結構生物化學/羊毛硫肽
羊毛硫肽以前被稱為羊毛硫抗生素，因為它們表現出抗菌特性，但隨著發現不具有抗菌作用的羊毛硫抗生素，該術語已更改為羊毛硫肽。隨著這一發現，它們所屬的家族擴充套件到 90 多種化合物。
羊毛硫肽是核糖體合成的肽，具有硫醚交聯，該交聯由絲氨酸/蘇氨酸殘基脫水以及隨後將半胱氨酸殘基新增到所得脫氫氨基酸內消旋羊毛硫氨酸 (Lan) 和 (2S,3S,6R)-3-甲基羊毛硫氨酸 (MeLan) 中形成。內消旋羊毛硫氨酸和 (2S,3S,6R)-3-甲基羊毛硫氨酸是來自前體肽翻譯後修飾的交聯。
羊毛硫肽以前被稱為羊毛硫抗生素，因為它們表現出抗菌特性，但隨著發現不具有抗菌作用的羊毛硫抗生素，該術語已更改為羊毛硫肽。隨著這一發現，它們所屬的家族擴充套件到 90 多種化合物。
羊毛硫抗生素歷史上一直用作抗菌劑。一種羊毛硫肽（乳鏈菌肽）在食品工業中被用作防腐劑已有 50 多年。羊毛硫抗生素這個名字最初被引入作為“含羊毛硫氨酸的肽類抗生素”一詞的縮寫[1]。Erhard Gross 和 John L. Morell 在 1960-70 年代進行的工作導致瞭如今的羊毛硫抗生素領域。
乳鏈菌肽是一種廣為人知且研究透徹的羊毛硫抗生素。乳鏈菌肽由 34 個氨基酸組成，在乳酪、肉類和其他日常用品等產品中被廣泛用作防止細菌腐敗或感染食物的抑制劑。
最近，對乳鏈菌肽進行的研究表明它可能有助於對抗癌症。在密歇根大學進行的一項研究中發現，乳鏈菌肽在癌細胞的細胞膜上形成孔隙。這些孔隙允許鈣流入癌細胞，最終導致其死亡。目前尚不清楚鈣流入具體如何導致死亡，但乳鏈菌肽啟用的一種名為 CHAC1 的蛋白質參與其中。還發現乳鏈菌肽可能會中斷癌細胞的細胞週期，同時不影響正常細胞[2]。
羊毛硫抗生素最明顯的特徵之一是它們對細菌的高活性。它們對革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌、鏈球菌屬、腸球菌屬和梭菌屬）和革蘭氏陰性菌（如奈瑟菌屬）有效。由於這些特性，它們已成為許多科學研究的主題，並在食品儲存等行業得到應用。已發現它們可治療各種感染，如艱難梭菌感染和其他感染[3]。羊毛硫肽在其他行業也可能得到應用，如農業、獸藥和分子影像。
羊毛硫肽獲得抗菌特性的機制通常是透過抑制細菌細胞壁合成。眾所周知，它們還會在膜上形成孔隙，這會嚴重破壞細胞的完整性。具體而言，羊毛硫肽已知的作用機制是透過抑制轉糖基化。它們透過與脂 II 結合來實現這一點，脂 II 是構建細胞膜的一個組成部分[3]。
乳鏈菌肽能夠很好地發揮抗菌作用的機制已得到充分的證明，這也是它今天得到廣泛應用的原因之一。它透過 A 環和 B 環與焦磷酸基團的接觸與脂 II 結合。然後，它透過自身插入形成孔隙，形成四分子脂 II 和八分子乳鏈菌肽的簇[4]。
羊毛硫肽可以分為四類不同的生物合成酶，這些酶可以識別 Lan 和 MeLan：脫水酶和環化酶（Ⅰ類）、雙功能羊毛硫氨酸合成酶（Ⅱ類）、三功能合成酶和碳環（Ⅲ類）、三功能羊毛硫氨酸合成酶（Ⅳ類）。
Ⅰ類羊毛硫肽被稱為專用脫水酶和環化酶，這是有充分理由的。有兩種不同的酶執行這些過程：脫水酶 LanB 和環化酶 LanC。LanB 基因提供約 1000 個殘基的蛋白質，這些蛋白質與任何已知的酶都不具有同源性。LanC 基因編碼約 400 個殘基的蛋白質，並表現出低序列同一性。在最近發現和分離的羊毛硫肽中，有一種來自珊瑚微球菌的放線菌的修飾肽，它對革蘭氏陽性菌具有高活性，還有一種來自放線菌單孢菌屬的平面孢菌素。這兩者的核磁共振結構顯示出構象上的相似性。[3]
Ⅱ類羊毛硫肽被稱為雙功能羊毛硫氨酸合成酶。已知它們執行脫水和環化反應。LanM 是執行這些過程的雙功能合成酶。它產生的蛋白質長度在 900-12000 個殘基之間，包含兩個結構域，一個是 N 端脫水酶結構域，它不包含與 LanB 同源的酶，另一個是 C 端環化酶結構域，它與 LanC 具有四分之一的序列同一性，包括對 NISC 催化必不可少的鋅結合殘基的保守性。最近，此類羊毛硫肽中增加了許多新成員。其中之一是滷代杜拉黴素，它來自耐鹽芽孢桿菌。這是第一個來自嗜鹼種類的羊毛硫肽，這意味著它可以生存於高 pH（或鹼性）環境中。[3]
Ⅲ類羊毛硫肽被稱為三功能合成酶和碳環。生物合成存在於來自灰色鏈黴菌的形態發生肽 SapB 中。Ⅱ類羊毛硫肽與Ⅲ類羊毛硫肽之間存在很大差異，這導致了單獨的分類。這種差異在於這種肽沒有表現出抗生素活性。相反，它促進與鏈黴菌孢子形成相關的營養菌絲的生長。基因簇中包含一個推定的修飾酶，稱為 RamC。這種酶類似於絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，並且以 C 端結構域構建，該結構域具有與 LanM 的環化酶結構域相似的同源特徵。但是，缺少鋅結合[3]。
2010 年，從放線菌奈米比亞放線菌中發現了迷宮肽。發現被稱為 LabKC 的三功能羊毛硫肽與以前已知的 RamC 具有同源性。迷宮肽是 LabKC 的一種修飾產物，發現它可以幫助對抗小鼠的神經性疼痛。這是以前未觀察到的羊毛硫肽的功能[3]。
類 IV 鑭肽生物合成涉及委內瑞拉鍊黴菌中的一個隱性基因簇。合成酶 VenL 由一個 N 末端的 OspF 樣裂解酶結構域組成，其中心為絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域。與 RamC 不同，VenL 的 C 末端環化酶結構域包含 LanC 和 LanM 中存在的鋅結合基序 [3]。
瞭解鑭肽有助於在有利且適應性強的策略中，以低遺傳成本產生大量的化學多樣性。透過發現新型的生物合成機制、新的翻譯後修飾以及更多編碼鑭肽的基因簇，鑭肽生物合成一直在發展。儘管一些催化機制仍不清楚，例如 LanB，但透過發現在大腸桿菌中生產方法，有助於對 LanB 的研究，並且透過終止密碼子抑制技術將非蛋白氨基酸引入鑭肽。
鑭肽工程的一種方法是在大腸桿菌中進行。這最早是在 2005 年進行的，當時生產了一種截短的核酸酶 ISK-1。這是透過在一個載體上共同表達 nukA 和 nukM 來實現的。在 2011 年，一種修飾的 LanAs 被生產出來。這是透過共同表達 lanA 和 lanM 來實現的。在一個載體上共同表達 nisA 和 nisB，另一個載體上表達 nisC，可以產生一種乳鏈菌肽前體肽。這是唯一一種在文獻中記錄的在大腸桿菌中生產的 I 類鑭肽 [3]。
體外工程方法伴隨著自身的一系列問題，主要是由於免疫或輸出問題。這種方法利用合成底物。這種合成方法的一個缺點是蛋白水解，這通常會導致低產量。為了改進這種體外方法，需要最佳化這一步驟 [3]。
- ↑ Heike Brotz 和 Hans-Georg Sahl "對鑭肽作用機制的新認識——透過結合相同的分子靶點產生不同的生物學效應.", [牛津期刊], 2012 年。2012 年 12 月 7 日檢索。
- ↑ "常見的食品防腐劑可以減緩甚至阻止腫瘤生長.", MedicalPress, 2012 年。2012 年 12 月 7 日檢索。
- ↑ a b c d e f g h i "鑭肽的發現、生物合成和工程". 2012.
{{cite web}}: 未知引數|retrieved=被忽略 (|access-date=建議) (幫助) - ↑ Shang-Te D Hsu 等人 "乳鏈菌肽-脂質 II 複合物揭示了一個焦磷酸鹽籠，為新型抗生素提供了藍圖.", [Nature.com], 2004 年。2012 年 12 月 7 日檢索。