Modelització Molecular. Interaccions enzim-substrat

Contenido en el idioma por defecto

Modelització Molecular. Interaccions enzim-substrat

El reconeixement molecular en el lloc actiu d'un enzim constiutye un dels factors que determinen que un compost pugui ser considerat com un bon substrat o un bon inhibidor. La Dinàmica Molecular s'ha convertit en una de les tècniques fonamentals per a l'estudi d'aquest reconeixement .

Un dels objectius del nostre grup de recerca ha estat el poder determinar el mecanisme de reconeixement molecular dels antibiòtics b- lactàmics en el lloc actiu de les carboxi i transpeptidasas i també com actuen les b- lactamases a impedir aquest reconocimiento.En els primers anys d'ús de les penicil · lines ja es va observar que algunes soques bacterianes no eren sensibles als antibiòtics . El 1940 (abans de la introducció massiva de la penicil · lina en la pràctica mèdica), Abraham i Chain van identificar un enzim bacteriana, una b-lactamasa, capaç d'hidrolitzar a la penicil·lina. Fleming també va advertir que l'ús indiscriminat d'aquests compostos, podria afavorir l'aparició de resistència bacteriana. No obstant això, durant els primers anys , aquesta resistència va tenir una nul·la incidència en l'eficàcia de les penicil·lines. A mesura que s'ampliava el camp d'utilització d'aquests antibiòtics, el nombre de soques bacterianes resistents als antibiòtics b-lactàmics va anar augmentant de forma alarmant, esdevenint l'actualitat en un dels problemes més greus en el tractament de les malalties causades per bacteris, obligant a químics i microbiòlegs a desenvolupar estratègies per superar aquesta resistència bacteriana .

Els mecanismes de defensa que els bacteris presenten davant dels antibiòtics b- lactàmics es classifiquen en tres tipus: a) Disminució de la permeabilitat l'antibiòtic a la paret bacteriana, modificant els seus canals d'accés (porinas) b) Modificacions en l'estructura de les PBPs (Penicillin Binding Proteins), que són els enzims on actuen els antibiòtics, c) Producció de b-lactamases .El tercer mecnismo, la síntesi bacteriana d'uns enzims anomenades genèricament b-lactamases consituye el principal mecanisme de defensa dels bacteris enfront dels antibiòtics b -lactàmics.

Les b-lactamases, que estan íntimament relacionades amb les carboxi i transpeptidasas (PBPs), han adquirit la capacitat d'hidrolitzar l'enllaç CN de l'anell b-lactàmic (azetidin-2-ona) i per tant d'inactivar biològicament a la molécula.La primera estratègia usada per vèncer la resistència bacteriana es va basar en la modificació química de l'estructura de l'antibiòtic , canviant les cadenes laterals lligades al nucli b-lactàmic o fins i tot modificant l'anell b -lactàmic per obtenir compostos més eficaços, així com per millorar les seves característiques farmacocinètiques. Una altra estratègia va ser la utilització conjunta de bons antibiòtics b-lactàmics i d'inhibidors de b-lactamases, com ara el Augmentine , que conté amoxicilina (un bon antibiòtic) i àcid clavulànic (inhibidor de b-lactamases). No obstant això, tot i les noves estructures que han aparegut en aquests últims anys, la solució al problema de la inhibició de les b-lactamases està molt llunyana i és necessari un profund coneixement de l'estructura i el comportament d'aquests enzims. Les b-lactamases es poden classificar en quatre grups, que es diferencien pel pes molecular i pels substrats específics. Les classes A i C tenen un residu serina al centre actiu, i els seus pesos moleculars són d'uns 30000 daltons (classe A) i 39000 daltons (classe C). Les b-lactamases de la classe B utilitzen ions metàl·lics en el centre actiu (principalment Zn2+), i els seus pesos moleculars ronden els 22000 daltons. Les de la classe D són també serin- enzims, però de menor pes molecular que les A i C.

En el mecanisme d'acció de les b-lactamases de les classes A i C s'admet la formació d'un intermedi acil- enzim entre l'antibiòtic i l'enzim, similar al format entre l'antibiòtic i les PBPs però molt més làbil. La formació de l'intermedi està condicionada per les interaccions que es donen entre l'enzim i la molècula d'antibiòtic al centre actiu, i relacionat per tant amb la seva orientació relativa al complex de Henry - Michaelis.Uno dels objectius del nostre grup ha estat analitzar els processos de fixació dels antibiòtics a les b- lactamases i estudiar les interaccions enzim - antibiòtic al complex de Henry - Michaelis. La capacitat d'unió al centre actiu de les PBPs (penicillin binding proteins) i de les b-lactamases està directament condicionada per les característiques estructurals i electrostàtiques moleculars que també s'han estudiat. D'aquesta manera, s'ha comprovat que la diferent disposició espacial del grup carboxilat en les penicil·lines i cefalosporines és fonamental perquè s'estableixin unes interaccions o altres amb els aminoàcids enzimàtics. A més, l'estudi de les superfícies de potencial electrostàtic i dels mínims d'aquestes superfícies en molècules prèviament classificades d'acord amb la seva reactivitat química i enzimàtica, ha permès entendre el comportament d'altres compostos b- lactàmics com a potencials bons antibiòtics o potencials inhibidors de b- actamases.

En Construcción - Si amigos, de obras en casa... Lo peor de lo peor, estoy en el comedor entre la nevera y el microondas... Dentro de unos dias tendré que ir al gimnasio para ducharme (para eso me he apuntado, pq hacer ejercicio...) EL ritmo de actualizaciones es pésimo como se puede verificar, y es que para actualizar a desgana pues mejor no actualizar. Hace calor, ya era hora coño. Mucho calor. Odio el frio... Mooooooooolan los nuevos temas de Hard Life, mucho. Dentro de menos de un mes es mi cumpleaños, ya hay canas y esas cosas, es curioso el paso del tiempo, nos hacemos menos jóvenes pero molamos igual que no??? Os recomiendo encarecidamente la película: Crash. Obra maestra, ahi lo dejo. En fin amics, poco que decir... que bien puedo coger una natilla de chocolate de la nevera sólo estirando el brazo, es lo bueno... Cuidense! - Fotolog

Complex d'Henry Michaelis format entre la b-lactamasa de la classe A PC1 de Staphylococcus Aureus i el moxalactam (un mal substrat). Estructura de mínima energia calculada amb un camp de força AMBER (B. Vilanova, J. Donoso, J. Frau and F. Muñoz, Helv. Chim. Acta, 82 ,1274-1288 (1999)). L'estructura de l'enzim (3blm) va ser obtinguda per O. Herzberg i J. Moult, 1991.

 

En Construcción - Si amigos, de obras en casa... Lo peor de lo peor, estoy en el comedor entre la nevera y el microondas... Dentro de unos dias tendré que ir al gimnasio para ducharme (para eso me he apuntado, pq hacer ejercicio...) EL ritmo de actualizaciones es pésimo como se puede verificar, y es que para actualizar a desgana pues mejor no actualizar. Hace calor, ya era hora coño. Mucho calor. Odio el frio... Mooooooooolan los nuevos temas de Hard Life, mucho. Dentro de menos de un mes es mi cumpleaños, ya hay canas y esas cosas, es curioso el paso del tiempo, nos hacemos menos jóvenes pero molamos igual que no??? Os recomiendo encarecidamente la película: Crash. Obra maestra, ahi lo dejo. En fin amics, poco que decir... que bien puedo coger una natilla de chocolate de la nevera sólo estirando el brazo, es lo bueno... Cuidense! - Fotolog

Complex d'Henry Michaelis format entre la b-lactamasa de la Classe C P99 de Enterobacter Cloacae i el cefalotin, una cefalosporina. Estructura de mínima energia calculada amb un camp de força AMBER (C. Fenollar-Ferrer, J. Frau, J. Donoso, and F. Muñoz, Proteins, (2002) en premsa). L'estructura de l'enzim (2blt) va ser obtinguda per JR Knox, PC Moews i E. Lovkovsky, 1995.

 

D'altra banda, també estem interessats en l'estudi dels mecanismes cinètics de les reaccions d'hidròlisi catalitzades per les b-lactamases. Un cop s'ha format l'intermedi acil-enzim, pot evolucionar de formes diferents, en funció de l'antibiòtic i de l'enzim considerats. Les constants cinètiques d'aquests processos i els productes obtinguts permeten classificar els antibiòtics en diferents grups. Un primer grup es caracteritza perquè s'obté l'antibiòtic hidrolitzat , quedant l'enzim lliure per reaccionar de nou amb una altra b-lactama. D'altra banda, els compostos d'ampli espectre inactiven de manera reversible a les b - lactamases, procés que inclou la formació d'una imina o enamina acil - enzim, i fins i tot en alguns casos un canvi conformacional. Finalment, hi ha compostos b-lactàmics que inactiven a les b-lactamases, però tenen escassa activitat antibacteriana . Són els anomenats substrats suïcides, com el àcid clavulànic. A més, també hi ha compostos, com són les cefalosporines de tercera generació, que són molt resistents a l'acció de les b-lactamases.

En els últims anys, estem ampliant els nostres estudis de reactivitat de b-lactamases a altres serin -enzims com són les elastases. Aquests enzims que pertanyen al grup de les serin-proteases, estan implicades en la degradació de teixits connectius associats amb certes patologies pulmonars i vasculars. S'ha comprovat que derivats de compostos b- lactàmics poden actuar com a inhibidors d'aquestes serin- enzims, per aquest motiu actualment estem estudiant el mecanisme de degradació de certs èsters de compostos b-lactàmics amb l' Porcine Pancreatic Elastase (EC 3.4.21.36).

 

Publicacions relacionades

The role of ß-lactam carboxyl group on binding of penicillins and cephalosporins to class C ß-lactamasesC. Fenollar-Ferrer, J. Frau, J. Donoso and F. Muñoz. Proteins: Struc., Func. and Gen., 51, 442 (2003).

Molecular modelling studies on Henry-Michaelis complexes of a class C b-lactam compounds. C. Fenollar-Ferrer, J. Frau, B. Vilanova, J. Donoso and F. Muñoz. J. Mol. Struct. (THEOCHEM), 578, 19-28 (2002)

Kinetic and molecular-modelling study of the interaction between Staphylococcus aureus PC1 enzyme and Imipenem. B. Vilanova, M. Coll, J. Frau, F. Muñoz and J. Donoso. Helv. Chim. Acta, 84, 3366-3379 (2001)

Electrostatic and structural similarity of classical and non-classical lactam compounds. M. Coll, J. Frau, B. Vilanova, J. Donoso and F. Muñoz. J. Comp-Aided Mol. Des., 15, 819-833 (2001)

Kinetic and Molecular Modelling studies of reactions of a class-A b-lactamase with compounds bearing a methoxy group on the b-lactam ring. B. Vilanova, J. Donoso, J. Frau and F. Muñoz. Helv. Chim. Acta, 82, 1274-1288 (1999)

Calculations on the low-energy conformers of N-acetyl-D-Alanyl-D-Alanine. J. Frau, J. Donoso, F. Muñoz and F. García Blanco. Biopolymers, 45, 119-133 (1998)

Possible binding orientations of ß-lactams within Staphylococcus aureus PC1 ß-lactamase suggest factors involved in ß-lactamase resistance. J. Frau and S.L. Price. Theor. Chim. Acta, 95, 151-163 (1997)

ß-lactamase-catalyzed hydrolysis of cephalexin: evolution of the cephalosporoate intermediate. B. Vilanova, J. Frau, J. Donoso, F. Muñoz and F. García Blanco. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 2439-2444 (1997)

On the electrostatic and steric similarity of lactam compounds and the natural substrate for bacterial cell-wall biosynthesis. J. Frau and S.L. Price. J. Comput.-Aided Mol. Design, 10, 107-122 (1996)

Penicillin 3-aldehyde is a good substrate and not an inhibitor of ß-lactamase A and C. N.J. Layland, A.P. Laws, B. Vilanova and M.I. Page. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2, 869-870 (1995)

pH dependence of and kinetic solvent isotope effects on the methanolysis and hydrolysis of ß-lactams catalyzed by Class C ß-lactamase. M.I. Page, B. Vilanova and N.J. Layland. J. Am. Chem. Soc., 117, 12092-12095 (1995)