WikiDer > Сурфактин

Surfactin
Сурфактин
Surfactin.png
Идентификаторы
3D модель (JSmol)
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.110.185 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
C53ЧАС93N7О13
Молярная масса1036,3 г / моль
Поверхностное натяжение:
9.4 × 10−6 M (pH 8,7)[1]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы
Идентификаторы
СимволНет данных
TCDB1.D.11
OPM суперсемейство163
Белок OPM2npv

Сурфактин очень мощный поверхностно-активное вещество обычно используется как антибиотик. Это бактериальный циклический липопептид, во многом выделяющийся своей исключительной поверхностно-активностью.[2] Его амфифильный свойства помогают этому веществу выжить как в гидрофильный и гидрофобный среды. Это антибиотик, производимый Грамположительный эндоспора-образующие бактерии Bacillus subtilis.[3] В ходе различных исследований его свойств было обнаружено, что сурфактин проявляет такие эффективные характеристики, как антибактериальный, противовирусное средство, противогрибковый, анти-микоплазма и гемолитический виды деятельности.[4]

Структура и синтез

В состав основного конгенера входит пептид петля из семи аминокислоты (L-глутаминовая кислота, L-лейцин, D-лейцин, L-валин, L-аспарагиновая кислота, D-лейцин и L-лейцин) и β-гидрокси жирная кислота переменной длины, от тринадцати до пятнадцати углерод атомы длинные [5]. Остатки глутаминовой кислоты и аспарагиновой кислоты в положениях 1 и 5 соответственно придают кольцу его гидрофильный характер, а также его отрицательный заряд. На противоположной стороне остаток валина в положении 4 простирается вниз, обращаясь к цепи жирной кислоты, образуя основной гидрофобный домен. Ниже критического мицеллярный концентрации (КМЦ) жирнокислотный хвост может свободно распространяться в решение, а затем участвуют в гидрофобных взаимодействиях внутри мицеллы.[6] Этот антибиотик синтезируется линейным нерибосомальная пептидная синтетаза, сурфактинсинтетаза (Q04747), а в растворе имеет характерное "конское седло" конформация (PDB: 2НПВ), что объясняет его широкий спектр биологической активности.[7][8]

Физические свойства

Поверхностное натяжение

Сурфактин, как и другие поверхностно-активные вещества, влияет на поверхностное натяжение жидкостей, в которых он растворен. Это может снизить водыс поверхностное натяжение от 72 мN/ м до 27 мН / м при концентрации всего 20 мклM.[9] Сурфактин достигает этого эффекта, поскольку он занимает межмолекулярное пространство между водой. молекулы, уменьшая силы притяжения между соседними молекулами воды, в основном водородные связи, создавая более жидкость раствор, который может проникать в более узкие области пространства, увеличивая смачиваемость водой.[10] В целом это свойство важно не только для сурфактина, но и для ПАВ в целом, поскольку они в основном используются в качестве детергентов и мыло.

Молекулярные механизмы

Есть три преобладающих гипотезы о том, как работает сурфактин.[11]

Катион-носитель эффект

Эффект носителя катионов характеризуется способностью сурфактина управлять одновалентный и двухвалентный катионов через органический барьер. Два кислый остатки аспартата и глутамата образуют своего рода «коготь», который легко стабилизирует двухвалентный катионы. Кальций ионы образуют наиболее подходящие катионы, стабилизирующие конформацию сурфактина и функционирующие в качестве шаблона сборки для образования мицеллы. Когда сурфактин проникает через внешний слой, его цепь жирных кислот взаимодействует с ацил цепочки фосфолипиды, с головной группой вблизи полярных головок фосфолипидов. Присоединение катиона к заставляет комплекс пересекать билипидный слой, подвергаясь резкий поворот. Головная группа соединяется с фосфолипидами внутреннего слоя, а цепь жирных кислот взаимодействует с ацильными цепями фосфолипидов.[12] Затем катион доставляется во внутриклеточную среду.

Порообразующий эффект

Порообразующие (ионный канал) эффект характеризуется образованием катионных каналов. Для этого потребуется сурфактин для самоассоциации внутри мембраны, поскольку он не может проникать через клеточную мембрану. Супрамолекулярно-подобные структуры путем последовательного самоассоциация может тогда сформировать канал. Эта гипотеза по большей части применима только к незаряженным мембранам, где существует минимальный энергетический барьер между наружными и внутренними листками мембраны.[11]

Моющее действие

Эффект детергента основан на способности сурфактина вставлять свою цепь жирных кислот в билипидный слой, вызывая дезорганизацию, приводящую к проницаемости мембраны.[13] Введение нескольких молекул сурфактина в мембрану может привести к образованию смешанных мицелл за счет самоассоциации и двойного слоя под влиянием гидрофобности жирных цепей, что в конечном итоге приводит к солюбилизации бислоя.[14]

Биологические свойства

Сурфактин обладает неспецифическим механизмом действия, который имеет как преимущества, так и недостатки. Это выгодно в том смысле, что сурфактин может действовать на многие виды клеточных мембран, как грамположительных, так и грамотрицательных. Его неспецифичность также влияет на его тенденцию не производить устойчивые штаммы бактерий. Следовательно, этот эффективный способ разрушения клеток является неизбирательным и атакует красные кровяные тельца со смертельной эффективностью.

Антибактериальные и противовирусные свойства

Сурфактин, верный своей антибиотической природе, обладает очень значительными антибактериальными свойствами, поскольку способен проникать через клеточные мембраны всех типов бактерий. Есть два основных типа бактерий, и они Грамотрицательный и грамположительные. Два типа бактерий различаются по составу мембраны. У грамотрицательных бактерий есть внешний липополисахарид мембрана и тонкий слой пептидогликана, за которым следует бислой фосфолипидов, тогда как грамположительные бактерии не имеют внешней мембраны и несут более толстую пептидогликан слой, а также бислой фосфолипидов.[15] Это важный фактор, который способствует детергентоподобной активности сурфактина, поскольку он способен создавать проницаемую среду для липидного бислоя и вызывать разрушение, которое солюбилизирует мембрану.
Для того чтобы сурфактин успешно проявил свои антибактериальные свойства, бактерию необходимо обрабатывать с помощью высокой концентрации. Фактически, сурфактин должен быть в концентрации от 12 до 50 мкг.грамм/ мл чтобы он оказывал минимальное антибактериальное действие.[16] Это также известно как минимальная ингибирующая концентрация (МИК).
Противовирусные эффекты сурфактина отличают этот антибиотик от других. Это свойство таково, потому что было обнаружено, что сурфактин распадается на оболочку. вирусы. Сурфактин не только разрушает липидную оболочку вируса, но и разрушает капсид вируса через образования ионных каналов. Этот процесс был подтвержден тестированием нескольких вирусов оболочки, таких как ВИЧ и HSV.[17] Так же изоформы цепи жирной кислоты, содержащей 14 или 15 атомов углерода, показали улучшение инактивации вирусных оболочек. К сожалению, сурфактин воздействовал только на внеклеточные вирусы, а те, которые проникли в клетку, не пострадали. Одновременно, если сурфактин подвергался воздействию среды с высокими концентрациями белка или липидов, его противовирусная активность была бы ограничена. Это также известно как буферный эффект и является существенным недостатком противовирусной активности сурфактина.

Токсичность

У сурфактина есть один серьезный недостаток: его неспецифическая цитотоксичность. Это видно, поскольку сурфактин обладает способностью лизировать клетки животных, а также клетки патогенов. Гемолитический эффект является результатом того, что сурфактин обладает способностью лизировать эритроциты, что является достаточным основанием для осторожности при использовании. внутрисосудисто. К счастью, эти результаты наблюдались при высоких концентрациях примерно от 40 мкМ до 60 мкМ. Эти концентрации также проявляли эффект пролиферирующих клеток in vitro, хотя это также было LD50 для этого типа ячеек. При концентрациях ниже 25 мкМ токсичность сурфактина незначительна.[нужна цитата].

Рекомендации

  1. ^ Исигами Ю., Осман М., Накахара Х., Сано И., Исигуро Р., Мацумото М. (июль 1995 г.). «Значение образования β-листов для мицеллизации и поверхностной адсорбции сурфактина». Коллоиды и поверхности B: биоинтерфейсы. 4 (6): 341–348. Дои:10.1016/0927-7765(94)01183-6.
  2. ^ Мор, А. Антибиотики на основе пептидов: потенциальный ответ на бушующую устойчивость к противомикробным препаратам. Drug Develop. Res. (2000) 50: 440–447.
  3. ^ Пейпу Ф., Бонматен Дж. М., Уоллах Дж. (Май 1999 г.). «Последние тенденции в биохимии сурфактина». Прикладная микробиология и биотехнология. 51 (5): 553–63. Дои:10.1007 / s002530051432. PMID 10390813. S2CID 35677695.
  4. ^ Сингх П., Cameotra SS (март 2004 г.). «Возможные применения микробных поверхностно-активных веществ в биомедицинских науках». Тенденции в биотехнологии. 22 (3): 142–6. Дои:10.1016 / j.tibtech.2004.01.010. PMID 15036865.
  5. ^ Бонматен, Жан-Марк; Лапревот, Оливье; Пейпу, Франсуаза (2003). «Разнообразие микробных циклических липопептидов: итуринов и сурфактинов. Взаимосвязь между активностью и структурой для разработки новых биоактивных агентов». Комбинаторная химия и высокопроизводительный скрининг. 6 (6): 541–556. Дои:10.2174/138620703106298716. ISSN 1386-2073. PMID 14529379.
  6. ^ Грау А., Гомес Фернандес Дж. К., Пейпу Ф., Ортис А. (май 1999 г.). «Исследование взаимодействия сурфактина с фосфолипидными везикулами». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1418 (2): 307–19. Дои:10.1016 / S0005-2736 (99) 00039-5. PMID 10320682.
  7. ^ Хюэ Н., Серани Л., Лапревот О. (2001). «Структурное исследование циклических пептидолипидов из Bacillus subtilis методом высокоэнергетической тандемной масс-спектрометрии». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 15 (3): 203–9. Дои:10.1002 / 1097-0231 (20010215) 15: 3 <203 :: AID-RCM212> 3.0.CO; 2-6. PMID 11180551.
  8. ^ Цан, Паскаль; Волпон, Лоран; Бессон, Франсуаза; Ланселин, Жан-Марк (февраль 2007 г.). «Структура и динамика сурфактина, изученная методом ЯМР в мицеллярных средах». Журнал Американского химического общества. 129 (7): 1968–1977. Дои:10.1021 / ja066117q. PMID 17256853.
  9. ^ Yeh MS, Wei YH, Chang JS (2005). «Повышенное производство сурфактина из Bacillus subtilis путем добавления твердых носителей». Прогресс биотехнологии. 21 (4): 1329–34. Дои:10.1021 / bp050040c. PMID 16080719. S2CID 20942103.
  10. ^ Dufour S, Deleu M, Nott K, Wathelet B, Thonart P, Paquot M (октябрь 2005 г.). «Гемолитическая активность новых линейных аналогов сурфактина в зависимости от их физико-химических свойств». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы. 1726 (1): 87–95. Дои:10.1016 / j.bbagen.2005.06.015. PMID 16026933.
  11. ^ а б Deleu M, Bouffioux O, Razafindralambo H, Paquot M, Hbid C, Thonart P, Jacques P, Brasseur R (апрель 2003 г.). «Взаимодействие сурфактина с мембранами: вычислительный подход». Langmuir. 19 (8): 3377–3385. Дои:10.1021 / la026543z.
  12. ^ Heerklotz H, Wieprecht T, Seelig J (апрель 2004 г.). «Мембранные возмущения липопептидным сурфактином и детергентами, как исследовано с помощью дейтериевого ЯМР». Журнал физической химии B. 108 (15): 4909–4915. Дои:10.1021 / jp0371938.
  13. ^ Kragh-Hansen, U, M Maire и J Moller. Механизм солюбилизации детергентом липосом и белковосодержащих мембран. Биофиз. J. (1998) 75: 2932–2946.
  14. ^ le Maire M, Champeil P, Moller JV (ноябрь 2000 г.). «Взаимодействие мембранных белков и липидов с солюбилизирующими детергентами». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1508 (1–2): 86–111. Дои:10.1016 / S0304-4157 (00) 00010-1. PMID 11090820.
  15. ^ Hensyl WR (1994). Руководство Берджи по детерминантной бактериологии (9-е изд.). Балтимор, штат Мэриленд: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-683-00603-2.
  16. ^ Heerklotz H, Seelig J (сентябрь 2001 г.). «Детергентоподобное действие антибиотического пептида сурфактина на липидные мембраны». Биофизический журнал. 81 (3): 1547–54. Дои:10.1016 / S0006-3495 (01) 75808-0. ЧВК 1301632. PMID 11509367.
  17. ^ Юнг М., Ли С., Ким Х (июнь 2000 г.). «Последние исследования натуральных продуктов как средств против ВИЧ». Современная лекарственная химия. 7 (6): 649–61. Дои:10.2174/0929867003374822. PMID 10702631.