Los genes PKS de un determinado policétido suelen estar organizados en un operón o en grupos de genes . Las PKS de tipo I y tipo II forman grandes complejos proteicos modulares o conjuntos moleculares disociables; Las PKS de tipo III existen como proteínas homodiméricas más pequeñas. [3] [4]
Clasificación
Mecanismos de reacción de las PKS tipo I, II y III. Descarboxilación de la unidad malonilo seguida de condensación de tio-Claisen. a) PKS (cis-AT) tipo I con dominios de proteína portadora de acilo (ACP), ceto sintasa (KS) y acil transferasa (AT) unidos covalentemente entre sí. b) PKS tipo II con heterodímero KSα-KSβ y ACP como proteínas separadas. c) PKS Tipo III independientes de ACP.
Las PKS se pueden clasificar en tres tipos:
Las PKS de tipo I son estructuras proteicas grandes y complejas con múltiples módulos que a su vez constan de varios dominios que normalmente están conectados covalentemente entre sí y cumplen diferentes pasos catalíticos. La composición mínima de un módulo PKS tipo I consta de un dominio aciltransferasa (AT), que es responsable de elegir el bloque de construcción a utilizar, un dominio ceto sintasa (KS), que cataliza la formación del enlace CC y una proteína portadora de acilo ( ACP), también conocido como dominio de tiolación. Este último contiene un residuo Ser conservado, modificado postraduccionalmente con una fosfopanteteína a cuyo extremo la cadena policétida se une covalentemente durante la biosíntesis como un tioéster. Además, también pueden existir muchos otros dominios opcionales dentro de un módulo, como los dominios cetorreductasa o deshidratasa, que alteran la funcionalidad 1,3-dicarbonilo predeterminada del cétido instalado mediante reducción secuencial a un alcohol y un doble enlace, respectivamente. [5] [6] Estos dominios funcionan juntos como una línea de montaje. Este tipo de PKS de tipo I también se conoce como policétido sintasas cis-aciltransferasa (cis-AT PKS). Por el contrario, las denominadas PKS trans-AT evolucionaron de forma independiente y carecen de dominios AT en sus módulos. En su lugar, esta actividad la proporcionan dominios AT independientes. Además, suelen contener dominios poco comunes con actividades catalíticas únicas. [7]
Las PKS de tipo II se comportan de manera muy similar a las PKS de tipo I, pero con una diferencia clave: en lugar de una megaenzima grande, las PKS de tipo II son enzimas monofuncionales separadas. La PKS tipo II más pequeña posible consta de un ACP, así como de dos unidades KS heterodiméricas (KSα, que cataliza la formación de enlaces CC y KSβ, también conocido como "factor de longitud de cadena" - CLF, ya que puede determinar la longitud de la cadena de carbonos . 8] ), que cumplen una función similar a la de los dominios AT, KS y ACP en las PKS de tipo I, aunque las PKS de tipo II carecen de un dominio AT separado. Además, las PKS de tipo II a menudo funcionan de forma iterativa, donde la misma enzima lleva a cabo múltiples pasos de elongación de cadena, de forma similar a las PKS de tipo III. [9] [10]
Las PKS de tipo III son pequeños homodímeros de proteínas de 40 kDa que combinan todas las actividades de los dominios esenciales de PKS de tipo I y II. Sin embargo, a diferencia de las PKS de tipo I y II, no requieren un sustrato unido a ACP. En su lugar, pueden utilizar un sustrato de acil-CoA libre para el alargamiento de la cadena. [11] [12] [13] Además, las PKS de tipo III contienen una tríada catalítica Cys-His-Asn en su centro activo, con el residuo de cisteína actuando como nucleófilo atacante, mientras que las PKS de tipo I y II se caracterizan por una PKS de tipo I y II. Su-Su tríada catalítica. [14] Los productos típicos de las PKS tipo III incluyen lípidos fenólicos como los alquilresorcinoles.
Además de estos tres tipos de PKS, se pueden clasificar como iterativas o no iterativas. Las PKS iterativas de tipo I reutilizan dominios de forma cíclica. Otras clasificaciones incluyen el grado de reducción realizado durante la síntesis de la cadena policétida en crecimiento.
NR-PKS: PKS no reductoras , cuyos productos son verdaderos policétidos
PR-PKS: reducción parcial de las PKS
FR-PKS: PKS totalmente reductoras, cuyos productos son derivados de ácidos grasos
Módulos y dominios
Biosíntesis del precursor de la doxorrubicina , є-rodomicinona. Las reacciones de la policétido sintasa se muestran en la parte superior.
Cada módulo de policétido-sintasa de tipo I consta de varios dominios con funciones definidas, separados por regiones espaciadoras cortas. El orden de los módulos y dominios de una policétido-sintasa completa es el siguiente (en el orden del extremo N al extremo C ):
Módulo de arranque o carga : AT-ACP-
Módulos de elongación o extensión : -KS-AT-[DH-ER-KR]-ACP-
La cadena policétida y los grupos iniciadores están unidos con su grupo funcional carboxi a los grupos SH del ACP y al dominio KS a través de un enlace tioéster : R- C (= O ) OH + HS -proteína <=> R- C (= O ) S -proteína + H 2 O .
Los dominios portadores de ACP son similares a los dominios portadores de PCP de las péptidos sintetasas no ribosomales , y algunas proteínas combinan ambos tipos de módulos.
Etapas
La cadena en crecimiento pasa de un grupo tiol al siguiente mediante transacilaciones y se libera al final mediante hidrólisis o ciclación ( alcohólisis o aminolisis ).
Etapa inicial:
El grupo iniciador, normalmente acetil-CoA o sus análogos, se carga en el dominio ACP del módulo iniciador catalizado por el dominio AT del módulo iniciador.
Etapas de elongación:
La cadena de policétidos se transfiere desde el dominio ACP del módulo anterior al dominio KS del módulo actual, catalizada por el dominio KS.
El grupo de elongación, normalmente malonil-CoA o metilmalonil-CoA , se carga en el dominio ACP actual catalizado por el dominio AT actual.
El grupo de elongación unido a ACP reacciona en una condensación de Claisen con la cadena de policétido unida a KS bajo desprendimiento de CO2 , dejando un dominio KS libre y una cadena de policétido alargada unida a ACP. La reacción tiene lugar en el extremo de la cadena unido a KS n , de modo que la cadena sale una posición y el grupo de elongación se convierte en el nuevo grupo unido.
Opcionalmente, el fragmento de la cadena de policétido se puede alterar paso a paso mediante dominios adicionales. El dominio KR (ceto-reductasa) reduce el grupo β-ceto a un grupo β-hidroxi, el dominio DH (deshidratasa) separa el H2O , dando como resultado el alqueno α-β- insaturado , y el dominio ER (enoil-reductasa) ) reduce el doble enlace α-β a un enlace simple. Es importante señalar que estos dominios de modificación en realidad afectan la adición anterior a la cadena (es decir, el grupo agregado en el módulo anterior), no el componente reclutado en el dominio ACP del módulo que contiene el dominio de modificación.
Este ciclo se repite para cada módulo de elongación.
Etapa de terminación:
El dominio TE hidroliza la cadena policétida completa del dominio ACP del módulo anterior.
Relevancia farmacológica
Las policétido sintasas son una fuente importante de pequeñas moléculas naturales utilizadas para la quimioterapia. [15] Por ejemplo, muchos de los antibióticos comúnmente utilizados, como la tetraciclina y los macrólidos , son producidos por policétido sintasas. Otros policétidos de importancia industrial son el sirolimus (inmunosupresor), la eritromicina (antibiótico), la lovastatina (fármaco contra el colesterol) y la epotilona B (fármaco contra el cáncer). [dieciséis]
Los policétidos son una gran familia de productos naturales ampliamente utilizados como fármacos, pesticidas, herbicidas y sondas biológicas. [17]
Existen compuestos policétidos antifúngicos y antibacterianos, a saber, ofiocordina y ofiosetina. [ cita necesaria ]
Y se investigan para la síntesis de biocombustibles y productos químicos industriales. [18]
Importancia ecológica
Sólo alrededor del 1% de todas las moléculas conocidas son productos naturales; sin embargo, se ha reconocido que casi dos tercios de todos los medicamentos actualmente en uso se derivan, al menos en parte, de una fuente natural. [19] Este sesgo se explica comúnmente con el argumento de que los productos naturales han coevolucionado en el medio ambiente durante largos períodos de tiempo y, por lo tanto, han sido preseleccionados para estructuras activas. Los productos de policétido sintasa incluyen lípidos con propiedades antibióticas, antifúngicas, antitumorales y de defensa contra depredadores; sin embargo, muchas de las vías de la policétido sintasa que las bacterias, los hongos y las plantas utilizan habitualmente aún no se han caracterizado. [20] [21] Por lo tanto, se han desarrollado métodos para la detección de nuevas vías de policétido sintasa en el medio ambiente. La evidencia molecular respalda la idea de que aún quedan muchos policétidos nuevos por descubrir a partir de fuentes bacterianas. [22] [23]
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