페니실린 결합 단백질

페니실린 결합 단백질(영어: penicillin binding protein, PBP)은 페니실린에 대한 친화력 및 결합력이 있는 단백질의 그룹입니다. 페니실린 결합 단백질은 많은 박테리아의 정상적인 구성 성분이다. 모든 베타-락탐계열 항생제(글루타민 합성 효소를 억제하는 타톡신-β-락탐 제외)는 박테리아 세포벽 합성에 필수적인 PBP에 결합한다. PBP는 트랜스펩티데이스(transpeptidases)라고하는 효소의 하위 그룹에 존재한다.

녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 페니실린 결합 단백질 3의 3차원 구조
페니실린 결합 단백질
식별자
상징?
PfamPF00905
InterProIPR001460
OPM superfamily195
OPM protein5hlb
일반적으로 페니실린 결합 단백은 세균의 세포벽의 가교를 촉매하지만, 페니실린 또는 기타 β-락탐 항생제에 의해 영구적으로 억제 될 수있다. (NAM = N- 아세틸 무라 민산; NAG = N- 아세틸 글루코사민)

다양성편집

일반적으로 각 유기체에 여러 개의 PBP가 있으며 막 결합 단백질과 세포질 단백질에서 발견된다. Spratt(1977)는 분자량이 40,000에서 91,000까지의 모든 대장균 균주에서 일반적인 6가지 PBP가 검출된다고 보고했으며,[1] 상이한 PBP는 세포 당 다양한 수로 발생하고 페니실린에 대해 다양한 친화도를 갖는다. 일반적으로 PBP는 고분자량(HMW) 및 저분자량(LMW) 범주로 크게 분류된다.[2] PBP로부터 진화 된 단백질은 많은 더 높은 유기체에서 발생하며 포유류에서는 LACTB 단백질을 포함한다.[3]

기능편집

PBP는 세균 세포벽의 주요 성분인 펩티도글리칸 합성의 최종 단계에 관여한다. 세균의 세포벽 합성은 세균의 성장, 세포 분열 번식, 세포 구조 유지에 필수적이다.

PBP는 지질 중간체로부터 가교된 펩티도글리칸을 합성하고 펩티도글리칸의 전구체로부터 D-알라닌의 제거를 매개하는 과정에 수반되는 많은 반응을 촉매하는 것으로 나타났다. 정제 된 효소D-알라닌 카르복시펩티데이스, 펩티도글리칸트랜스펩티데이스, 펩티도글리칸엔도펩티데이스와 같은 반응을 촉매하는 것으로 나타났다. 연구된 모든 세균에서 효소는 하나 이상의 상기 반응을 촉매하는 것으로 나타났다.[1] 효소는 페니실린 민감성 트랜스글리코실레이스 N 말단 도메인(선형 글리칸 가닥 형성에 관여) 및 페니실린 민감성 트랜스펩티데이스 C 말단 도메인(펩타이드 서브 유닛의 가교에 관여)을 가지며 활성 부위의 세린은 PBP군의 모든 구성원에게 보전된다.[2]

항생제편집

PBP는 화학적 구조상 펩티도글리칸을 형성하는 모듈형 조각과 유사하기 때문에 β-락탐계열 항생제에 결합한다.[4] 이들이 페니실린에 결합 할 때, β-락탐 아미드 결합은 파열되어 PBP 활성 부위에서 촉매 세린 잔기와 공유 결합을 형성한다. 이 반응은 돌이킬 수 없으며 효소를 비활성화시킨다.

항생제와 내성에서 PBP의 역할 때문에 많은 연구가 진행되었다. 세균 세포벽 합성 및 합성에서 PBP의 역할은 대사 경로 및 효소가 세균에 한정되어 있기 때문에 선택적 독성 약물에 대해 매우 좋은 표적이 된다.[5] 항생제에 대한 내성은 PBP의 과잉 생산과 페니실린에 대한 친화력이 낮은 PBP의 형성을 통해 생겨났다. 이 실험은 단백질에 다른 아미노산을 추가하여 PBP의 구조를 변경하여 약물이 단백질과 상호 작용하는 방식에 대한 새로운 발견을 허용다. PBP에 대한 연구는 새로운 반합성 β-락탐의 발견으로 이어졌는데, 여기서 원래 페니실린 분자의 곁사슬을 변경하면 페니실린에 대한 PBP의 친화력이 증가하여 내성이 발달하는 세균의 효과가 증가한다.

β-락탐 고리는 모든 β-락탐 항생제에 공통적인 구조이다.

각주편집

  1. Spratt BG (1977). “Properties of the penicillin-binding proteins of Escherichia coli K12,.”. 《Eur J Biochem》 72 (2): 341–52. doi:10.1111/j.1432-1033.1977.tb11258.x. PMID 319999. 
  2. “Purification and partial characterization of a penicillin-binding protein from Mycobacterium smegmatis.”. 《J Bacteriol》 174 (14): 4829–32. 1992. PMC 206282. PMID 1624470. 
  3. “Evolution of a family of metazoan active-site-serine enzymes from penicillin-binding proteins: a novel facet of the bacterial legacy”. 《BMC Evolutionary Biology》 8: 16. 2008. doi:10.1186/1471-2148-8-26. PMC 2266909. PMID 18226203. 
  4. “Isolation of the membrane-bound 26 000-Mr penicillin-binding protein of Streptomyces strain K15 in the form of a penicillin-sensitive D-alanyl-D-alanine-cleaving transpeptidase.”. 《Biochem J》 207 (1): 109–15. 1982. doi:10.1042/bj2070109. PMC 1153830. PMID 7181854. 
  5. Chambers HF (1999). “Penicillin-binding protein-mediated resistance in pneumococci and staphylococci.”. 《J Infect Dis》. 179 Suppl 2: S353-9. doi:10.1086/513854. PMID 10081507.