DD -transpeptidasa

La DD -transpeptidasa ( EC 3.4.16.4 , DD- peptidasa , DD- transpeptidasa , DD -carboxipeptidasa , D - alanil - D -alanina carboxipeptidasa , D - alanil - D -alanina -escisión-peptidasa , D -alanina carboxipeptidasa , D -alanil carboxipeptidasa y carboxipeptidasa D -Ala- D -Ala de tipo serina . ^{[ 1 ]} ) es una enzima bacteriana que cataliza la transferencia de la porción R- L -αα- D -alanilode los donantes carbonilo R- L -αα- D -alanil -D- alanina al γ-OH de su serina del sitio activo y de este a un aceptor final. ^{[ 2 ]} Está involucrada en la biosíntesis de la pared celular bacteriana, es decir, en la transpeptidación que une las cadenas laterales peptídicas de las hebras de peptidoglicano. ^{[ 3 ]}

El antibiótico penicilina se une irreversiblemente a la enzima transpeptidasa e inhibe su actividad mediante la formación de 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 mecánicamente similar a las reacciones proteolíticas de la familia de proteínas tripsina. ^{[ 5 ]}

La reticulación de las porciones peptídicas de cadenas de glicanos adyacentes es una reacción en dos etapas. La primera etapa implica la ruptura del enlace D -alanil- D -alanina de un precursor de la unidad peptídica que actúa como donador de carbonilo, la liberación de la D- alanina carboxilo-terminal y la formación de la acil-enzima. La segunda etapa implica la degradación del intermedio acil-enzima y la formación de un nuevo enlace peptídico entre el carbonilo de la porción D -alanil 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 intermedio acil-enzima, se debe eliminar un protón del grupo hidroxilo de la serina del sitio activo y añadir otro al grupo saliente de la amina. Un movimiento de protones similar debe facilitarse en la desacilación. La identidad de los catalizadores ácidos y básicos generales involucrados en estas transferencias de protones aún no se ha dilucidado. ^{[ 7 ]} Sin embargo, se han propuesto la tríada catalítica tirosina, lisina y serina, así como serina, lisina y serina. ^{[ 7 ]}

Las transpeptidasas pertenecen a la superfamilia de la peniciloil-serina transferasa, que presenta un motivo conservado característico SxxK . ^{[ 8 ]} Donde "x" denota 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 posiciones equivalentes y están aproximadamente espaciados de manera uniforme a lo largo de la cadena polipeptídica. La proteína plegada acerca estos motivos entre sí en el centro catalítico, entre un dominio totalmente α y un dominio α/β . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Se ha estudiado la estructura de la DD -transpeptidasa de Streptomyces K15 , la cual consiste en 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 hebra β3 en el lado opuesto de la cavidad. El grupo NH del esqueleto del residuo esencial Ser35 y el de Ser216, aguas abajo del motivo Lys213-Thr214-Gly215, ocupan posiciones 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 donador de carbonilo se extiende entre dos átomos de carbono con la configuración D. ^{[ 6 ]}

Todas las bacterias poseen al menos una, y con mayor frecuencia varias, serina DD- peptidasas monofuncionales. ^{[ 2 ]}

Esta enzima es una excelente diana farmacológica porque es esencial, accesible desde el periplasma y no tiene equivalente en las células de mamíferos. La DD -transpeptidasa es la proteína diana de los antibióticos β-lactámicos (por ejemplo, la penicilina ). Esto se debe a que la estructura del β-lactámico se asemeja mucho al residuo D -ala- D -ala.

Los betalactámicos ejercen su efecto inactivando competitivamente el sitio catalítico de la serina DD -transpeptidasa. La penicilina es un análogo cíclico de los donantes carbonilo terminados en D -Ala- D -Ala; por lo tanto, en presencia de este antibiótico, la reacción se detiene a nivel de la enzima peniciloílo unida al éster de serina. ^{[ 11 ]} Así, los antibióticos betalactámicos obligan a estas enzimas a comportarse como proteínas de unión a la penicilina . ^{[ 12 ]}

Cinéticamente, la interacción entre la DD -peptidasa y los β-lactámicos es una reacción en tres etapas:

${\displaystyle E+I\rightleftharpoons E\cdot I\rightarrow EI*\rightarrow E+P}$^{[ 12 ]}

Los β-lactámicos pueden formar un aducto EI* de alta estabilidad con la DD -transpeptidasa . La vida media de este aducto es de aproximadamente 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 da como resultado la lisis y muerte celular debido a la activación del sistema autolítico en las bacterias. ^{[ 13 ]}

• La vancomicina , un antibiótico que se une a los residuos D -ala- D -ala, inhibiendo la elongación a través de la glicosiltransferasa.

• Base de datos en línea MEROPS para peptidasas y sus inhibidores: S11.001
• CE 3.4.16.4
• Carboxipeptidasa de tipo serina+D-Ala-D-Ala en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .