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5.13E: Antibióticos policétidos - Biología

5.13E: Antibióticos policétidos - Biología



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Los policétidos son metabolitos secundarios producidos a partir de bacterias, hongos, plantas y animales.

Objetivos de aprendizaje

  • Describir las características asociadas con los policétidos, incluyendo: policétidos de tipo I, II y III.

Puntos clave

  • Los metabolitos secundarios son compuestos orgánicos que no están directamente involucrados en el crecimiento, desarrollo o reproducción normal de un organismo.
  • Los policétidos generalmente se biosintetizan mediante la condensación descarboxilativa de unidades de extensión derivadas de malonil-CoA en un proceso similar a la biosíntesis de ácidos grasos.
  • Los policétidos son estructuralmente una familia muy diversa de productos naturales con diversas actividades biológicas y propiedades farmacológicas.

Términos clave

  • Policétidos: Los policétidos son metabolitos secundarios de bacterias, hongos, plantas y animales. Los policétidos generalmente se biosintetizan a través de la condensación descarboxilativa de unidades de extensión derivadas de malonil-CoA en un proceso similar a la síntesis de ácidos grasos (una condensación de Claisen).
  • metabolitos: Los metabolitos son los productos intermedios y productos del metabolismo. El término metabolito generalmente se restringe a moléculas pequeñas. Los metabolitos tienen varias funciones, que incluyen combustible, estructura, señalización, efectos estimulantes e inhibidores sobre las enzimas, actividad catalítica propia (generalmente como cofactor de una enzima), defensa e interacciones con otros organismos (por ejemplo, pigmentos, odorantes y feromonas). .
  • biosintetizado: La biosíntesis (también llamada biogénesis o "anabolismo") es un proceso catalizado por enzimas en las células de los organismos vivos mediante el cual los sustratos se convierten en productos más complejos. El proceso de biosíntesis a menudo consta de varios pasos enzimáticos en los que el producto de un paso se utiliza como sustrato en el siguiente paso.

Los policétidos son metabolitos secundarios producidos a partir de bacterias, hongos, plantas y animales.

Los metabolitos secundarios son compuestos orgánicos que no están directamente involucrados en el crecimiento, desarrollo o reproducción normal de un organismo. A diferencia de los metabolitos primarios, la ausencia de metabolitos secundarios no da como resultado la muerte inmediata, sino más bien un deterioro a largo plazo de la capacidad de supervivencia, fecundidad o estética del organismo, o quizás ningún cambio significativo en absoluto. Los metabolitos secundarios a menudo se limitan a un conjunto reducido de especies dentro de un grupo filogenético. Los metabolitos secundarios a menudo juegan un papel importante en la defensa de las plantas contra la herbivoría y otras defensas entre especies. Los seres humanos utilizan metabolitos secundarios como medicinas, aromatizantes y drogas recreativas.

Los policétidos generalmente se biosintetizan a través de la condensación descarboxilativa de unidades de extensión derivadas de malonil-CoA en un proceso similar a la biosíntesis de ácidos grasos (una condensación de Claisen). Las cadenas de policétidos producidas por una policétido sintasa mínima a menudo se derivan y modifican en productos naturales bioactivos.

Los policétidos son estructuralmente una familia muy diversa de productos naturales con diversas actividades biológicas y propiedades farmacológicas. Se dividen ampliamente en tres clases: policétidos de tipo I (a menudo macrólidos producidos por megasintetasas multimodulares), policétidos de tipo II (a menudo moléculas aromáticas producidas por la acción iterativa de enzimas disociadas) y policétidos de tipo III (a menudo pequeñas moléculas aromáticas producidas por especies de hongos). ). Los antibióticos policétidos, antifúngicos, citostáticos, anticolestémicos, antiparasitarios, coccidiostáticos, promotores del crecimiento animal e insecticidas naturales se encuentran en uso comercial.

Los ejemplos de policétidos incluyen: macrólidos; Pikromicina, el primer macrólido aislado; los antibióticos eritromicina A; claritromicina y azitromicina; el inmunosupresor tacrolimus; Familia de Radicicol y Pochonin (inhibidor de HSP90); Antibióticos polienos; Anfotericina; Tetraciclinas y la familia de antibióticos de las tetraciclinas.

Los policétidos son sintetizados por una o más enzimas policétido sintasa (PKS) especializadas y altamente complejas.


Metabolismo secundario de hongos

Francesco Vinale,. Santiago Gutiérrez, en Módulo de Referencia en Ciencias de la Vida, 2021

Policétidos

Los policétidos son la clase más amplia de SM de hongos y son biosintetizados por policétido sintasas de tipo I (PKS). Los ácidos carboxílicos de cadena corta, típicamente acetil-coenzima A (acetil-CoA) y malonil-CoA, se condensan para formar cadenas de carbono de longitudes variables. La principal diferencia entre los policétidos y los ácidos grasos es la reducción completa del carbono β en los ácidos grasos, que es un evento opcional en la síntesis de policétidos. La variedad de estructuras químicas de policétidos fúngicos es consecuencia de muchas reacciones de iteración, el número de reacciones de reducción, qué unidad de extensión se utiliza y, en el caso de policétidos aromáticos, la ciclación de la cadena naciente de policétidos. Otras estructuras están relacionadas con la introducción de diversas etapas posteriores a la síntesis de policétidos.


Parte 2: Disección de líneas de montaje de policétidos

00: 00: 08.07 Saludos.
00: 00: 09.18 Mi nombre es Chaitan Khosla
00: 00: 11.09 y soy profesor en la Universidad de Stanford,
00: 00: 15.19 y esta es la segunda parte
00: 00: 18.01 de la trilogía de mis conferencias
00: 00: 19.28 en la línea de montaje de la biosíntesis de policétidos.
00: 00: 24.11 En la conferencia anterior
00: 00: 25.27 Te presenté a la biología evolutiva
00: 00: 30.15 de estas notables líneas de montaje,
00: 00: 33.00 la química que pasa
00: 00: 34.10 en estas líneas de montaje,
00: 00: 36.07 y te di una idea general
00: 00: 38.05 de cómo se ven estas líneas de montaje.
00: 00: 42.02 Entonces, miramos el
00: 00: 44.12 6-Deoxyerythronolide B,
00: 00: 47.03 o DEBS,
00: 00: 48.22 sintasa,
00: 00: 50.11 que es responsable de hacer
00: 00: 52.23 este precursor de la eritromicina.
00: 00: 57.21 Terminé la conferencia anterior
00: 01: 00.15 dándote una idea de lo que
00: 01: 02.18 creemos que esta línea de montaje se parece
00: 01: 04.22 y cómo se derivó esa información.
00: 01: 08.21 ¿Con qué voy a comenzar este módulo?
00: 01: 12.02 es una introducción a los tipos de herramientas
00: 01: 14.24 que usamos para interrogar
00: 01: 17.01 la bioquímica
00: 01: 19.06 de estas notables líneas de montaje.
00: 01: 22.12 Entonces,
00: 01: 25.13 estas líneas de montaje existen,
00: 01: 27.27 como discutimos en la primera conferencia,
00: 01: 30.22 en fuentes relativamente esotéricas.
00: 01: 33.17 Suelen provenir de bacterias
00: 01: 35.22 cuyos nombres a muchos de nosotros nos cuesta deletrear,
00: 01: 39.11 o incluso a veces gusanos,
00: 01: 41.25 o muchas veces solo secuencia de información
00: 01: 45.04 que se derivó del ADN
00: 01: 47.04 que fue recolectado de algún lugar.
00: 01: 50.16 Para estudiar estos sistemas,
00: 01: 53.07 uno de los primeros juegos de herramientas
00: 01: 55.14 que desarrollamos
00: 01: 57.24 era poder tomar estos
00: 01: 59.15 vías metabólicas muy complejas,
00: 02: 02.12 como la vía metabólica DEBS,
00: 02: 04.26 y ponerlos en
00: 02: 08.00 microorganismos favorables a la genética
00: 02: 10.17 huéspedes como E. coli.
00: 02: 13.21 Entonces, hoy puedes hacer
00: 02: 16.20 6-Deoxyerythronolide B
00: 02: 19.15 en E. coli
00: 02: 21.07 cultivándolo en presencia de
00: 02: 24.12 glucosa como fuente de energía
00: 02: 26.11 y ácido propiónico
00: 02: 28.00 como fuente de todo el carbono
00: 02: 30.05 que se usa para hacer el producto,
00: 02: 32.04 siempre que la E. coli recombinante
00: 02: 34.11 contiene ADN
00: 02: 36.26 que instruye para la biosíntesis
00: 02: 39.10 de esas tres proteínas muy grandes
00: 02: 42.09 que comprenden DEBS.
00: 02: 44.18 Esto es,
00: 02: 46.16 por razones obvias,
00: 02: 48.18 una herramienta muy poderosa
00: 02: 50.15 para interrogar a DEBS
00: 02: 52.06 porque, ahora, si tengo una bacteria
00: 02: 54.29 que hace mi producto para mí,
00: 02: 57.09 Puedo entrar ahí
00: 02: 59.15 por el precio de un kit de $ 200,
00: 03: 02.12 manipular el ADN
00: 03: 04.12 que codifica esta línea de montaje
00: 03: 06.19 y pregunte,
00: 03: 08.06 ¿Cuáles son las consecuencias de esta línea de montaje?
00: 03: 11.03 Y estas herramientas han sido
00: 03: 13.02 en nuestro arsenal
00: 03: 15.09 durante la mayor parte de las últimas dos décadas.
00: 03: 17.20 Mi generación anterior de conferencias
00: 03: 20.01 hablé bastante sobre estas herramientas,
00: 03: 22.11 para no perder mucho tiempo
00: 03: 24.01 haciéndolo de nuevo,
00: 03: 26.05 pero estas herramientas
00: 03: 28.12 han jugado un papel crítico
00: 03: 30.03 en nuestro entendimiento
00: 03: 31.21 de la bioquímica
00: 03: 33.01 de estas líneas de montaje.
00: 03: 34.17 Ahora, lo que es más desafiante,
00: 03: 37.12 pero quizás podría decirse que es más importante,
00: 03: 41.28 si desea estudiar esta notable línea de ensamblaje enzimático,
00: 03: 46.01 le gustaría poder despegar el envoltorio
00: 03: 49.28 que rodea estas notables proteínas.
00: 03: 53.08 Es más fácil decirlo que hacerlo,
00: 03: 55.20 pero hoy, podemos reconstituir
00: 03: 58.20 toda la 6-desoxyeritronolida B sintasa
00: 04: 02.15 a partir de proteínas purificadas.
00: 04: 05.06 Lo que les muestro en la esquina inferior izquierda
00: 04: 09.09 es un gel de proteína, una SDS-PAGE,
00: 04: 12.27 que muestra cinco proteínas.
00: 04: 17.20 Las dos proteínas del extremo derecho
00: 04: 21.01 son los segundos
00: 04: 23.23 y la tercera proteína
00: 04: 26.15 de la línea de montaje de eritromicina.
00: 04: 30.20 Y cada uno de ellos, como puede ver,
00: 04: 33.12 tiene una masa molecular monomérica
00: 04: 36.01 que supera los 300 kilodaltons.
00: 04: 40.01 La tercera proteína,
00: 04: 41.22 que es la primera de estas proteínas,
00: 04: 45.03 no se pudo expresar
00: 04: 46.23 por amor o dinero
00: 04: 48.14 en E. coli
00: 04: 50.13 en una forma que dio rendimientos adecuados
00: 04: 53.07 de proteína pura
00: 04: 54.28 para estudiar bioquímicamente,
00: 04: 56.28 y entonces tuvimos que romperlo
00: 04: 58.26 en tres partes,
00: 05: 01.04 que se muestran en el
00: 05: 02.24 los primeros tres [carriles] de este gel,
00: 05: 05.14 y purificar esas piezas de forma independiente.
00: 05: 10.08 Y ahora puedes poner esas tres piezas
00: 05: 13.14 junto con las otras dos proteínas
00: 05: 16.03 para hacer un cóctel de proteínas
00: 05: 19.25 que, en presencia de sustratos adecuados
00: 05: 23.06 - propionil coenzima A,
00: 05: 25.11 NADPH,
00: 05: 27.04 y no usamos metilmalonil coenzima A en sí,
00: 05: 31.01 en su lugar usamos un método de generación enzimática in situ
00: 05: 35.22 para metilmalonil coenzima A
00: 05: 38.00 donde usamos ácido metilmalónico libre,
00: 05: 41.01 coenzima A,
00: 05: 42.24 y una enzima llamada malonil-CoA sintetasa -
00: 05: 46.07 y cuando pones estas cinco proteínas,
00: 05: 49.14 que han sido purificados,
00: 05: 51.13 junto con todos estos precursores
00: 05: 53.26 en un tubo de ensayo,
00: 05: 55.21 ve 6-Deoxyerythronolide B.
00: 05: 58.24 Y lo que les muestro en la parte inferior derecha
00: 06: 01.07 es un espectro de masas del producto
00: 06: 04.00 que se ha sintetizado
00: 06: 05.29 en un equivalente bioquímico
00: 06: 08.02 de tipo tierra / aire / agua / fuego
00: 06: 10.19 de un experimento.
00: 06: 12.16 Lo que esto nos permite hacer ahora
00: 06: 14.24 es probar esta máquina
00: 06: 17.05 con todo el poder
00: 06: 19.19 que estás acostumbrado a usar
00: 06: 21.24 para estudiar tu enzima favorita
00: 06: 24.27 una vez que lo hayas purificado hasta homogeneidad.
00: 06: 28.06 Entonces, lo que les muestro en este
00: 06: 30.13 es un gráfico muy simple
00: 06: 33.05 eso te da un sentido
00: 06: 35.03 que podemos cambiar
00: 06: 36.26 toda esta línea de montaje
00: 06: 38.27 en un tubo de ensayo,
00: 06: 40.18 con una tasa constante
00: 06: 42.15 eso es aproximadamente 1 / min.
00: 06: 47.10 Entonces, aproximadamente una vez por minuto
00: 06: 49.17 esta línea de montaje está lanzando
00: 06: 51.21 6-Deoxyerythronolide B
00: 06: 53.22 en un tubo de ensayo que se presenta con los precursores adecuados,
00: 06: 57.27 y esa es aproximadamente la tasa
00: 06: 59.24 podríamos esperar esta línea de montaje
00: 07: 01.18 para trabajar en
00: 07: 03.14 dentro de una celda.
00: 07: 05.06 También quiero señalar,
00: 07: 06.24 como muestra el recuadro,
00: 07: 08.21 este ensayo es muy eficaz.
00: 07: 12.29 Cada equivalente de 6-Deoxyerythronolide B
00: 07: 16.28 tiene mapeo estequiométrico
00: 07: 19.17 a un equivalente
00: 07: 21.26 del cebador propionil-CoA
00: 07: 24.01 que se utiliza,
00: 07: 25.28 y utiliza seis equivalentes de NADPH,
00: 07: 29.08 cuyo consumo se está midiendo
00: 07: 31.05 en este sencillo ensayo espectrofotométrico.
00: 07: 35.07 Bueno, tenemos herramientas para poder estudiar
00: 07: 39.04 toda la línea de montaje
00: 07: 40.25 dentro de una célula recombinante similar a E. coli.
00: 07: 44.06 Tenemos la capacidad
00: 07: 46.00 para estudiar toda la línea de montaje
00: 07: 48.01 en forma purificada y reconstituida.
00: 07: 51.03 También tenemos la capacidad, hoy,
00: 07: 53.21 para estudiar los pasos individuales
00: 07: 56.12 en el ciclo catalítico de estos módulos
00: 08: 01.09 en aislamiento.
00: 08: 03.10 Entonces, recuerde en el módulo anterior,
00: 08: 05.29 Te presenté a algunos de los
00: 08: 08.12 reacciones centrales
00: 08: 10.18 que ocurren en cada módulo.
00: 08: 13.00 Hay una reacción
00: 08: 14.19 que llamamos translocación en cadena,
00: 08: 16.24 donde se mueve la cadena
00: 08: 18.08 de la proteína portadora de acilo
00: 08: 20.04 en el módulo ascendente
00: 08: 21.26 al módulo que recibe la cadena,
00: 08: 25.09 y si queremos interrogar
00: 08: 27.07 solo esa reacción
00: 08: 29.15 para un módulo,
00: 08: 31.09 lo que hacemos es sacar ese módulo
00: 08: 34.07 del resto de la línea de montaje,
00: 08: 36.17 purificar eso hasta homogeneidad,
00: 08: 39.23 presentarlo con
00: 08: 43.01 una proteína portadora de acilo derivada quimioenzimáticamente
00: 08: 47.00 que tiene el sustrato de cadena de policétidos en crecimiento
00: 08: 51.01 ligado a él,
00: 08: 53.03 y lo ponemos en un tubo de ensayo
00: 08: 55.19 para que el evento de translocación de cadena
00: 08: 58.13 - el movimiento de esa creciente cadena de policétidos
00: 09: 01.23 en el módulo -
00: 09: 03.26 es el paso cinético lento,
00: 09: 06.00 y todo después de eso
00: 09: 08.03 que conduce a la rotación de este módulo
00: 09: 10.21 es rápido.
00: 09: 12.08 Y entonces puedes usar
00: 09: 14.07 este tipo de ensayo
00: 09: 15.28 para interrogar,
00: 09: 18.01 utilizando paradigmas cinéticos establecidos,
00: 09: 20.23 ese paso de translocación en cadena
00: 09: 23.10 de tu módulo favorito
00: 09: 25.12 que le interesa.
00: 09: 27.22 También se puede utilizar el mismo enfoque
00: 09: 31.03 para aislar cinéticamente el evento de alargamiento de la cadena
00: 09: 34.11 que te presenté
00: 09: 36.03 en la conferencia anterior.
00: 09: 38.18 Entonces, cuando queremos estudiar el alargamiento de la cadena,
00: 09: 42.03 lo que hacemos es tomar el módulo
00: 09: 44.22 cuya bioquímica de alargamiento
00: 09: 46.19 queremos estudiar,
00: 09: 48.19 y preparamos solo la cetosintasa
00: 09: 51.03 junto con la aciltransferasa
00: 09: 54.08 de ese módulo
00: 09: 56.02 como una proteína.
00: 09: 57.21 Producimos su proteína transportadora,
00: 10: 00.04 su proteína transportadora de acilo,
00: 10: 01.29 como otra proteína.
00: 10: 03.27 Juntamos estas dos proteínas,
00: 10: 06.21 presentamos los dos sustratos
00: 10: 09.24 en este ensayo,
00: 10: 12.05 y buscamos alargamiento de cadena,
00: 10: 15.00 que da lugar al producto.
00: 10: 17.19 Y hacemos esto bajo condiciones
00: 10: 20.06 donde el paso que queremos sondear,
00: 10: 22.07 el paso de elongación,
00: 10: 23.27 es el paso lento, y todo lo demás es rápido.
00: 10: 27.20 Puedes hacer exactamente lo mismo
00: 10: 29.21 para probar la transferencia de acilo,
00: 10: 31.29 la selección de ese bloque de construcción
00: 10: 34.16 - Bloque de construcción derivado de la metilmalonil coenzima A
00: 10: 38.12 del metabolismo -
00: 10: 40.08 el mismo enfoque también puede funcionar allí.
00: 10: 42.20 Y todos estos ensayos están bien desarrollados,
00: 10: 44.29 están en la literatura,
00: 10: 46.19 y puedes usarlos para estudiar
00: 10: 48.08 su línea de montaje favorita.
00: 10: 51.07 Además de esas reacciones centrales
00: 10: 53.28 - translocación en cadena,
00: 10: 55.21 alargamiento de cadena,
00: 10: 57.08 y transferencia de acilo -
00: 10: 58.23 Mencioné que hay reacciones auxiliares,
00: 11: 01.13 que agrupé bajo la modificación de la cadena.
00: 11: 04.27 Esas reacciones incluyen
00: 11: 06.22 tipos de química de ketoreductasa.
00: 11: 10.11 En este ensayo en particular,
00: 11: 12.11 Estoy agregando la ketoreductasa,
00: 11: 15.03 o KR,
00: 11: 16.26 como proteína independiente,
00: 11: 18.16 al resto de mi sistema
00: 11: 21.04 para poder controlar la tasa
00: 11: 22.27 en el que se produce ese paso,
00: 11: 24.27 y puedo ver las consecuencias
00: 11: 27.13 de poner una cetoreductasa en mi ensayo
00: 11: 30.04 a diferencia de alguna otra cetoreductasa.
00: 11: 33.04 Y eso me permite interrogar
00: 11: 35.28 la reacción de la cetoreductasa.
00: 11: 38.00 Puedes hacer lo mismo
00: 11: 40.04 al nivel de la reacción de deshidratasa,
00: 11: 43.15 que sigue a la reacción de la cetoreductasa
00: 11: 47.29 en ciertas secuencias de modificación de cadena.
00: 11: 52.00 Entonces, todos estos ensayos también están configurados.
00: 11: 54.22 El punto que debes reconocer es que
00: 11: 57.13 puede sondear, de nuevo,
00: 11: 59.04 un enfoque de divide y vencerás,
00: 12: 01.00 la química que ocurre en cualquiera de estos pasos
00: 12: 05.05 en la línea de montaje general.
00: 12: 08.22 Usando esta combinación de herramientas in vivo e in vitro,
00: 12: 14.02 hay una serie de problemas importantes
00: 12: 16.15 puedes estudiar.
00: 12: 17.28 En el resto de esta conferencia del segundo módulo,
00: 12: 21.16 Te hablaré de algunos ejemplos
00: 12: 24.13 de preguntas, preguntas de larga data
00: 12: 26.26 en el campo,
00: 12: 28.04 que tiene que ver con la especificidad
00: 12: 29.28 de estas líneas de montaje.
00: 12: 31.20 Te daré dos ejemplos de esos problemas
00:12: 33.22 porque tienen implicaciones de ingeniería.
00: 12: 36.21 Y luego en la próxima conferencia hablaremos de
00: 12: 40.08 los mecanismos de la línea de montaje.
00: 12: 42.27 Entonces, estereoespecificidad
00: 12: 46.01 es probablemente una de las características más fascinantes
00: 12: 50.15 de estos antibióticos policétidos complejos
00: 12: 53.11 que hacen estas líneas de montaje.
00: 12: 55.24 Entonces, a la derecha,
00: 12: 57.14 estás viendo el producto 6-Deoxyerythronolide B
00: 13: 01.16 de DEBS,
00: 13: 03.07 y para aquellos de ustedes que están viendo eso ahora,
00: 13: 05.22 estás notando que tiene 10 estereocentros.
00: 13: 12.02 Eso es 2 ^ 10 posibles formas quirales
00: 13: 17.08 de la misma fórmula química,
00: 13: 20.01 o un poco más de 1000
00: 13: 22.12 de estas formas quirales.
00: 13: 24.20 Si vas a una planta de fermentación
00: 13: 27.10 que produce eritromicina,
00: 13: 30.08 la gran cubeta que produce eritromicina
00: 13: 33.23 tiene uno de esos 1000+
00: 13: 38.04 formas estereoquímicas en él
00:13: 40.17 el que te estoy mostrando.
00: 13: 43.00 Creo que la mayoría de ustedes reconocería
00: 13: 45.01 que es una hazaña realmente impresionante
00: 13: 48.04 por parte de la naturaleza.
00: 13: 49.27 cómo se puede programar esta línea de montaje
00: 13: 52.06 para dar uno, y solo uno
00:13: 54.13 resultado estereoquímico.
00: 13: 56.22 Eso es un problema
00: 13: 58.29 que conocemos bastante bien
00: 14: 02.16 cómo sucede eso hoy.
00: 14: 05.08 He citado algunas referencias en esta diapositiva,
00: 14: 09.04 y así resumiré para ti
00: 14: 11.07 lo que nos enseñan estas referencias
00: 14: 13.18 sobre cómo se controla la estereoquímica
00: 14: 17.07 por la línea de montaje DEBS.
00: 14: 20.00 Entonces, de esos 10 estereocentros,
00: 14: 25.00 uno de ellos,
00: 14: 27.12 que es este estereocentro,
00: 14: 31.06 es generado por
00: 14: 34.28 esta cetoreductasa
00: 14: 37.28 en el Módulo 3 de la línea de montaje,
00: 14: 40.19 que te presenté como esa epimerasa,
00: 14: 44.29 que parece una cetoreductasa
00: 14: 46.29 en mi conferencia anterior.
00: 14: 49.06 Esta es la enzima homóloga
00: 14: 52.02 de otras cetoreductasas,
00: 14: 53.18 pero no tiene química dependiente de NADPH.
00: 14: 57.27 En cambio, epimeriza el átomo de carbono C2
00: 15: 01.20 de la creciente cadena de policétidos
00: 15: 04.28 que se encuentra alojado en el Módulo 3
00: 15: 06.25 de la línea de montaje.
00: 15: 09.05 De los 9 estereocentros restantes,
00: 15: 12.07 8 de esos estereocentros
00: 15: 14.22 se muestran en rojo,
00: 15: 17.09 y están controlados
00: 15: 19.21 por las 3 cetoreductasas rojas
00: 15: 23.02 y 1 cetoreductasa azul
00: 15: 25.17 en los módulos 1, 2, 5 y 6, respectivamente.
00: 15: 32.23 Entonces, cada una de estas 4 cetoreductasias
00: 15: 37.25 controla 2 estereocentros cada uno.
00: 15: 42.20 Para los iniciados químicamente,
00: 15: 44.29 estas enzimas no son solo estereoselectivas,
00: 15: 48.22 también son diastereoselectivos
00: 15: 51.17 así que están configurando 2 estereocentros a la vez.
00: 15: 56.01 Y estas enzimas, las conocemos.
00: 15: 58.23 estas 4 enzimas que conocemos, hoy,
00: 16: 01.13 son necesarios y suficientes
00: 16: 04.10 para el etiquetado exclusivo.
00: 16: 08.05 para la identificación única
00: 16: 11.01 de esos estereocentros.
00: 16: 13.21 El último estereocentro,
00: 16: 16.01 que es este estereocentro,
00: 16: 19.13 está en la posición 6,
00: 16: 22.01 es una salida más compleja,
00: 16: 25.08 y es generado por 3 enzimas
00: 16: 27.28 en el Módulo 4 de DEBS.
00: 16: 30.28 Hay una cetoreductasa,
00: 16: 34.03 una deshidratasa,
00: 16: 36.04 y una enoilreductasa,
00: 16: 38.08 que todos colaboren entre sí
00: 16: 41.06 para configurar este estereocentro.
00: 16: 47.06 Además de la estereoquímica,
00: 16: 49.20 hay otro muy importante
00: 16: 53.15 especificidad que está codificada
00: 16: 56.11 en esta línea de montaje
00: 16: 58.22 en cada módulo,
00: 17: 00.24 y esa es la especificidad
00: 17: 05.17 que corresponde a la elección
00: 17: 08.19 de la unidad de extensión.
00: 17: 10.19 En mi introducción,
00: 17: 12.07 señalé que todos los módulos
00: 17: 14.26 de 6-desoxyeritronolida B sintasa
00: 17: 18.04 usa una coenzima A de metilmalonil
00: 17: 21.14 unidad de extensión.
00: 17: 23.22 En el caso de DEBS,
00: 17: 27.06 el grupo R que se muestra
00: 17: 29.25 en este esquema enzimático
00: 17: 32.07 sería un grupo metilo.
00: 17: 34.17 Otras policétido sintasas
00: 17: 37.06 puede usar tioésteres de coenzima A
00: 17: 39.29 que contienen otros grupos funcionales
00:17: 42.16 en lugar de un grupo metilo, por aquí.
00: 17: 46.11 Y todas estas opciones
00: 17: 48.18 son producidos por la aciltransferasa.
00: 17: 53.00 Estas aciltransferasas
00: 17: 55.10 son relativamente específicos.
00: 17: 58.01 No solo tienen una alta especificidad,
00: 18: 01.04 como se muestra en este gráfico
00: 18: 03.15 para el precursor de la coenzima A
00: 18: 05.28 están sacando de la sopa metabólica.
00: 18: 09.09 así que lo que ves en este gráfico de aquí
00: 18: 13.06 es la tasa.
00: 18: 15.24 la velocidad versus la concentración de sustrato
00: 18: 18.20 del sustrato preferido,
00: 18: 20.20 que es metilmalonil coenzima A,
00: 18: 23.22 y aquí abajo están las tarifas
00: 18: 25.25 si R es un metilo corto,
00: 18: 28.13, en otras palabras, es un hidrógeno en lugar de un metilo,
00: 18: 31.14 o un metilo más largo,
00: 18: 33.23 que es un grupo etilo.
00: 18: 35.29 Y como puede ver,
00: 18: 37.25 esta aciltransferasa
00: 18: 39.18 para los que le mostramos datos en esta diapositiva
00: 18: 42.08 es muy selectivo
00: 18: 44.24 para un grupo metilo
00: 18: 46.25 en lugar de uno más pequeño o uno más grande.
00: 18: 50.16 Ahora, además de ser específico
00: 18: 52.25 por su sustrato afín,
00: 18: 56.09 esta enzima también es específica
00: 18: 59.11 para su socio proteico,
00: 19: 01.09 que es la proteína portadora de acilo,
00: 19: 03.22 que se está utilizando.
00: 19: 05.25 Y aquí te presento
00: 19: 07.25 a un concepto que volverá
00: 19: 10.11 de una manera más significativa
00: 19: 12.13 en la última de mis tres conferencias,
00: 19: 14.16 cual es la importancia
00: 19: 16.10 de interacciones proteína-proteína
00: 19: 19.04 en la bioquímica de la línea de montaje
00: 19: 22.00 de estos sistemas.
00:19: 23.22 En este caso, lo que estás viendo es
00: 19: 27.03 que la proteína portadora de acilo
00: 19: 29.21 está siendo fuertemente reconocido
00: 19: 32.00 por la aciltransferasa,
00:19: 34.05 porque si le das esta misma aciltransferasa
00: 19: 37.18 otras proteínas portadoras de acilo
00: 19: 39.25 de otros módulos de DEBS
00: 19: 41.23 o en otro lugar,
00: 19: 43.19 trabajan mucho peor
00: 19: 46.09 que la proteína portadora de acilo natural.
00: 19: 49.19 Entonces, además de reconocer
00: 19: 51.15 el precursor de la coenzima A,
00: 19: 53.27 también tienes reconocimiento
00: 19: 56.00 de la proteína portadora de acilo.
00:19: 58.18 Ahora, para aquellos de ustedes que están familiarizados
00: 20: 00.16 con cinética de enzimas
00: 20: 02.16 saber que a partir de datos como este,
00: 20: 04.18 puedes derivar mecanismos
00: 20: 06.10 de cómo funcionan estas enzimas.
00: 20: 08.15 Entonces, en este caso,
00: 20: 10.19 esta aciltransferasa
00: 20: 13.02 tiene una mesa de ping-pong
00: 20: 15.03 bi-bi-tipo de mecanismo.
00: 20: 18.11 El precursor de la coenzima A entra primero,
00: 20: 21.21 está unido por la aciltransferasa,
00: 20: 25.05 la aciltransferasa elige la unidad de extensión de metilmalonilo,
00: 20: 29.02 hojas de coenzima A,
00: 20: 30.23 entra la proteína transportadora,
00: 20: 32.29 es reconocido por la aciltransferasa,
00: 20: 35.25 y quita el producto
00: 20: 38.06 - la unidad de extensión de metilmalonilo.
00: 20: 40.23 Para que el elemento ping-pong entre en
00:20: 43.12 este tipo de mecanismo.
00: 20: 45.12 Ahora, también puede preguntar,
00: 20: 46.29 además de estas aciltransferasas de guardián
00: 20: 50.25 que controlan la elección del bloque de construcción,
00: 20: 55.18 hay muchas otras enzimas
00: 20: 57.18 en esta línea de montaje
00: 20: 59.17 que se encuentran aguas abajo de cada elección
00: 21: 02.15 que un módulo hace
00: 21: 04.16 de su bloque de construcción.
00: 21: 06.09 ¿En qué medida influyen
00:21: 09.05 ¿la especificidad general del sustrato?
00: 21: 11.29 ¿Les importa lo que eligió el módulo upstream?
00: 21: 16.17 como su precursor para alargar
00:21: 20.01 ¿La creciente cadena de policétidos?
00: 21: 22.13 Podemos hacer preguntas como esa
00: 21: 24.16 usando los ensayos. ensayos bioquímicos
00:21: 27.11 Te mostré antes,
00:21: 29.16 y de esos experimentos aprendes algo
00:21: 31.22 bastante interesante.
00:21: 33.16 Entonces, aprende que los pasos posteriores,
00: 21: 36.14 más allá del paso de transferencia de acilo,
00: 21: 38.28 en muchos módulos
00: 21: 41.12 no son tan discriminatorios,
00: 21: 43.09 análogo a lo que Henry Ford
00:21: 45.11 había contemplado para su línea de montaje.
00: 21: 48.26 Los pasos aguas abajo
00: 21: 51.01 tienen una cantidad baja, pero no significativa,
00: 21: 54.16 de especificidad.
00: 21: 56.21 Entonces, si, por cualquier mecanismo,
00: 21: 59.14 puedes engañar a esta aciltransferasa
00: 22: 02.25 para poner un hidrógeno en lugar de un metilo
00: 22: 06.16 en esta posición de la proteína transportadora,
00: 22: 09.26 la enzima de elongación
00: 22: 12.06 que alarga la cadena
00:22: 14.10 y pone este grupo R en la cadena de policétidos en crecimiento,
00: 22: 19.14 principalmente pierde
00: 22: 22.12 aproximadamente de 2 a 4 veces la especificidad
00: 22: 25.10 como resultado de este error
00:22: 28.13 que hizo el paso aguas arriba.
00: 22: 31.00 Eso no es mucho en el gran esquema de las cosas,
00: 22: 33.25 pero lo que tienes que recordar es
00: 22: 37.02 estas líneas de montaje tienen
00:22: 39.18 muchos, muchos pasos aguas abajo.
00:22: 41.27 Entonces, una de estas líneas de montaje,
00: 22: 43.23 el primer módulo aquí, o el segundo módulo,
00: 22: 46.28 tiene cuatro o cinco módulos aguas abajo
00: 22: 50.17 que están mirando las consecuencias
00:22: 53.01 de lo que hizo ese módulo.
00: 22: 55.00 Y entonces estos pequeños efectos
00: 22: 57.09 a nivel de especificidad de sustrato
00:22: 59.23 tienen un impacto bastante significativo
00: 23: 02.21 sobre el producto final,
00: 23: 04.18 y puedes ver esto
00:23: 06.18 en el contexto de ensayos como este.
00: 23: 09.06 Así que aquí,
00: 23: 10.24 con el espíritu de la ingeniería,
00:23: 12.17 Lo que estamos haciendo es tomar eso de forma natural.
00: 23: 15.17 la línea de montaje natural que utiliza la naturaleza
00: 23: 18.04 para hacer 6-Deoxyerythronolide B,
00:23: 20.27 estamos tomando esa línea de montaje completa,
00: 23: 23.00 y en lugar de solo presentarlo
00: 23: 25.27 metilmalonil coenzima A,
00: 23: 28.14 ahora lo presentamos como una mezcla 1: 1
00: 23: 32.06 de metilmalonil coenzima A
00: 23: 34.11 y etilmalonil coenzima A,
00:23: 36.28 y preguntamos qué va a pasar.
00:23: 40.11 ¿Vas a recibir solo 6-Deoxyerythronolide B?
00:23: 44.19 ¿Vas a conseguir algo más?
00: 23: 47.10 ¿uno o dos productos más?
00:23: 49.06 ¿O vas a conseguir un zoológico de productos?
00:23: 51.26 Y la respuesta es,
00: 23: 53.28 obtienes algunos análogos
00: 23: 56.23 que se producen de forma competitiva
00: 23: 58.25 con el producto natural 6-DEB,
00: 24: 02.23 pero estos compuestos
00: 24: 05.24 no son inmediatamente obvios
00: 24: 08.00 por qué deberían formarse
00: 24: 10.02 y no deberían formarse otros.
00: 24: 11.29 Entonces, al menos uno de estos, por ejemplo,
00:24: 13.27 este pico que les muestro aquí,
00: 24: 16.04 cuyo espectro de masas se muestra aquí,
00: 24: 18.22 sabemos con razonable confianza,
00: 24: 21.06 tiene un grupo etilo
00: 24: 23.07 que se incorpora en la posición C8
00: 24: 26.12 en lugar de un grupo metilo.
00: 24: 28.06 Entonces, de alguna manera,
00: 24: 30.10 que el guardián transferasa
00: 24: 32.29 tiene suficiente tolerancia
00: 24: 35.04 para una unidad de extensión de etilmalonilo,
00: 24: 37.24 y todas las enzimas posteriores
00: 24: 40.13 en la línea de montaje
00: 24: 42.11 son suficientemente tolerantes
00:24: 44.13 que dejarán pasar ese error,
00: 24: 46.28 para que obtenga este producto deseado.
00: 24: 50.05 Y si pudiéramos predecir
00: 24: 52.10 lo que se va a hacer y lo que no se va a hacer
00: 24: 55.01 a través de un experimento como este,
00:24: 57.05 Por qué, entonces, tendríamos una manera de diseñar con precisión
00: 24: 59.21 un antibiótico como la eritromicina
00:25: 01.21 para hacer una molécula como esta.
00: 25: 03.27 Pero ahora mismo, estamos empezando a rascar
00: 25: 06.10 la punta del iceberg
00: 25: 07.22 en términos de lo que es posible,
00: 25: 09.13 y lo que no es,
00: 25: 11.04 en este tipo de sistemas,
00: 25: 12.21 y un experimento como este ilustra
00: 25: 14.22 lo que es posible.
00: 25: 16.28 Este tipo de información también se puede utilizar
00: 25: 19.12 para los experimentos de ingeniería más sofisticados,
00: 25: 22.07 análogo a los tipos de experimentos
00: 25: 24.17 con el que puede estar familiarizado
00: 25: 26.25 cuando piensas en incorporar aminoácidos no naturales
00: 25: 31.18 en proteínas que se derivan
00: 25: 33.24 por mecanismos ribosomales.
00:25: 36.04 Y así, en esto,
00: 25: 38.08 hay algunos ejemplos de aciltransferasas
00:25: 42.10 que son lo que llamamos aciltransferasas independientes.
00:25: 46.12 Operan fuera de la línea de montaje,
00: 25: 49.21 y porque funcionan
00: 25: 51.29 muy, muy rápido en comparación con las aciltransferasas de línea de montaje típicas
00: 25: 58.03 que existen en las líneas de montaje,
00: 26: 00.16 puedes hacer algunos experimentos interesantes.
00: 26: 02.25 Entonces, en este caso,
00: 26: 04.24 hemos eliminado
00: 26: 07.10 una aciltransferasa
00: 26: 09.17 de las seis aciltransferasas
00: 26: 12.09 sobre la 6-Deoxyerythronolide B sintasa
00:26: 16.23 - entonces esto es como un mutante dirigido al sitio
00: 26: 19.14 que ha desactivado esa aciltransferasa -
00: 26: 23.02 y lo complementamos,
00: 26: 25.15 en trans,
00: 26: 27.26 con esa aciltransferasa ultrarrápida
00: 26: 30.27 que obtenemos de una línea de montaje diferente
00: 26: 34.02 en la naturaleza.
00:26: 36.07 Y lo que pasa es,
00: 26: 38.00 porque esta aciltransferasa
00: 26: 40.09 seleccionará una unidad de malonilo en lugar de una unidad de metilmalonilo,
00: 26: 44.13 puede transferir esa unidad de malonyl
00: 26: 47.07 en este módulo,
00: 26: 49.02 porque este módulo simplemente está esperando
00: 26: 50.26 para que algo se le presente,
00:26: 52.29 y esta enzima puede hacerlo bastante rápido,
00:26: 56.18 y ahora ese intermedio resultante
00: 26: 58.27 se mueve hacia abajo en la línea de montaje
00: 27: 01.23 para darte un producto
00: 27: 04.09 que tiene un solo cambio
00: 27: 07.11 en todo el macrociclo
00: 27: 10.09 que se hace.
00:27: 12.08 Y lo que ves aquí es,
00: 27: 13.29 si tengo mi línea de montaje que está presente
00:27: 18.15 a, digamos, concentraciones micromolares en mi ensayo,
00: 27: 22.00 a concentraciones nanomolares
00:27: 24.26 Puedo conseguir una incorporación bastante respetable
00: 27: 29.22 de malonil coenzima A
00: 27: 31.18 en esa única posición,
00: 27: 33.16 para darme 12-desmetil-6-desoxyeritronolida B.
00:27: 39.25 Así que esta es una forma de engañar al sistema,
00:27: 43.26 mientras tengas
00:27: 46.19 una enzima robusta
00: 27: 49.00 que puede trans-complementar el módulo
00:27: 51.15 que quieres hacer trampa.
00:27: 53.22 Espero que eso te dé
00:27: 55.24 una muestra de los tipos de herramientas que tenemos
00:27: 58.28 y la forma en que usamos estas herramientas
00: 28: 01.01 para estudiar la especificidad.
00: 28: 03.12 Gracias.


Los genes de la policétido sintasa tcmKL de Streptomyces glaucescens y la policétido ciclasa tcmN gobiernan el tamaño y la forma de los policétidos aromáticos

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Tipos de antibióticos: los 7 tipos principales de antibióticos (con diagrama)

Este artículo arroja luz sobre los siete tipos principales de antibióticos. Los siete tipos de antibióticos son: (1) Penicilinas (2) Cefalosporinas y # 8217s (3) Aminoglucósidos (4) Tetraciclinas (5) Macrólidos (6) Antibióticos aromáticos y (7) Antibióticos nucleósidos.

Tipo # 1. Penicilinas:

Las penicilinas son un grupo de β-lactámicos que contienen antibióticos bactericidas. Siendo el primero de los antibióticos en ser descubierto, las penicilinas son históricamente importantes. Las estructuras de las penicilinas sintéticas y semisintéticas importantes se muestran en la figura 25.1. La estructura básica de todas las penicilinas consiste en un anillo de lactama y un anillo de tizolidina fusionados para formar ácido 6-aminopenicilánico.

Acción de las penicilinas:

Las penicilinas naturales (penicilinas V y G) son eficaces contra varias bacterias Cram positivas. Inhiben la síntesis de la pared celular bacteriana (es decir, peptoglicano) y provocan la muerte celular. Algunas personas (aproximadamente el 0,5-2% de la población) son alérgicas a la penicilina.

Las penicilinas naturales son ineficaces contra los microorganismos que producen β-lactamasa, ya que esta enzima puede hidrolizar las penicilinas, p. Ej. Staphylococcus aureus. Se han desarrollado y utilizado con éxito varias penicilinas semisintéticas resistentes a la β-lactamasa contra un gran número de bacterias gramnegativas.

La cloxacilina, ampicilina, floxacilina y azlocilina son algunos ejemplos de penicilinas semisintéticas. Estos son bastante comparables en acción a las cefalosporinas & # 8217. De las enormes cantidades de penicilinas producidas por fermentación, aproximadamente el 40% se utiliza para la salud humana, el 15% para la salud animal y el 45% para la preparación de penicilinas semisintéticas.

Organismos para la producción de penicilina:

En los primeros días, Penlcillium notatum se utilizó para la producción a gran escala de penicilinas. Actualmente, se prefieren Penicillium chrysogenum y sus cepas mutantes mejoradas. Anteriormente, la producción de penicilina solía ser inferior a 2 unidades / ml, y con las nuevas cepas, la producción llega a varios miles de unidades / ml. Varios fabricantes de penicilina prefieren una de las cepas de alto rendimiento, la Q176.

Ingeniería genética para mejorar la producción de penicilina:

Se han identificado algunos de los genes implicados en la biosíntesis de penicilina por P. chrysogenum. Se llevaron a cabo manipulaciones genéticas para incrementar sustancialmente la producción de penicilina. Por ejemplo, se han insertado genes adicionales que codifican las enzimas ciclasa y aciltransferasa en C. chrysogenum.

Biosíntesis de penicilina:

El ácido L-α-aminoadípico se combina con L-cisteína y luego con L-valina para formar un tripéptido llamado α-L-aminoadipilcisteinilvalina. Este compuesto se somete a ciclación para formar isopenicilina que reacciona con fenil acetil CoA (catalizada por la enzima aciltransferasa) para producir penicilina G (bencilpenicilina). En esta reacción, el ácido aminoadípico se intercambia con el ácido fenilacético (fig. 25.2).

Regulación de la biosíntesis:

Algunas de las reacciones bioquímicas para la síntesis de penicilina y lisina son comunes. Por tanto, el ácido L-α-aminoadípico es un intermedio común para la síntesis de penicilina y lisina. La disponibilidad de ácido aminoadípico juega un papel importante en la regulación de la síntesis de penicilina.

La glucosa inhibe la biosíntesis de penicilina a través de la represión de catabolitos. Por esta razón, la penicilina fue producida por un azúcar degradado lentamente como la lactosa. Las concentraciones de fosfato y amoniaco también influyen en la síntesis de penicilina.

Proceso de producción de penicilina:

En la figura 25.3 se muestra un esquema del diagrama de flujo para la producción industrial de penicilina. El cultivo liofilizado de esporas se cultiva para el desarrollo del inóculo que se transfiere al pre-fermentador y luego al fermentador.

La producción de penicilina es un proceso aeróbico y, por lo tanto, un suministro continuo de O2 para la cultura en crecimiento es muy esencial. La tasa de aireación requerida es 0.5-1.0 vvm. El pH se mantiene alrededor de 6.5 y la temperatura óptima está en el rango de 25-27 ° C. La producción de penicilina generalmente se lleva a cabo mediante procesos sumergidos. El medio utilizado para la fermentación consiste en licor de maceración de maíz (4-5% de peso seco) y fuente de carbono (generalmente lactosa). Se hace una adición de extracto de levadura, harina de soja o suero para un buen suministro de nitrógeno.

A veces, se agrega sulfato de amonio para el suministro de nitrógeno. Se alimenta continuamente ácido fenilacético (o ácido fenoxiacético) que sirve como precursor de la biosíntesis de penicilina. Además, la alimentación continua de azúcar es ventajosa para un buen rendimiento de penicilina. Los perfiles de producción de penicilina se muestran en las Figs. 25.4 y Fig. 25.5.

Se estima que aproximadamente el 10% del carbono metabolizado contribuye a la producción de penicilina, mientras que el 65% se utiliza para el suministro de energía y el 25% para el crecimiento de los organismos. La eficiencia de la producción de penicilina se puede optimizar mediante un suministro adecuado de fuente de carbono. Por tanto, añadiendo glucosa y ácido acético, el rendimiento se puede incrementar en aproximadamente un 25%.

Para una síntesis eficaz de penicilina, el crecimiento del organismo a partir de las esporas debe ser suelto y no como gránulos. La fase de crecimiento es de alrededor de 40 horas con un tiempo de duplicación de 6-8 horas. Una vez estabilizada la fase de crecimiento, la producción de penicilina aumenta exponencialmente con las condiciones de cultivo adecuadas. La fase de producción de penicilina se puede extender a 150-180 horas.

Recuperación de penicilina:

A medida que se completa la fermentación, el caldo que contiene aproximadamente un 1% de penicilina se procesa para su extracción. El micelio se elimina por filtración. La penicilina se recupera mediante extracción con disolvente (acetato de n-butilo o metilcetona) a baja temperatura (& lt10ºC) y pH ácido (& lt3.0). De esta manera, se pueden minimizar las degradaciones químicas y enzimáticas (penicilinasa bacteriana) de la penicilina.

El disolvente que contiene penicilina se trata con carbón activado para eliminar impurezas y pigmentos. La penicilina se puede recuperar agregando potasio o acetato de sodio. Las sales de potasio o sodio de la penicilina pueden procesarse adicionalmente (en disolventes secos como n-butanol o isopropanol) para eliminar las impurezas. El rendimiento de penicilina ronda el 90%.

Como el agua se elimina por completo, las sales de penicilina se pueden cristalizar y secar bajo la presión requerida. Esto se puede procesar luego para producir finalmente las formas de dosificación farmacéuticas. Las penicilinas G y H son los productos fermentados obtenidos del hongo Penicillium chrysogenum.

Producción de ácido 6-aminopenicilánico:

Las penicilinas G y H se utilizan principalmente como materiales de partida para la producción de varias penicilinas sintéticas que contienen el núcleo básico, a saber, ácido 6-aminopenicilánico (6-APA). Hace unos 10 años, solo se disponía de métodos químicos para la hidrólisis de penicilinas para producir 6-APA. Hoy en día, se prefieren los métodos enzimáticos.

Se han desarrollado enzimas penicilina amidasas inmovilizadas para la hidrólisis específica de penicilina G y penicilina V. La sal de penicilina de G o V se puede utilizar para la hidrólisis mediante un sistema enzimático inmovilizado. El pH durante la hidrólisis se mantiene alrededor de 7-8, y el producto 6-APA se puede recuperar bajando el pH a 4.

A pH 4, el ácido 6-aminopenicilánico se precipita casi por completo en presencia de un disolvente inmiscible en agua. En general, la hidrólisis enzimática es más eficaz para la penicilina V que para la penicilina G. Sin embargo, la penicilina G es un compuesto más versátil, ya que se requiere para las expansiones del anillo.

Tipo # 2. Cefalosporina y # 8217s:

Los usos farmacéuticos de las penicilinas están asociados con reacciones alérgicas en algunas personas. Para superar estos problemas alérgicos, se desarrollaron cefalosporinas & # 8217. Tienen estabilidad mejorada frente a β-lactamasas y son más activos frente a bacterias Gram negativas. Las cefalosporinas y los # 8217 son antibióticos de amplio espectro con baja toxicidad. Las estructuras de diferentes cefalosporinas & # 8217 se muestran en la figura 25.6. Básicamente, las cefalosporinas & # 8217 tienen un anillo β-lactámico fusionado con un anillo de dihidrotiazina.

Organismos para la producción de cefalosporinas:

La cefalosporina C se descubrió por primera vez en los cultivos del hongo Cephalosporium acremonium (más tarde rebautizado como Acremonium chreysogenum) y este organismo se sigue utilizando hasta hoy. Los otros organismos empleados para la producción de cefalosporinas son Emericeliopsis sp, Paecilomyces sp y Streptomyces sp.

Se han desarrollado varios mutantes de C. acremonium para mejorar la producción de cefalosporina. Los mutantes con metabolismo defectuoso del azufre o aquellos con resistencia a los análogos del azufre tienen una alta capacidad de rendimiento. Se han clonado ciertos genes reguladores de la biosíntesis de cefalosporinas (por ejemplo, isopenicilina N sintetasa) y se han llevado a cabo manipulaciones genéticas para aumentar la producción de cefalosporinas.

Biosíntesis de cefalosporina:

Las primeras etapas de la vía biosintética de las cefalosporinas son las mismas que las de la síntesis de penicilina (v. Fig. 25.2). A medida que se forma el tripéptido (aminoadipilcisteinilvalina), se cicla para producir isopenicilina N. Mediante la acción de la epimerasa, la penicilina N se forma a partir de la isopenicilina N. Luego, la penicilina N se convierte en cefalosporina C mediante una reacción de tres etapas catalizada por tres enzimas distintas. a saber, expandasa, hidroxilasa y acetil transferasa (fig. 25.7).

Regulación de la biosíntesis:

Una baja concentración de lisina promueve la síntesis de cefalosporinas. El efecto inhibidor de la lisina a una concentración más alta se puede superar añadiendo ácido L-aminoadípico. Las fuentes de carbono que se degradan rápidamente (por ejemplo, glucosa, glicerol) reducen la producción de cefalosporinas. La metionina promueve la síntesis de cefalosporinas en C. acremonium, pero no tiene influencia sobre Streptomyces & # 8217s.

Proceso de producción de cefalosporina:

El proceso de fermentación relacionado con la producción de cefalosporina es similar al de la penicilina. El medio de cultivo consta de licor de maceración de maíz y medio a base de harina de soja en un sistema de alimentación continua. Los otros ingredientes del medio incluyen sacarosa, glucosa y sales de amonio. Se agrega metionina como fuente de azufre.

La fermentación se realiza a una temperatura de 25-28 ° C y un pH de 6-7. El crecimiento de microorganismos tímidos aumenta sustancialmente con buena O2 suministro, aunque durante la fase de producción, O2 el consumo desciende. La cefalosporina C del caldo de cultivo se puede recuperar mediante resinas de intercambio iónico y mediante cromatografía en columna. La cefalosporina C puede precipitarse como sal de zinc, sodio o potasio y aislarse.

Síntesis química de cefalosporina.:

En los últimos años, mediante el uso de penicilina V como material de partida, se ha hecho posible la síntesis química de cefalosporina. Esto se está haciendo debido al bajo costo de producción de penicilina.

Producción de ácido 7-aminocefalosporánico:

El ácido 7-aminocefalosporónico (7-ACA) es la estructura del núcleo presente en todas las cefalosporinas & # 8217. La cefalosporina C, producida por fermentación, puede someterse a hidrólisis química para formar 7-ACA. Esto es tedioso y está asociado con varios inconvenientes.

Recientemente, se ha desarrollado la hidrólisis enzimática de cefalosporina C a 7-ACA. Esto se lleva a cabo principalmente por dos enzimas-D-aminoácido oxidasa (aislado de Trigonopsis variabilis) y glutaril amidasa (fuente-Pseudomonas sp). Los biotecnólogos han logrado inmovilizar estas dos enzimas para la fabricación eficiente y a gran escala de 7-ACA.

Nuevo β-Tecnología de lactama para la producción de 7-ACA:

Los científicos han logrado producir ácido 7-aminocefalosporánico mediante la fermentación de P. chrysogenum. Esto es posible mediante manipulaciones genéticas. Como ya se describió en la biosíntesis de cefalosporinas (fig. 25.7), la penicilina N es el sustrato de la enzima expandasa. El ácido adipil-6-aminopenicilánico (producido por P. chrysogenum al agregar ácido adípico), que tiene una estructura similar a la penicilina N, también puede servir como sustrato para la expandasa.

Al insertar el gen de la expandasa e hidroxilasa (cefEF) y el gen de la acetiltransferasa (cefG) de S. clavuligerus en P. chrysogenum, se ha hecho posible la producción de adipil-7-ACA (fig. 25.8). Además, los genes responsables de las enzimas D-aminoácido oxidasa (de Pseudomonas diminuta) también se han insertado en P. chrysogenum. Ambas enzimas actúan sobre el adipil-7-ACA para producir ácido 7-aminocefalosporánico.

Tipo # 3. Aminoglucósidos:

Los aminoglucósidos son antibióticos oligosacáridos (carbohidratos y hidratos de carbono). Contienen un resto de aminociclohexanol que está unido a otros aminoazúcares mediante enlaces glicosídicos. Se conocen más de 100 aminoglucósidos, p. estreptomicina, neomicina, kanamicina, gentamicina, higromicina, sisomicina.

Los aminoglucósidos son antibióticos muy potentes y actúan contra las bacterias Gram positivas y Gram negativas, además de las micobacterias. A nivel molecular, los aminoglucósidos se unen al ribosoma 30S y bloquean la biosíntesis de proteínas. El uso prolongado de aminoglucósidos causa daño a los riñones y deterioro de la audición.

Para el tratamiento de infecciones graves y crónicas, los aminoglucósidos son los antibióticos de elección. La estreptomicina fue el primer aminoglucósido que se utilizó con éxito para tratar la tuberculosis (es decir, contra Mycobacterium tuberculosis). Por lo general, los aminoglucósidos se consideran antibióticos de reserva, ya que la resistencia puede desarrollarse fácilmente.

Organismos para la producción de aminoglucósidos:

Los antibióticos aminoglucósidos son producidos por Actinomyces sp. En la tabla 25.2 se dan algunos ejemplos. Se han utilizado técnicas de ADN recombinante para producir aminoglucósidos híbridos y para aumentar el rendimiento de fermentación.

Biosíntesis de aminoglucósidos:

Todas las estructuras de anillo en las moléculas de aminoglucósidos se derivan en última instancia de la glucosa. Se han dilucidado la mayoría de las vías biosintéticas relacionadas con la formación de al menos algunos aminoglucósidos.

Biosíntesis de estreptomicina:

El esquema de la vía para la síntesis de estreptomicina se muestra en la figura 25.9. Se han identificado más de 30 pasos enzimáticos. La glucosa 6-fosfato obtenida de la glucosa toma tres rutas independientes para producir respectivamente estreptidina 6-fosfato, L-deshidroestreptosa y N-metil glucosamina.

Los dos primeros compuestos se condensan para formar un intermedio que luego se combina con metilglucosamina para producir di-hidro-estreptomicina-6-fosfato. Este compuesto, en el siguiente par de reacciones, se convierte en estreptomicina.

Regulación de la biosíntesis:

Se sabe muy poco sobre la regulación de la síntesis de estreptomicina. Se ha aislado un compuesto denominado factor A (químicamente isocapriloil-hidroximetil-γ-butirato) de cepas de S. griseus productoras de estreptomicina. El factor A promueve la producción de estreptomicina. De hecho, se han aislado mutantes del factor A que no pueden sintetizar estreptomicina. Pueden sintetizar estreptomicina añadiendo factor A. Las fuentes de nutrientes, carbohidratos (glucosa), amoníaco y fosfato, también regulan (mediante un mecanismo de retroalimentación) la producción de estreptomicina.

Proceso de producción de estreptomicina:

El medio utilizado para la estreptomicina generalmente consiste en harina de soja o harina de soja o jarabe de maíz que pueden suministrar glucosa a un ritmo lento (la actividad de la amilasa es pobre en Streptomyces sp). El suministro inicial de nitrógeno (NH3) y el fosfato también se obtiene de la harina de soja. Esto es necesario ya que la glucosa, el amoniaco y el fosfato en grandes cantidades inhiben la síntesis de estreptomicina.

Las condiciones de fermentación para la producción óptima de estreptomicina son: temperatura 27-30 ° C, pH 6,5-7,5, tasa de aireación 0,5-1,0 vvm. La duración del proceso de fermentación depende de la cepa utilizada y es de 6 a 8 días.

Recuperación de estreptomicina:

La estreptomicina u otros aminoglucósidos son de naturaleza básica. Pueden recuperarse mediante resinas de intercambio catiónico débiles en una columna de intercambio iónico. El tratamiento con carbón activado a menudo es necesario para eliminar las impurezas. La estreptomicina se puede precipitar en forma de sal sulfato.

Tipo # 4. Tetraciclinas:

Las tetraciclinas son antibióticos de amplio espectro con un uso médico generalizado. Son eficaces contra bacterias Gram positivas y Gram negativas, además de otros organismos (micoplasmas, clamidias rickettsias). Las tetraciclinas se utilizan para combatir las úlceras de estómago (contra Helicobacter pylori). Son los antibióticos más utilizados, junto a las cefalosporinas y las penicilinas. Las tetraciclinas inhiben la biosíntesis de proteínas al bloquear la unión del ARNt de aminoacilo a los ribosomas (sitio A).

La estructura básica de las tetraciclinas está compuesta por un anillo de naftaleno (una estructura de cuatro anillos). Los grupos sustituyentes de las tetraciclinas comunes se muestran en la figura 25.10. Entre estos, la clortetraciclina y la oxitetraciclina se utilizan con mayor frecuencia en el tratamiento de enfermedades humanas y veterinarias, además de en la conservación de pescado, carne y aves de corral (en algunos países).

Organismos para la producción de tetraciclina:

El primer antibiótico de tetraciclina que se aisló fue la clortetraciclina de los cultivos de Streptomyces aureofaciens (en 1945). Actualmente se han identificado al menos 20 estreptomicetos que generalmente producen una mezcla de tetraciclinas. En la figura 25.10 también se muestra una lista seleccionada de estos organismos para producir tetraciclinas.

Se han desarrollado cepas de alto rendimiento de S. aureofaciens y S. rimosus utilizando radiación ultravioleta y / u otros mutágenos (nitrosoguanidina). Estas cepas son muy eficaces para la producción de clortetraciclina. Además, se han desarrollado cepas de S. rimosus modificadas genéticamente para aumentar la síntesis de oxitetraciclina.

Biosíntesis de tetraciclinas:

La vía de la biosíntesis de tetraciclinas es muy compleja. En la figura 25.11 se muestra un esquema de la síntesis de clortetraciclina por S. aureofaciens. Hay al menos 72 intermedios formados durante el curso de la biosíntesis de clortetraciclina, algunos de ellos no se han caracterizado completamente.

Síntesis de antibióticos policétidos:

El término policétido se refiere a un grupo de antibióticos que se sintetizan por condensación sucesiva de pequeños ácidos carboxílicos como acetato, butirato, propionato y malonato. La síntesis de antibióticos policétidos es comparable a la de los ácidos grasos de cadena larga. Es decir, la cadena de carbono crece mediante un proceso de condensación cíclica. La síntesis de tetraciclinas es un buen ejemplo de síntesis de antibióticos policétidos.

A medida que la glucosa se oxida, forma acetil CoA y luego malonil CoA. Tras la transaminación, el último da malonomoil CoA. El complejo de la enzima antraceno sintasa se une al malonomoil CoA y provoca la condensación de 8 moléculas de malonil CoA para formar un policétido intermedio (cuatro estructuras de anillo). Estos intermedios experimentan una serie de reacciones para finalmente producir clortetraciclina.

Regulación de la biosíntesis:

El metabolismo de los carbohidratos (particularmente la glucólisis) controla la síntesis de clortetraciclina. Para una síntesis más eficaz del antibiótico, la glucólisis debe ser sustancialmente baja. La adición de fosfato reduce la producción de clortetraciclina.

Proceso de producción de clortetraciclina:

El medio de fermentación consiste en licor de maíz, harina de soja o harina de maní para el suministro de fuentes de nitrógeno y carbono.La alimentación continua de carbohidratos es deseable para un buen crecimiento del organismo y producción del antibiótico. Esto se puede hacer mediante la adición de fuentes de carbono en bruto o mediante el suministro de glucosa o almidón. Para una producción más eficiente de clortetraciclina, el suministro de amonio y fosfato debe mantenerse en una concentración baja.

En la figura 25.12 se muestra un esquema del proceso de producción de clortetraciclina. Las condiciones ideales de fermentación son: temperatura 27-30 ° C, pH-6.5-7.5 y aireación 0.8-1.0 vvm. La duración de la fermentación ronda los 4 días.

Recuperación de clortetraciclina:

Al final de la fermentación, el caldo de cultivo se filtra para eliminar el micelio. El filtrado se trata con n-butanol o metilisobutilcetona en condiciones ácidas o alcalinas para extraer el antibiótico. Luego se absorbe en carbón activado para eliminar otras impurezas. La clortetraciclina se eluye y cristaliza.

Producción de tetraciclina: diferentes procesos:

La producción de tetraciclina se puede lograr mediante una o más de las siguientes formas.

I. Por tratamiento químico de clortetraciclina.

ii. Realizando la fermentación en medio de cultivo libre de cloruros.

iii. Empleando mutantes en los que no se produce la reacción de cloración.

iv. Bloqueando la reacción de cloración mediante la adición de inhibidores, p. Ej. tiourea, 2-tiouracilo.

Tipo # 5. Macrólidos:

Los macrólidos son un grupo de antibióticos con grandes anillos de lactona (es decir, anillos de lactona macrocíclicos). Consisten en anillos de lactona de 12, 14 o 16 miembros con 1-3 azúcares unidos por enlaces glicosídicos. Los azúcares pueden ser 6-desoxihexosas o aminoazúcares. La eritromicina y la oleandomicina son macrólidos de 14 miembros (que contienen un anillo de lactona) mientras que la leucomicina y la tilosina son ejemplos de micrólidos de 16 miembros y timidez.

La eritromicina y su derivado, la claritromicina, son los micrólidos más comúnmente recetados. Son eficaces contra las bacterias Gram positivas y se utilizan con frecuencia para matar organismos resistentes a la penicilina. La claritromicina se usa actualmente para combatir las úlceras de estómago causadas por H. pylori. Los macrólidos inhiben la biosíntesis de proteínas al unirse al ribosoma 50S. Macrólidos de polieno es el término que se aplica a los macrólidos de anillos muy grandes que muchos contienen anillos de lactona en el rango de 26-28. p.ej. nistatina, anfotericina. Estos macrólidos poliénicos son antifúngicos.

Producción de macrólidos:

Los macrólidos son producidos por actinomicetos. Los principales antibióticos macrólidos y los organismos correspondientes que los sintetizan se dan en la Tabla 25.3.

Biosíntesis de eritromicina:

En la biosíntesis de la eritromicina, los anillos de lactona son aportados por acetato, propionato o butirato mientras que las unidades de azúcar se derivan de la glucosa. La biosíntesis de macrólidos es un proceso complejo y un buen ejemplo de síntesis de policétidos que es análoga a la biosíntesis de ácidos grasos. La enzima lactona sintasa es un complejo multienzimático que es comparable en su estructura y función al complejo de ácido graso sintasa. En la figura 25.13 se muestra un esquema de la biosíntesis de eritromicina.

Regulación de la biosíntesis:

La inhibición del producto final de la síntesis de eritromicina está bien documentada. La eritronolida B inhibe la enzima lactona sintasa. También se ha demostrado que el producto final eritromicina inhibe ciertas enzimas de la vía (por ejemplo, transmetilasa). La adición de propanol al medio de cultivo induce la síntesis de acetil CoA carboxilasa y casi duplica la producción de eritromicina.

Proceso de producción de eritromicina:

La producción industrial de eritromicina se realiza mediante fermentación aeróbica sumergida. El medio de cultivo consiste principalmente en harina de soja o licor de maíz, glucosa (o almidón), extracto de levadura y sulfato de amonio. La fermentación se lleva a cabo a 30-34 ° C durante aproximadamente 3-7 días. Se utilizan métodos convencionales para la recuperación y purificación de eritromicina.

Tipo # 6. Antibióticos aromáticos:

Los antibióticos con anillos aromáticos en su estructura se consideran antibióticos aromáticos. En rigor, todos los antibióticos que contienen núcleos aromáticos deben ser considerados en este grupo. Sin embargo, la mayoría de los autores prefieren tratar los tres antibióticos importantes, a saber, cloranfenicol, griseofulvina (fig. 25.14) y novobiocina en la categoría de antibióticos aromáticos, y lo mismo se hace también en este libro.

Cloranfenicol:

El cloranfenicol es un antibiótico de amplio espectro que puede actuar contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, además de rickettsia & # 8217s, actinomycetes y clamidia & # 8217s. Sin embargo, la administración de cloranfenicol se asocia con efectos secundarios, siendo el más significativo el daño a la médula ósea. Como tal, el cloranfenicol se trata como un antibiótico de reserva y se usa de forma selectiva. El cloranfenicol se une a la subunidad ribosómica 50S y bloquea (reacción de la peptidiltransferasa) la biosíntesis de proteínas.

Producción de cloranfenicol:

El cloranfenicol puede ser producido por Streptomyces venezuelae y S. omiyanesis. Sin embargo, la síntesis química se prefiere principalmente para la producción comercial de cloranfenicol.

Griseofulvina:

La griseofulvina es un antibiótico que actúa específicamente sobre hongos con paredes de células quitinosas. Se utiliza en el tratamiento de diversas infecciones cutáneas por hongos. Además, la griseofulvina también se emplea en el tratamiento de enfermedades de las plantas causadas por Biotrytis y Alternaria solani. Aunque se desconoce el mecanismo de acción exacto de la griseofulvina, se cree que la biosíntesis de quitina se ve afectada negativamente.

Producción de griseofulvina:

La producción comercial de griseofulvina se lleva a cabo empleando Penicillium patulum. La síntesis química se utiliza con menos frecuencia debido a su elevado coste. La fermentación se realiza mediante un proceso aeróbico sumergido con un medio rico en glucosa. El nitrógeno es suministrado por nitrato de sodio. Las condiciones óptimas para la fermentación son: temperatura 23-26 ° C, pH 6,8-7,3, aireación 0,8-1 vvm, y el período es de 7 a 10 días.

Tipo # 7. Antibióticos nucleósidos:

Hay varios antibióticos (más de 200 aproximadamente) que tienen estructuras similares a nucleósidos, p. Ej. puromicina. blasticidina S. Los antibióticos nucleósidos tienen diversas estructuras y actividades biológicas. La puromicina se usa para comprender la función ribosómica en la biosíntesis de proteínas. La neplanosina posee actividad antiviral. Blasticidin S es un antibiótico fungicida utilizado en fitopatología.

Producción de antibióticos nucleósidos.:

A continuación se dan ejemplos seleccionados de antibióticos nucleósidos y los organismos respectivos a partir de los cuales se producen.

Puromicina - Streptomyces alboniger

Neplamosina A - Ampullariella regularis

Blasticidina S - S. griseochromogenes

Manipulaciones genéticas de Steptomyces:

La gran mayoría de los antibióticos son producidos por Streptomyces sp, una bacteria Gram-positiva. Por supuesto, hay algunas otras bacterias (tanto Gram positivas como Gram negativas) y hongos que también pueden producir antibióticos. Las manipulaciones genéticas en Streptomyces se han llevado a cabo ampliamente para mejorar el rendimiento de los antibióticos y reducir el costo de producción, además de desarrollar antibióticos más nuevos y efectivos.

Transformación de Streptomyces:

Las cepas de Streptomyces existen como agregados de filamentos miceliales y no como células individuales. Esto contrasta con E. coli. Por tanto, es fundamental que se rompan las paredes celulares de Streptomyces para liberar protoplastos para su transformación (fig. 25.15). Añadiendo el ADN deseado (en plásmidos) y polietilenglicol, las células pueden transformarse. Estos protoplastos se cultivan en un medio sólido para regenerar las paredes celulares. Las células transformadas con las propiedades deseadas se pueden aislar para su uso posterior.

Clonación de genes de biosíntesis de antibióticos:

En general, la biosíntesis de antibióticos implica varias reacciones y la participación de una gran cantidad de enzimas (y por supuesto, varios genes). Es bastante difícil clonar tantos genes. Las cepas mutantes de Streptomyces que carecen totalmente de la maquinaria de síntesis de un antibiótico en particular son muy útiles. Los genes de un banco de clones pueden incorporarse a dichos mutantes y seleccionarse para obtener las propiedades deseadas. Este es un procedimiento largo y tedioso, pero se ha utilizado con éxito para mejorar la producción de ciertos antibióticos, p. Ej. undeilprodigiosina.

Estrategias directas de clonación de genes:

A menudo es posible identificar una o algunas enzimas importantes en la síntesis de antibióticos. A partir de la secuencia de aminoácidos de la enzima, se puede construir y clonar un gen. Por ejemplo, el gen de la isopenicilina N sintasa de P. chrysogenum se ha construido con éxito de esta manera y se ha utilizado para aumentar la producción de penicilinas y cefalosporinas.

Ingeniería genética para la producción de nuevos antibióticos:

Se pueden realizar manipulaciones genéticas en los organismos sintetizadores de antibióticos para, en última instancia, producir antibióticos totalmente nuevos y novedosos. Los genes de Streptomyces coelicolor de tipo salvaje codifican las enzimas para producir el antibiótico actinorrodina. S. violaceoruber produce un antibiótico relacionado llamado granaticina. Se pueden realizar manipulaciones genéticas entre estos organismos para producir nuevos antibióticos híbridos como medarrodina A y dihidrogranatirodina.

Los antibióticos recién sintetizados son de hecho variantes estructurales de los antibióticos existentes. A medida que se comprenden mejor las vías biosintéticas para la producción de antibióticos y sus genes correspondientes, es posible diseñar antibióticos más nuevos con una acción más eficaz.

Ingeniería genética para mejorar la producción de antibióticos:

Para los microorganismos aeróbicos (por ejemplo, Streptomyces sp), a menudo existe una limitación del suministro de oxígeno que dificulta la producción de antibióticos. Algunos trabajadores han aislado una proteína similar a la hemoglobina producida por la bacteria Vitreoscilla sp. El gen que sintetiza esta proteína se aisló y clonó en un vector plasmídico.

El gen de la hemoglobina de Vitroscilla sp finalmente se incorporó a Streptomyces. Estas cepas recién transformadas tienen mejor capacidad para tomar O2 del medio incluso a baja concentración. Se descubrió que la nueva cepa de S. coelicolor (con el gen de la hemoglobina) produce 10 veces más antibiótico actinorrodina que la cepa salvaje, incluso con una baja concentración de oxígeno.

Buenas prácticas de fabricación de antibióticos:

La fabricación de antibióticos está muy comercializada debido a la gran demanda en todo el mundo. Es obligatorio que se lleven a cabo ensayos clínicos detallados antes de considerar la fabricación de cualquier antibiótico. Más de la mitad de los antibióticos producidos son para uso humano. Por lo tanto, es absolutamente esencial que cada antibiótico producido sea seguro, consistente y no presente complicaciones para la salud.

Las autoridades gubernamentales juegan un papel predominante en la regulación de la producción de antibióticos. Estas pautas garantizan que se sigan los procedimientos correctos en cada etapa de la fabricación de los antibióticos. El producto elaborado debe ser de alta calidad constante. La calidad de los productos debe comprobarse en diferentes etapas de fabricación.

Se espera que el antibiótico fabricado esté en la forma más pura, aunque no es factible una pureza del 100%. Es obligatorio que se den a conocer las impurezas (si las hay), sus cantidades y sus efectos nocivos.


Los PKS se pueden clasificar en tres grupos con las siguientes subdivisiones:

  • Las policétido sintasas de tipo I son proteínas grandes y muy modulares.
    • Los PKS de tipo I iterativos reutilizan dominios de forma cíclica.
      • NR-PKS: PKS no reductores, cuyos productos son verdaderos policétidos.
      • PR-PKS: reducción parcial de PKS
      • FR-PKS: PKS totalmente reductores, cuyos productos son derivados de ácidos grasos.

      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 N-terminal al C-terminal):

      • A partir de o cargando módulo: AT-ACP-
      • Alargamiento o extensión módulos: -KS-AT- [DH-ER-KR] -ACP-
      • Terminación o soltando dominio: -TE
      • AT: aciltransferasa
      • ACP: proteína transportadora de acilo con un grupo SH en el cofactor, una 4'-fosfopanteteína unida a serina
      • KS: ceto-sintasa con un grupo SH en una cadena lateral de cisteína
      • KR: ketoreductasa
      • DH: deshidratasa
      • ER: enoilreductasa
      • MT: Metiltransferasa O- o C- (α o β)
      • SH: cisteína liasa dependiente de PLP
      • TE: tioesterasa

      La cadena de policétidos y los grupos iniciadores están unidos con su grupo funcional carboxi a los grupos SH del dominio ACP y KS a través de un enlace tioéster: RC (= O) OH + HS-proteína & lt = & gt RC (= O) S- proteína + H2O.

      Los dominios portadores de ACP son similares a los dominios portadores de PCP de las péptido sintetasas no ribosómicas, y algunas proteínas combinan ambos tipos de módulos.

      La cadena en crecimiento pasa de un grupo tiol al siguiente mediante trans-acilaciones y se libera al final por hidrólisis o por ciclación (alcoholisis o aminólisis).

      • El grupo de inicio, generalmente acetil-CoA o sus análogos, se carga en el dominio ACP del módulo de inicio catalizado por el dominio AT del módulo de inicio.
      • La cadena de policétidos se transfiere del 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 policétidos unida a KS bajo CO2 evolución, dejando un dominio KS libre y una cadena de policétidos alargada unida a ACP. La reacción tiene lugar en el KS.norte- extremo unido de la cadena, de modo que la cadena se mueva una posición y el grupo de alargamiento se convierta en el nuevo grupo unido.
      • Opcionalmente, el fragmento de la cadena de policétidos 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) se separa de H2O, lo que da como resultado el alqueno α-β-insaturado y el dominio ER (enoil-reductasa) reduce el doble enlace α-β a un enlace sencillo. Es importante tener en cuenta 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 para el dominio ACP del módulo que contiene el dominio de modificación.
      • Este ciclo se repite para cada módulo de alargamiento.

      Las policétido sintasas son una fuente importante de pequeñas moléculas naturales que se utilizan para la quimioterapia. [3] Por ejemplo, muchos de los antibióticos de uso común, 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). [4]

      Solo 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 son, al menos en parte, derivados de una fuente natural. [5] Este sesgo se explica comúnmente con el argumento de que los productos naturales han evolucionado conjuntamente 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 de depredadores; sin embargo, muchas de las rutas de policétido sintasa que las bacterias, hongos y plantas usan comúnmente aún no han sido caracterizadas. [6] [7] Por tanto, se han desarrollado métodos para la detección de nuevas rutas de policétido sintasa en el medio ambiente. La evidencia molecular apoya la idea de que quedan muchos policétidos nuevos por descubrir a partir de fuentes bacterianas. [8] [9]


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      5.13E: Antibióticos policétidos - Biología

      a School of Chemistry, University of Bristol, Cantock & # 39s Close, Bristol, Reino Unido
      Correo electrónico: [email protected], [email protected]

      b Escuela de Bioquímica, Universidad de Bristol, University Walk, Bristol, Reino Unido

      c Escuela de Medicina Celular y Molecular, Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido

      Abstracto

      Con una comprensión cada vez mayor de las vías subyacentes de la biosíntesis de policétidos, junto con la expansión continua del conjunto de herramientas de biología sintética, es posible diseñar racionalmente y afinar la maquinaria biosintética de policétidos para la producción de nuevos compuestos con propiedades mejoradas como estabilidad y / o bioactividad. Sin embargo, la ingeniería de la vía hacia los antibióticos tiomarinol ha resultado ser un desafío. Aquí informamos que los genes de un marino Pseudoalternomonas sp. la producción de tiomarinol puede expresarse en forma funcional en la biosíntesis del antibiótico clínicamente importante mupirocina de la bacteria del suelo Pseudomonas fluorescens. Se revela que ambas vías emplean el mismo mecanismo inusual de formación de anillos de tetrahidropirano (THP) y las enzimas son compatibles entre sí. Además, la eficiencia del procesamiento posterior de 10,11-epoxi versus Los metabolitos 10,11-alquenicos son comparables. La optimización de las condiciones de fermentación en una cepa de ingeniería en la que la producción de ácido pseudomónico A (con el 10,11-epóxido) se reemplaza por títulos sustanciales del ácido pseudomónico C más estable (con un 10,11-alqueno) allanan el camino para su desarrollo como un antibiótico más estable con aplicaciones más amplias que la mupirocina.


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      Estos autores contribuyeron igualmente: Bo Pang, Rijing Liao, Zhijun Tang.

      Afiliaciones

      Laboratorio Estatal Clave de Química de Productos Bioorgánicos y Naturales, Centro de Excelencia en Síntesis Molecular, Instituto de Química Orgánica de Shanghai, Academia de Ciencias de la Universidad de China, Shanghai, China

      Bo Pang, Zhijun Tang, Shengjie Guo, Zhuhua Wu y Wen Liu

      Instituto de Medicina de Precisión de Shanghai, Noveno Hospital del Pueblo, Facultad de Medicina de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, Shanghai, China