|
ДокладыМеханизм реакции ингибирования пенициллин-связывающих белков цефтриаксономФИЦ Биотехнологии РАН, Москва, Ленинский проспект, 33, стр. 2 1МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет, Москва, Ленинские Горы, 1 Бактериальная резистентность к β-лактамным антибиотикам неуклонно растет. В клинической практике известны случаи выявления резистентности PBP2 из штаммов возбудителя гонореи Nisseria gonorrhoeae к цефалоспориновым антибиотикам. Терапия гонореи на сегодняшний день заключается в ингибировании пенициллин-связывающих белков 2 (PBP2) антибиотиком цефтриаксоном. За возникновение резистентности отвечают мутации в гене penA, кодирующем PBP2 N. gonorrhoeae. Резистентность растет в ряду PBP2 из дикого штамма FA19 и из мутантных 35/02 и Н041 за счет появления новых мутаций. В 35/02 за рост резистентности ответственны три мутации, – I312M, V316T и G545S; в Н041, – A311V, V316P, T483S. Мутации в 311, 312 и 316 остатках связаны с изменением положения каталитической пары Ser310 и Lys313. Мутация G545S изменяет положение субстрата в активном центре. Для PBP2 известны константы эффективности ферментов (k2/Ks). Для FA19 из литературы известны индивидуальные параметры реакции: константа ацилирования (k2) и константа связывания (Ks). Но для мутантных форм определить эти параметры экспериментально не представляется возможным, ввиду слабого сродства к антибиотику. Таким образом, на данный момент неизвестно, за счет чего именно достигается рост резистентности: снижения сродства PBP2 к антибиотику, снижения скорости ацилирования или изменений в обоих этих процессах. В работе выполнено молекулярное моделирование механизма реакции ингибирования PBP2 из штаммов FA19, 35/02 и H041 антибиотиком цефтриаксоном. Показано, что изменение положения субстрата в активном центре фермента ввиду мутации G545S отражается в формировании оксианионного центра и, как следствие, высоте энергетического барьера нуклеофильной атаки. Проанализированы молекулярно-динамические траектории фермент-субстратных комплексов, в частности электронно-плотностными дескрипторами идентифицированы структуры как реакционные и нереакционные. Показано, что доля реакционных структур падает с ростом резистентности. Просканирована поверхность свободной энергии Гиббса, построены энергетические профили каждой стадии реакции до образования комплекса ацил-фермента. Установлено, что механизм реакции в мутантных PBP2 и из штамма дикого типа отличаются. Разрыв связи C–N и отрыв фрагмента антибиотика происходит последовательно в белке из штамма дикого типа и одновременно в мутантных белках. Новое положение субстрата в каталитическом кармане также влечет за собой изменение сродства к антибиотику. Анализ конформационных изменений петли β3-β4, показал, что с ростом резистентности сродство PBP2 к цефтриаксону понижается. Работа выполнена при поддержке РНФ (проект 18-74-10056).
Материалы доклада |
