乳酸链球菌素的生物合成
2006-09-17 17:27:52   来源：不详   评论：0 点击：

1959年 Cheeseman和Berridge指出乳酸链球菌素的分子量为7000 , 1968年Jarvis等证明是二聚体,  1967年Gross和Morell证明每一个亚单位的分子量接近3500。1953年, Newton等证明这种多肽含有二种非通常的含硫氨基酸: 羊毛硫氨酸(Lanthionine)和β-甲基羊毛硫氨酸, 脱氢丙氨酸和脱氢酪丁酸(dehydrobutyrine或β-methydehydroalanine)。　1977年Gross给出乳酸链球菌素结构的图形描述。稀有的和不饱和的氨基酸对乳酸链球菌素不是独有的, 在杆菌素中也发现了它们(1969年Gross等， 1973年Gross和Kilti等)。

    乳酸链球菌素的生物合成必须全面阐述。利用放射示踪物跟踪细胞的生化活性, 生物分析法检测乳酸链球菌素, Hurst于1966年证明: 在已规定的化学基质中, 乳酸链球菌素的合成不受青霉素和丝裂霉素和对微生物敏感的抗生素的影响。放线菌素D对RNA合成具有直接的抑制效果, 而乳酸链球菌素合成的抑制被推迟了60分钟。 对丝裂霉素的不敏感性和放线菌素D的推迟效应证明:乳酸链球菌素的合成对新形成的DNA是独立的, 可能取决于信使RNA,乳酸链球菌素的合成似乎有一种不平常的长半衰期。

    抑制蛋白质合成的抗生素, 如氯霉素(chloramphenical)嘌呤霉素(Purpmycin)和四环素(tetracyxcline)也抑制乳酸链球菌素的合成。这种抑制是直接的, 与在微生物生长周期中添加的时间无关。图2 给出了这情况的一个例子。在乳酸链球菌素合成初期之前添加氯霉素, 抑制了微生物对乳酸链球菌素的进一步产生。同时也观察到乳酸链球菌素的合成比蛋白质的合成对氯霉素更敏感(图3) 这些结果并不是所期望的, 因为含有非常规氨基酸的肽的合成一般被认为对蛋白质合成抑制剂是不敏感的(Bodansky和Perlman, 1964), 1966年Hurst观察结果被Ingram在1969-1970年被证实。　Hurst使用特定化学纯介质,  Ingram通过结合放射标记氨基酸放到经纯化后的Nisin中，从头跟踪乳酸链球菌素的合成。他观察到, 氯霉素或四环素确实抑制S³⁵标记的半胱氨酸结合到羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨酸中, 在乳酸链球菌素中发现了这二种硫醚氨基酸。另外, 这种抑制比结合半胱氨酸到蛋白质中的抑质更大, 证明了1966年Hurst的观察结果。在没有氯霉素的情况下, Ingram跟踪了标记氨基酸的结合情况, 并且注意到几个现象, 只有丝氨酸(Serine) 半胱氨酸(Cysteine)和苏氨酸(threonine)被结合进羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨酸。新结合的克分子比率接近理论预期的值。这个结果导致Ingram做出结论: 丝氨酸,半胱氨酸和苏氨酸是硫醚氨基酸的前体, INGRAM还提出了羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨基酸合成的途径。他假定丝氨酸, 半胱氨酸和苏氨酸首先结合成肽, 然后丝氨酸和苏氨酸被脱氢成脱氢氨基酸, 依次与半胱氨酸缩合形成羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨基酸。这种由苏氨酸和半胱氨酸衍生来的标记物结合到没有这些氨基酸的乳酸链球菌素中, 支持了1970年Ingram提出的生物合成途径。

    由于一个恒定的遗传编码不允许含非常规氨基酸的多肽的合成。(Bodanszky和Perlman, 1964),  乳酸链球菌素的合成将不被核蛋白体水平上影响蛋白质合成的抗生素所抑制。为了解释这种异常现象, INGRAM于1969-1970年建议含丝氨酸、半胱氨酸和苏氨酸的多肽链首先借助于核蛋白体机制合成, 这些氨基酸被随后修饰成非核蛋白体羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨基酸, 最终导致产生乳酸链球菌素, 这个设想1971年被HURST和PATERSON的工作所证实并发展。此研究之前, 1967年HURST已经通过SEPHADEX气相和聚丙烯酰氨凝胶电泳分离到一株不产NISIN但能产低分子蛋白的乳酸链球菌(象NISIN一样的),  当与一种来自产乳酸链球菌素的乳酸链球菌细胞浸出物一起培养时, 这种非抑制性蛋白制备物产生一种性质象乳酸链球菌素的抑菌物质。与低分子量蛋白(原乳酸链球菌素)转化为象乳酸链球菌素一样的抑制性物质相关的酶只在微生物对数生长期时获得。在大约2.5hr可检测的乳酸链球菌素合成开始之前获得最大的比活性, 此后迅速下降, 在其首次出现之后3hr成为不可测的。这种酶是热稳定的, 30℃培养30分钟后它的活性下降(HURST和PATERION ,1971年)。

    通过将产乳酸链球菌素的乳酸链球菌与微小玻璃珠混合45秒很容易获得这种酶。这种处理对相衬显微镜中细胞的外观及细胞的革兰氏反应无任何影响。这表明: 酶的位置和转化原乳酸链球菌素到乳酸链球菌素的位点很可能是在细胞表面。1968年, WHITE和HURST的观察结果坚定了这一假定。他们通过产乳酸链球菌素微生物的化学和物理分离, 证明乳酸链球菌素主要与细胞外膜相关。这些观察结果和1969-1970年INGRAM建议乳酸链球菌素生物合成的二个步骤: 首先乳酸链球菌素前体或者称原乳酸链球菌素借助于蛋白合成机制包括转录和转译被合成, 这种乳酸链球菌素前体对蛋白质合成抑制剂是敏感的; 其次, 原乳酸链球菌素被转送到细胞表面, 在这里它被酶促转化成活性生物抑制剂, 前体蛋白不是非普通的, 例如, 胰岛素与乳酸链球菌素在分子重量上相似, 现已知被合成不仅借助于胰岛素原, 而且借助于早前期胰岛素原(1979年 STEINER)。

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