结构生物化学/羊毛硫肽
羊毛硫肽以前被称为羊毛硫抗生素，因为它们表现出抗菌特性，但随着发现不具有抗菌作用的羊毛硫抗生素，该术语已更改为羊毛硫肽。随着这一发现，它们所属的家族扩展到 90 多种化合物。
羊毛硫肽是核糖体合成的肽，具有硫醚交联，该交联由丝氨酸/苏氨酸残基脱水以及随后将半胱氨酸残基添加到所得脱氢氨基酸内消旋羊毛硫氨酸 (Lan) 和 (2S,3S,6R)-3-甲基羊毛硫氨酸 (MeLan) 中形成。内消旋羊毛硫氨酸和 (2S,3S,6R)-3-甲基羊毛硫氨酸是来自前体肽翻译后修饰的交联。
羊毛硫肽以前被称为羊毛硫抗生素，因为它们表现出抗菌特性，但随着发现不具有抗菌作用的羊毛硫抗生素，该术语已更改为羊毛硫肽。随着这一发现，它们所属的家族扩展到 90 多种化合物。
羊毛硫抗生素历史上一直用作抗菌剂。一种羊毛硫肽（乳链菌肽）在食品工业中被用作防腐剂已有 50 多年。羊毛硫抗生素这个名字最初被引入作为“含羊毛硫氨酸的肽类抗生素”一词的缩写[1]。Erhard Gross 和 John L. Morell 在 1960-70 年代进行的工作导致了如今的羊毛硫抗生素领域。
乳链菌肽是一种广为人知且研究透彻的羊毛硫抗生素。乳链菌肽由 34 个氨基酸组成，在奶酪、肉类和其他日常用品等产品中被广泛用作防止细菌腐败或感染食物的抑制剂。
最近，对乳链菌肽进行的研究表明它可能有助于对抗癌症。在密歇根大学进行的一项研究中发现，乳链菌肽在癌细胞的细胞膜上形成孔隙。这些孔隙允许钙流入癌细胞，最终导致其死亡。目前尚不清楚钙流入具体如何导致死亡，但乳链菌肽激活的一种名为 CHAC1 的蛋白质参与其中。还发现乳链菌肽可能会中断癌细胞的细胞周期，同时不影响正常细胞[2]。
羊毛硫抗生素最明显的特征之一是它们对细菌的高活性。它们对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、链球菌属、肠球菌属和梭菌属）和革兰氏阴性菌（如奈瑟菌属）有效。由于这些特性，它们已成为许多科学研究的主题，并在食品保存等行业得到应用。已发现它们可治疗各种感染，如艰难梭菌感染和其他感染[3]。羊毛硫肽在其他行业也可能得到应用，如农业、兽药和分子影像。
羊毛硫肽获得抗菌特性的机制通常是通过抑制细菌细胞壁合成。众所周知，它们还会在膜上形成孔隙，这会严重破坏细胞的完整性。具体而言，羊毛硫肽已知的作用机制是通过抑制转糖基化。它们通过与脂 II 结合来实现这一点，脂 II 是构建细胞膜的一个组成部分[3]。
乳链菌肽能够很好地发挥抗菌作用的机制已得到充分的证明，这也是它今天得到广泛应用的原因之一。它通过 A 环和 B 环与焦磷酸基团的接触与脂 II 结合。然后，它通过自身插入形成孔隙，形成四分子脂 II 和八分子乳链菌肽的簇[4]。
羊毛硫肽可以分为四类不同的生物合成酶，这些酶可以识别 Lan 和 MeLan：脱水酶和环化酶（Ⅰ类）、双功能羊毛硫氨酸合成酶（Ⅱ类）、三功能合成酶和碳环（Ⅲ类）、三功能羊毛硫氨酸合成酶（Ⅳ类）。
Ⅰ类羊毛硫肽被称为专用脱水酶和环化酶，这是有充分理由的。有两种不同的酶执行这些过程：脱水酶 LanB 和环化酶 LanC。LanB 基因提供约 1000 个残基的蛋白质，这些蛋白质与任何已知的酶都不具有同源性。LanC 基因编码约 400 个残基的蛋白质，并表现出低序列同一性。在最近发现和分离的羊毛硫肽中，有一种来自珊瑚微球菌的放线菌的修饰肽，它对革兰氏阳性菌具有高活性，还有一种来自放线菌单孢菌属的平面孢菌素。这两者的核磁共振结构显示出构象上的相似性。[3]
Ⅱ类羊毛硫肽被称为双功能羊毛硫氨酸合成酶。已知它们执行脱水和环化反应。LanM 是执行这些过程的双功能合成酶。它产生的蛋白质长度在 900-12000 个残基之间，包含两个结构域，一个是 N 端脱水酶结构域，它不包含与 LanB 同源的酶，另一个是 C 端环化酶结构域，它与 LanC 具有四分之一的序列同一性，包括对 NISC 催化必不可少的锌结合残基的保守性。最近，此类羊毛硫肽中增加了许多新成员。其中之一是卤代杜拉霉素，它来自耐盐芽孢杆菌。这是第一个来自嗜碱种类的羊毛硫肽，这意味着它可以生存于高 pH（或碱性）环境中。[3]
Ⅲ类羊毛硫肽被称为三功能合成酶和碳环。生物合成存在于来自灰色链霉菌的形态发生肽 SapB 中。Ⅱ类羊毛硫肽与Ⅲ类羊毛硫肽之间存在很大差异，这导致了单独的分类。这种差异在于这种肽没有表现出抗生素活性。相反，它促进与链霉菌孢子形成相关的营养菌丝的生长。基因簇中包含一个推定的修饰酶，称为 RamC。这种酶类似于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，并且以 C 端结构域构建，该结构域具有与 LanM 的环化酶结构域相似的同源特征。但是，缺少锌结合[3]。
2010 年，从放线菌纳米比亚放线菌中发现了迷宫肽。发现被称为 LabKC 的三功能羊毛硫肽与以前已知的 RamC 具有同源性。迷宫肽是 LabKC 的一种修饰产物，发现它可以帮助对抗小鼠的神经性疼痛。这是以前未观察到的羊毛硫肽的功能[3]。
类 IV 镧肽生物合成涉及委内瑞拉链霉菌中的一个隐性基因簇。合成酶 VenL 由一个 N 末端的 OspF 样裂解酶结构域组成，其中心为丝氨酸/苏氨酸激酶结构域。与 RamC 不同，VenL 的 C 末端环化酶结构域包含 LanC 和 LanM 中存在的锌结合基序 [3]。
了解镧肽有助于在有利且适应性强的策略中，以低遗传成本产生大量的化学多样性。通过发现新型的生物合成机制、新的翻译后修饰以及更多编码镧肽的基因簇，镧肽生物合成一直在发展。尽管一些催化机制仍不清楚，例如 LanB，但通过发现在大肠杆菌中生产方法，有助于对 LanB 的研究，并且通过终止密码子抑制技术将非蛋白氨基酸引入镧肽。
镧肽工程的一种方法是在大肠杆菌中进行。这最早是在 2005 年进行的，当时生产了一种截短的核酸酶 ISK-1。这是通过在一个载体上共同表达 nukA 和 nukM 来实现的。在 2011 年，一种修饰的 LanAs 被生产出来。这是通过共同表达 lanA 和 lanM 来实现的。在一个载体上共同表达 nisA 和 nisB，另一个载体上表达 nisC，可以产生一种乳链菌肽前体肽。这是唯一一种在文献中记录的在大肠杆菌中生产的 I 类镧肽 [3]。
体外工程方法伴随着自身的一系列问题，主要是由于免疫或输出问题。这种方法利用合成底物。这种合成方法的一个缺点是蛋白水解，这通常会导致低产量。为了改进这种体外方法，需要优化这一步骤 [3]。
- ↑ Heike Brotz 和 Hans-Georg Sahl "对镧肽作用机制的新认识——通过结合相同的分子靶点产生不同的生物学效应.", [牛津期刊], 2012 年。2012 年 12 月 7 日检索。
- ↑ "常见的食品防腐剂可以减缓甚至阻止肿瘤生长.", MedicalPress, 2012 年。2012 年 12 月 7 日检索。
- ↑ a b c d e f g h i "镧肽的发现、生物合成和工程". 2012.
{{cite web}}: 未知参数|retrieved=被忽略 (|access-date=建议) (帮助) - ↑ Shang-Te D Hsu 等人 "乳链菌肽-脂质 II 复合物揭示了一个焦磷酸盐笼，为新型抗生素提供了蓝图.", [Nature.com], 2004 年。2012 年 12 月 7 日检索。