Nonribozomal Peptit Nedir? Ribozom Dışı Peptit Sentezi

Hücrede proteinler ribozomda, mesajcı RNA okunarak yapılır. Bakteriler ve mantarlar ise bazı peptitleri bu düzeneğin dışında, nonribozomal peptit sentetazı (NRPS) adı verilen büyük çok işlevli enzimlerle üretir ve bu yol, ribozomal sisteme kıyasla alışılmadık yapı taşlarını zincire katmak için çok daha geniş bir katalitik araç kutusu kullanabilir (Finking ve ark., 2004). Ortaya çıkan peptitler yapı ve biyolojik etki bakımından geniş bir yelpazeye yayılır (Finking ve ark., 2004).

Bir montaj hattı gibi: modüller

NRPS enzimleri birbirini izleyen modüllerden oluşur ve bu modüllerin sayısı ile dizilişi, üretilecek peptidin amino asit sırasını belirler (Stachelhaus ve ark., 1999). Her modülün merkezinde bir adenilasyon alanı bulunur; bu alan doğru amino asidi tanır ve onu aminoasil adenilat hâline getirerek etkinleştirir (Stachelhaus ve ark., 1999).

Ribozom talimatı RNA'dan alır; NRPS'te ise talimatı taşıyan şey enzimin kendisidir ve bu enzimler literatürde peptit için birer kalıp olarak tanımlanır (Stachelhaus ve ark., 1999). Enzim alanlarının çözülen kristal yapıları, katalitik mekanizmaların anlaşılmasını, ürünlerin daha iyi tahmin edilmesini ve melez enzimlerin kurulmasını sağlamıştır (Finking ve ark., 2004).

Adenilasyon alanının şifresi

Bir modülün hangi amino asidi seçeceği dizisinden okunabilir mi? Fenilalanin etkinleştiren PheA alanının bağlanma cebini döşeyen kalıntılar diğer adenilasyon alanlarındaki karşılıklarıyla karşılaştırılarak substrat seçimini açıklayan genel kurallar çıkarılmış; bu kalıntıları değiştiren mutasyonların çoğu alanın seçiciliğini değiştirmiş ya da gevşetmiştir (Stachelhaus ve ark., 1999). Aynı çalışmada aspartat etkinleştiren bir alanın seçiciliği tek bir mutasyonla hedefli olarak değiştirilmiştir (Stachelhaus ve ark., 1999).

Yazarlar bu kuralların, biyokimyasal olarak incelenmemiş adenilasyon alanlarının seçiciliğini birincil diziden tahmin etmek için kullanılabileceğini belirtir (Stachelhaus ve ark., 1999). Genom verisinden molekül tahmin etme fikrinin arka planı için sekonder metabolit gen kümeleri yazısına bakabilirsiniz.

Tek bir dev gen: siklosporin sentetazı

Bazı NRPS genleri insanı şaşırtacak kadar uzundur. Tolypocladium niveum'da siklosporin sentetazını kodlayan bölge 45,8 kilobazlık tek bir açık okuma çerçevesidir; tahmin edilen ürünün molekül kütlesi 1.689.243'tür ve enzimde 11 amino asit etkinleştirme alanı bulunur (Weber ve ark., 1994). Bu alanların yedisi N-metiltransferaz işlevi de taşır ve yazarlar bu çerçeveyi o güne dek tanımlanmış bütün genomik açık okuma çerçevelerinden uzun olarak bildirmiştir (Weber ve ark., 1994).

Güncel bir derleme, NRPS'lerin yapı ve işlev bakımından çok çeşitli peptitler kurduğunu ve bu peptitler arasında penisilin, vankomisin ve siklosporin gibi piyasaya çıkmış 20'den fazla molekül bulunduğunu belirtir (Süssmuth ve ark., 2017). Aynı derleme, montaj hattının yeniden programlanmasının mevcut moleküllerin benzerlerini üretme yolunu açabileceğini tartışır (Süssmuth ve ark., 2017).

Mantar NRPS'lerinin soy ağacı

38 mantar genomunda NRPS ve NRPS benzeri genleri tarayan bir çalışma, mantar NRPS'lerini dokuz ana alt aileye ayırmıştır; bunlar iki ana gruba toplanır: bakteriyel NRPS'lerle birlikte kümelenen, çoğunlukla bir ya da iki modüllü enzimler ve yalnız mantarlarda bulunan çok modüllü enzimler (Bushley ve ark., 2010). Aynı çalışmada mantarlarda lizin sentezinde görev alan alfa-aminoadipat redüktazlarının, bir ya da iki modüllü NRPS'lerle yakın akraba olduğu gösterilmiştir (Bushley ve ark., 2010).

Yazarlara göre bir ya da iki modüllü alt aileler daha eskidir ve alan düzenleri daha korunmuştur; çok modüllü alt aileler ise daha yenidir, alan düzenleri daha değişkendir ve ürünleri daha çok belirli ekolojik ortamlara özgü işler görür (Bushley ve ark., 2010). Yalnız Euascomycetes grubunda görülen alt ailede alan kazanımı ve kaybının yaygın olduğu, bunun da ortama özgü seçilim baskılarına verilen yanıtla ilişkili olabileceği belirtilir (Bushley ve ark., 2010). NRPS genleri taşıyan bir küf cinsi için Trichoderma nedir, böcekleri enfekte eden bir mantar için de Beauveria bassiana yazılarına göz atabilirsiniz.

Demir toplayan peptitler

NRPS ürünleri yalnız ikincil molekül değildir; bazıları hücrenin demir gibi temel ihtiyaçlarına bağlıdır (Eisendle ve ark., 2003). Aspergillus nidulans'ta NRPS kodlayan sidC geninin bozulması hücre içi siderofor ferrikrosinin sentezini ortadan kaldırmış, sidA geninin silinmesi ise siderofor sentezini tamamen durdurmuştur (Eisendle ve ark., 2003). Siderofor üretemeyen suşlar besiyerine siderofor eklenmedikçe büyüyememiştir (Eisendle ve ark., 2003). Mantarların demiri nasıl topladığını siderofor nedir yazısında ayrıntılı anlatıyoruz.

Her halkalı peptit NRPS ürünü değildir

Halkalı ve alışılmadık bir peptit görüldüğünde akla ilk gelen NRPS olur, ama her zaman değil. Zehirli Amanita türlerindeki amatoksinler çift halkalı sekiz amino asitlik peptitlerdir; A. bisporigera'da AMA1 ve PHA1 genlerinin alfa-amanitini ve faloasidini doğrudan kodladığı, yani bu bileşiklerin NRPS ile değil ribozomda sentezlendiği gösterilmiştir (Hallen ve ark., 2007). Aynı çalışmaya göre bu peptitler 35 ve 34 amino asitlik öncül proteinler olarak yapılır ve bir prolil oligopeptidaz tarafından kesilerek serbest kalmaları öngörülür (Hallen ve ark., 2007). AMA1 ve PHA1 genleri Phalloidae seksiyonundaki diğer zehirli türlerde de bulunmuş, başka seksiyonlardaki zehirsiz türlerde ise saptanmamıştır (Hallen ve ark., 2007). Genomlarda bu genlere benzeyen çok sayıda dizi vardır ve bunların öngörülen ürünleri, korunmuş diziler arasında 7-10 amino asitlik çok değişken bir toksin bölgesi taşır; yazarlar bu mantarların ribozomda çok çeşitli halkalı peptitler yapabilecek geniş bir kapasiteye sahip olduğunu öne sürer (Hallen ve ark., 2007).

Mantar kimyasının ikinci büyük ailesi olan poliketitlerin nasıl kurulduğunu poliketit nedir yazısında anlatıyoruz.

Bilimsel referanslar

Bushley, K.E. et al. (2010). Phylogenomics reveals subfamilies of fungal nonribosomal peptide synthetases and their evolutionary relationships. BMC Evol Biol, 10, 26. PMID 20100353. DOI 10.1186/1471-2148-10-26.

Eisendle, M. et al. (2003). The siderophore system is essential for viability of Aspergillus nidulans: functional analysis of two genes encoding l-ornithine N 5-monooxygenase (sidA) and a non-ribosomal peptide synthetase (sidC). Mol Microbiol, 49(2), 359-75. PMID 12828635. DOI 10.1046/j.1365-2958.2003.03586.x.

Finking, R. et al. (2004). Biosynthesis of nonribosomal peptides. Annu Rev Microbiol, 58, 453-88. PMID 15487945. DOI 10.1146/annurev.micro.58.030603.123615.

Hallen, H.E. et al. (2007). Gene family encoding the major toxins of lethal Amanita mushrooms. Proc Natl Acad Sci U S A, 104(48), 19097-101. PMID 18025465. DOI 10.1073/pnas.0707340104.

Stachelhaus, T. et al. (1999). The specificity-conferring code of adenylation domains in nonribosomal peptide synthetases. Chem Biol, 6(8), 493-505. PMID 10421756. DOI 10.1016/S1074-5521(99)80082-9.

Süssmuth, R.D. et al. (2017). Nonribosomal peptide synthesis-principles and prospects. Angew Chem Int Ed Engl, 56(14), 3770-3821. PMID 28323366. DOI 10.1002/anie.201609079.

Weber, G. et al. (1994). The peptide synthetase catalyzing cyclosporine production in Tolypocladium niveum is encoded by a giant 45.8-kilobase open reading frame. Curr Genet, 26(2), 120-5. PMID 8001164. DOI 10.1007/BF00313798.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 7  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya