La DD -transpeptidasa ( EC 3.4.16.4, DD -peptidasa , DD -transpeptidasa , DD -carboxipeptidasa , D -alanil - D -alanina carboxipeptidasa , D -alanil - D -alanina-peptidasa de escisión , D -alanina carboxipeptidasa , D - alanil carboxipeptidasa y D -Ala- D -Ala carboxipeptidasa de tipo serina . [1] ) es una enzima bacteriana que cataliza la transferencia de la porción R- L -αα- D -alanilode los donadores de carbonilo R- L -αα- D -alanil- D- alanina al γ-OH de su serina del sitio activo y desde este a un aceptor final. [2] Participa en la biosíntesis de la pared celular bacteriana, es decir, en la transpeptidación que une las cadenas laterales peptídicas de las cadenas de peptidoglicano. [3]
El antibiótico penicilina se une irreversiblemente a la enzima transpeptidasa y la inhibe formando un intermediario peniciloil-enzima altamente estable. [4] Debido a la interacción entre la penicilina y la transpeptidasa, esta enzima también se conoce como proteína de unión a la penicilina (PBP).
La DD -transpeptidasa es mecanísticamente similar a las reacciones proteolíticas de la familia de proteínas tripsina. [5]
La reticulación de las fracciones peptidil de las cadenas de glicano adyacentes es una reacción de dos pasos. El primer paso implica la escisión del enlace D -alanil- D -alanina de un precursor de la unidad peptídica que actúa como donante de carbonilo, la liberación de la D -alanina carboxilo-terminal y la formación de la acil-enzima. El segundo paso implica la ruptura del intermediario acil-enzima y la formación de un nuevo enlace peptídico entre el carbonilo de la fracción D -alanilo y el grupo amino de otra unidad peptídica. [6]
La mayor parte de la discusión sobre los mecanismos de la DD -peptidasa gira en torno a los catalizadores de la transferencia de protones. Durante la formación del intermediario acil-enzima, se debe retirar un protón del grupo hidroxilo de la serina del sitio activo y se debe agregar uno al grupo saliente de la amina. Se debe facilitar un movimiento de protones similar en la desacilación. La identidad de los catalizadores generales ácidos y básicos involucrados en estas transferencias de protones aún no se ha dilucidado. [7] Sin embargo, se ha propuesto la tríada catalítica tirosina, lisina y serina, así como serina, lisina, serina. [7]
Las transpeptidasas son miembros de la superfamilia de las transferasas de peniciloil-serina, que tienen un motivo conservado característico SxxK . [8] Con "x" denotando un residuo de aminoácido variable , las transpeptidasas de esta superfamilia muestran una tendencia en forma de tres motivos: SxxK, SxN (o análogo) y KTG (o análogo). Estos motivos se encuentran en lugares equivalentes y están espaciados aproximadamente de manera igual a lo largo de la cadena polipeptídica. La proteína plegada acerca estos motivos entre sí en el centro catalítico entre un dominio completamente α y un dominio α/β . [9] [10]
Se ha estudiado la estructura de la DD -transpeptidasa de Streptomyces K15 , que consta de una única cadena polipeptídica organizada en dos dominios. Un dominio contiene principalmente hélices α, y el segundo es de tipo α/β. [6] El centro de la hendidura catalítica está ocupado por la tétrada Ser35-Thr36-Thr37-Lys38, que incluye el residuo nucleofílico Ser35 en el extremo amino-terminal de la hélice α2. Un lado de la cavidad está definido por el bucle Ser96-Gly97-Cys98 que conecta las hélices α4 y α5. La tríada Lys213-Thr214-Gly215 se encuentra en la cadena β3 en el lado opuesto de la cavidad. El grupo NH de la cadena principal del residuo esencial Ser35 y el de Ser216 aguas abajo del motivo Lys213-Thr214-Gly215 ocupan posiciones que son compatibles con la función del agujero de oxianión requerida para la catálisis. [6]
La enzima se clasifica como una DD -transpeptidasa porque el enlace peptídico susceptible del donante de carbonilo se extiende entre dos átomos de carbono con la configuración D. [6]
Todas las bacterias poseen al menos una, generalmente varias, serina DD -peptidasas monofuncionales. [2]
Esta enzima es un excelente objetivo farmacológico porque es esencial, es accesible desde el periplasma y no tiene equivalente en las células de los mamíferos. La DD -transpeptidasa es la proteína diana de los antibióticos β-lactámicos (por ejemplo, la penicilina ). Esto se debe a que la estructura de la β-lactama se parece mucho al residuo D - ala- D -ala.
Las β-lactáminas ejercen su efecto inactivando competitivamente el sitio catalítico de la serina DD -transpeptidasa. La penicilina es un análogo cíclico de los donantes de carbonilo terminados en D -Ala- D -Ala, por lo tanto, en presencia de este antibiótico, la reacción se detiene a nivel de la enzima peniciloil unida al éster de serina. [11] Por lo tanto, los antibióticos β-lactámicos obligan a estas enzimas a comportarse como proteínas de unión a la penicilina . [12]
Cinéticamente, la interacción entre la DD -peptidasa y las β-lactáminas es una reacción de tres pasos:
[12]
Las β-lactáminas pueden formar un aducto EI* de alta estabilidad con la DD -transpeptidasa . La vida media de este aducto es de alrededor de horas, mientras que la vida media de la reacción normal es del orden de milisegundos. [8]
La interferencia con los procesos enzimáticos responsables de la formación de la pared celular resulta en lisis y muerte celular debido a la activación del sistema autolítico en las bacterias. [13]
