結構生物化學/非核糖體肽合成酶 (NRPSs)
-NRPSs 是組裝肽的大型、多模組催化劑。
-NRPSs 不是核糖體，但它們合成肽。
-NRPSs 製造的肽被稱為非核糖體肽 (NRPs)。
-NRPSs 催化的反應是立體特異性和區域特異性的。
-NRPs 具有許多臨床應用，包括抗生素、抗腫瘤藥和抗真菌藥。
-NRPs 是細菌和真菌產生的次級代謝產物。
-NRPSs 由模組組成。
-每個模組將一個單體整合到 NRP 產物中。
-每個模組可以細分為催化域。
-大多數 NRPSs 上發現的四個催化域是
- 腺苷酸化 (A) 域
- 硫酯化 (T) 或肽醯載體蛋白 (PCP) 域
- 縮合 (C) 域
- 硫酯酶 (TE) 域
- -每個域的功能和反應將在下面討論。
- -關於每個域的知識是透過核磁共振和 X 射線晶體結構研究獲得的。
- -短桿菌肽合成酶 (GrsA) 已被用於研究 A 和 T 域。
- A 域
- -啟用氨基酸。
- -大約 550 個氨基酸構成一個 A 域。
- -非常選擇性的“守門人”：只允許某些單體整合到 NRP 產物中。A 域的選擇性由 10 個氨基酸賦予，這些氨基酸負責 A 域活性位點的底物結合。每個整合到 NRP 產物中的氨基酸都有一個特定的 A 域。
- -A 域從開放構象開始，據推測能夠與氨基酸和 ATP 結合。當底物（氨基酸、Mg2+ 和 ATP）對接時，形成腺苷酸化中間體。當 ATP 的磷酸酯鍵同時被裂解並形成氨醯腺苷酸和焦磷酸鹽釋放時，會產生 A 域閉合構象。然後，活化的氨基酸轉移到 PCP 域，A 域恢復到其開放構象。
- -A 域可以獨立催化氨基酸活化，而無需與其他域連線。
- GrsA 研究
- -GrsA 的 A 域已在大腸桿菌中表達，其 3D 結構已解出，它被描述為由兩個摺疊的亞域組成。
- -GrsA 的 A 域在結構上類似於螢火蟲熒光素酶，儘管這些蛋白質只有 16% 的相同一級結構。
- T/PCP 域
- -傳播生長的肽鏈。
- -大約 100 個氨基酸構成一個 PCP 域。
- -PCP 域必須能夠到達參與肽延伸的 A 和 C 域。
- -PCP 域可以存在於三種不同的構象中：脫輔基 (A)、脫輔基/全輔基 (A/H) 或全輔基 (H)。PCP 域透過翻譯後用 4’-磷酸泛醯巰基乙胺 (ppant) 輔因子進行引物從脫輔基形式轉化為全輔基形式。. 這種修飾發生在 PCP 域上一個保守的絲氨酸殘基處，由 ppant 轉移酶（如枯草芽孢桿菌 ppant 轉移酶 Sfp）進行。
- C 域
- -透過縮合反應連線氨基酸。
- -大約 450 個氨基酸構成一個 C 域。
- -具有 V 形結構：兩個大小相等的亞域透過 V 底部的鉸鏈區域和 V 中間的環連線起來。催化活性氨基酸也位於 V 的中間。V 形允許夾在 C 域之間的 PCP 域定位縮合底物。
- -對 C 域的資料庫分析並未表明具有相似活性的同源酶。然而，在肽合成酶超家族中，C 域彼此同源。
- TE 域
- -透過水解或大環化釋放肽產物。
- -大約 250 個氨基酸構成一個 TE 域。
- -編碼細菌 TE 域的基因與編碼哺乳動物細胞脂肪酸生物合成 TE 域的基因同源。
- -在 TE 域中發現了一個保守的天冬氨酸殘基。
-由於結構域負責 NRP 產物形成中的離散功能，因此有可能將結構域混合和匹配在一起以生成一個模板，該模板可以製造新的 NRP 產物。對結構域的結構和生化功能的瞭解推動了構建這種模板的可能性。
-在修改現有 NRPS 系統方面取得了進展，但尚未實現完全工程化的模板。
-設計的模板必須包含正確順序和數量的啟用模組。
-修改現有 NRPS 系統的一種方法是透過改變氨基酸啟用模組來實現。改變模組的重組方法包括兩個步驟。對編碼啟用模組的基因進行靶向，並用一個雜合基因替換。雜合基因編碼一個識別不同底物的新的啟用模組。新的底物特異性導致 NRP 產物中被取代的不同氨基酸。這種方法成功地用於重新改造在枯草芽孢桿菌中發現的表面活性素合成酶。
- -兩步重組需要關於被靶向的 NRPS 系統的遺傳資訊。只有少數 NRPS 系統在遺傳水平上得到了充分的表徵。肽合成酶基因鑑定的進展得益於肽合成酶域中基序結構的保守性。
-由於 NRPS 產物的隨機改變不太可能增強其所需的特性，因此建模工具可能有助於指導 NRPS 工程工作。
-活化的氨基酸從 A 域轉移到 PCP 域的機制是什麼？
Matthias Strieker、Alan Tanovic 和 Mohamed A Marahiel。非核糖體肽合成酶：結構和動力學。結構生物學 2010, 20: 234-240。
Mohamed A. Marahiel、Torsten Stachelhaus 和 Henning D. Mootz。參與非核糖體肽合成的模組化肽合成酶。化學評論 1997, 97: 2651-2673。