БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 3

Часть IV ИНФОРМАЦИЯ

ГЛАВА 27. СИНТЕЗ БЕЛКА

27.22. Некоторые короткие пептиды синтезируются без участия рибосом

Теперь мы перейдем к другому механизму образования пептидной связи в биологических системах. Рассмотрим в качестве примера биосинтез грамицидина S - циклического пептидного антибиотика, состоящего из двух идентичных пентапептидов, соединенных «голова к хвосту» (рис. 27.25). Этот антибиотик продуцируют некоторые штаммы спорообразующей бактерии Bacillus brevis.

Рис. 27.25. Последовательность аминокислот в грамицидине S, циклическом пептиде, состоящем из двух одинаковых пентапептидных групп

Биосинтез грамицидина S происходит в отсутствие рибосом или мРНК. Для него необходим гораздо более простой синтетический аппарат, состоящий всего лишь из двух ферментов - Е_I и Е_II. Фермент Е_II (масса 100 кДа) активирует фенилаланин, остальные четыре аминокислоты пентапептидного фрагмента активируются E_I (масса 180 кДа). Кроме того, оба фермента участвуют в образовании пептидной связи.

В этой системе аминокислоты активируются путем образования тиоэфиров, связанных с ферментами. Вместо 3'-концевой гидроксильной группы тРНК активированные аминокислоты присоединяются к сульфгидрильной группе E_I и E_II:

Если инкубировать L-пролин, L-валин, L-орнитин и L-лейцин с E_I в присутствии АТР, они образуют тиоэфирные связи с определенными сульфгидрильными группами Е_I Точно так же D-фенилаланин в присутствии АТР образует тиоэфирную связь с Е_II.

Синтез пептида в этой системе инициируется взаимодействием E_I и Е_II. Остаток D-фенилаланина, присоединенный к Е_II, переносится на иминогруппу L-пролинового остатка, присоединенного к EI, с образованием дипептида. В последующих реакциях участвует только E_I. Активированная карбонильная группа остатка пролина в составе дипептида реагирует с аминогруппой валинового остатка, прикрепленного к тому же ферменту, и дает трипептид. Этот процесс повторяется с участием орнитина и затем лейцина, образуя в результате пентапептид, связанный с ферментом. С возникновением каждой новой пептидной связи растущий пептид переносится на новую сульфгидрильную группу. Наконец, активированные пентапептиды, присоединенные к двум различным молекулам E_I, реагируют друг с другом с образованием циклического грамицидина S.

Следует отметить две особенности этого биосинтетического пути.

1. Аминокислотная последовательность грамицидина S определяется пространственной организацией и специфичностью ферментов E_I и ЕII. На каждую пептидную связь приходится по меньшей мере одна субъединица белка. Выходит, что этот способ синтеза уступает по экономичности рибосомному механизму. Поэтому пептиды, содержащие более чем примерно 15 остатков, не синтезируются с помощью этого механизма.

2. Синтез грамицидина S напоминает синтез жирных кислот в том отношении, что активированными промежуточными продуктами в обоих процессах служат тиоэфиры. Кроме того, E_Iсодержит ковалентно связанный остаток фосфопантетеина. Возможно, этот тиол переносит растущую пептидную цепь с одного участка Е_I на следующий. Фриц Липман (Fritz Lipmann) предположил, что синтез полипептидных антибиотиков, возможно, представляет собой как бы атавизм, напоминающий о примитивном механизме синтеза белка, который использовался на заре эволюции. Синтез рибосомных белков мог возникнуть в результате эволюции синтеза жирных кислот.