La isopenicilina N sintasa ( IPNS ) es una proteína de hierro no hemo que pertenece a la familia de las dioxigenasas oxidorreductasas dependientes del 2-oxoglutarato (2OG) . Esta enzima cataliza la formación de isopenicilina N a partir de δ-( L -α-aminoadipoil) -L -cisteinil- D -valina ( LLD -ACV).
Esta reacción es un paso clave en la biosíntesis de los antibióticos de penicilina y cefalosporina . [1]
Los sitios activos de la mayoría de las isopenicilina N sintasas contienen un ion de hierro . [2]
Esta enzima también se llama isopenicilina N sintetasa .
Un ion metálico Fe(II) en el sitio activo de la enzima está coordinado por al menos dos residuos de histidina , un residuo de aspartato , un residuo de glutamina y dos moléculas de agua en ausencia de un sustrato unido . [2] Solo dos residuos de histidina y un residuo de ácido aspártico se conservan por completo. Por lo tanto, es muy significativo que estos dos residuos de histidina, His214 y His270, y un residuo de ácido aspártico, Asp216, sean precisamente los esenciales para la actividad. [3] Cuando el ACV se une al sitio activo, Gln330 y una molécula de agua son reemplazadas por el tiolato de ACV . [2]
El tripéptido lineal δ-( L -α-aminoadipoil) -L -cisteinil- D -valina ( LLD -ACV) debe ser ensamblado primero a partir de sus aminoácidos componentes por la N-(5-amino-5-carboxipentanoil)-L-cisteinil-D-valina sintasa (ACV sintasa). [4] Esto permite la unión del sustrato ACV al grupo tiol desprotonado del residuo de cisteína . Esta ligadura del tiolato al centro de hierro ancla el ACV dentro del sitio activo. [2]
La ligación del ACV produce una disminución del potencial redox FeII/FeIII , lo que facilita la reducción del dioxígeno a superóxido. La formación de un enlace RS-FeIII altamente covalente [5] [6] reduce la barrera de activación para la unión del dioxígeno, iniciando así el ciclo de reacción. [2] Se produce una transferencia intramolecular de un átomo de hidrógeno desde el C-3 del residuo de cisteína (BDE= 93 kcal/mol) al oxígeno superoxo distal, convirtiendo así el FeIII de nuevo al estado de oxidación de FeII. En este proceso se producen un tioaldehído y un ligando hidroperoxi (OOH). El ligando hidroperoxi desprotona la amida que luego cierra el anillo de β-lactama mediante un ataque nucleofílico en el carbono del tioaldehído. [4]
Esto hace que el átomo de hidrógeno en el C-3 del residuo de valina se acerque al ligando oxo de hierro(IV), que es altamente electrofílico. Se produce una segunda transferencia de hidrógeno, que probablemente produce un radical isopropilo que cierra el anillo de tiazolidina al atacar el átomo de azufre del tiolato . [4]
Siguiendo la vía IPNS, otras enzimas son responsables de la epimerización de la isopenicilina N a penicilina N, la derivatización a otras penicilinas y la expansión del anillo que finalmente conduce a las diversas cefalosporinas. [1]
Esto demuestra cómo el IPNS ocupa un papel temprano y clave en la vía biosintética de todas las penicilinas y cefalosporinas, que son diferentes tipos de antibióticos β-lactámicos . Esta clase de antibióticos es la más utilizada. Actúan inhibiendo la síntesis de la capa de peptidoglicano de las paredes celulares bacterianas , lo que es especialmente importante en los organismos Gram-positivos.
Existen varios tipos de penicilinas que se pueden utilizar para tratar diferentes tipos de infecciones bacterianas . [7] No funcionarán para infecciones causadas por virus , como resfriados o gripe . [8]
A finales de 2007, se habían resuelto 26 estructuras para esta clase de enzimas, con códigos de acceso PDB 1ODM, 1UZW, 1W03, 1W04, 1W05, 1W06, 1W3V, 1W3X, 2BJS, 2BU9, 2IVI, 2IVJ, 2JB4, 1QJE, 1ODN, 1HB1, 1HB2, 1HB3, 1HB4, 1QIQ, 1QJF, 1BK0, 1BLZ, 1OBN, 1OC1, 1IPS.
