, por exemplo por glicosilación, acilación, haloxenación, ou hidroxilación. Os encimas responsables están xeralmente asociados ao complexo sintetase e os seus xenes están organizados nos mesmos operóns ou clusters de xenes.

Cebado e desbloqueo

Para ser funcional, a cadea lateral de 4'-fosfo-panteteína das moléculas de acil-CoA debe ser unida ao dominio PCP por 4'PP transferases (cebado) e o grupo acilo unido a xofre debe ser retirado por tioesterases (TE-II) especializadas asociadas (desbloqueo).

Especificidades de substrato

A maioría dos dominios teñen unha ampla especificidade de substratos e normalmente só o dominio A determina que aminoácido será incorporado nun módulo. Identificáronse dez aminoácidos que controlan a especificidade de substrato, que poden ser considerados unha especie de "codons" da síntese de péptidos non ribosómicos. O dominio de condensación C tamén se cre que ten especificidade de substrato, especialmente se está situado detrás dun módulo que contén un dominio epimerase E, no que funciona como un filtro para o isómero epimerizado.

Mestura con policétidos

Debido á semellanza coas policétido sintetases (PKS), moitos metabolitos secundarios son, de feito, fusións de péptidos non ribosómicos e policétidos. En esencia, isto ocorre cando módulos PK seguen a módulos NRP, e viceversa. Aínda que hai un alto grao de similitude entre os dominios PCP de ambos os tipos de sintetases, o mecanismo de condensación é diferente desde un punto de vista químico (condensación de Claisen en vez de transamidación).

Notas

↑ Walton, Jonathan D. (2006-07). "HC-toxin". Phytochemistry (en inglés) 67 (14): 1406–1413. doi:10.1016/j.phytochem.2006.05.033.
↑ R.D. Johnson, L. Johnson, Y. Itoh, M. Kodama, H. Otani, and K. Kohmoto (2000). "Cloning and Characterization of a Cyclic Peptide Synthetase Gene from Alternaria alternata Apple Pathotype Whose Product Is Involved in AM-Toxin Synthesis and Pathogenicity". Molecular Plant-Microbe Interactions 13 (7): 742–753. PMID 10875335. doi:10.1094/MPMI.2000.13.7.742.
↑ K. Turgay, M. Krause and M. A. Marahiel, Mol. Microbiol., 1992, 6, 529.

Véxase tamén

Outros artigos

Bibliografía

Dirk Schwarzer, Robert Finking, and Mohamed A. Marahiel (2003). "Nonribosomal peptides: from genes to products". Nat. Prod. Rep. 20 (3): 275–87. PMID 12828367. doi:10.1039/b111145k.
Mohamed A. Marahiel, Torsten Stachelhaus, and Henning D. Mootz (1997). "Modular Peptide Synthetases Involved in Nonribosomal Peptide Synthesis". Chem. Rev. 97 (7): 2651–2674. PMID 11851476. doi:10.1021/cr960029e.
Segolene Caboche, Maude Pupin, Valerie Leclere, Arnaud Fontaine, Philippe Jacques and Gregory Kucherov (2008). "NORINE: a database of nonribosomal peptides". Nucleic Acids Research. 36(Database issue) (Database issue): D326–31. PMC 2238963. PMID 17913739. doi:10.1093/nar/gkm792.

[1] Walton, Jonathan D. (2006-07). "HC-toxin". Phytochemistry (en inglés) 67 (14): 1406–1413. doi:10.1016/j.phytochem.2006.05.033.

[2] R.D. Johnson, L. Johnson, Y. Itoh, M. Kodama, H. Otani, and K. Kohmoto (2000). "Cloning and Characterization of a Cyclic Peptide Synthetase Gene from Alternaria alternata Apple Pathotype Whose Product Is Involved in AM-Toxin Synthesis and Pathogenicity". Molecular Plant-Microbe Interactions 13 (7): 742–753. PMID 10875335. doi:10.1094/MPMI.2000.13.7.742.

[3] K. Turgay, M. Krause and M. A. Marahiel, Mol. Microbiol., 1992, 6, 529.

[1]

[2]

[3]