페니실린 결합 단백질

3. 기능

PBPs(페니실린 결합 단백질)는 세균 세포벽 합성, 성장, 세포 분열, 구조 유지에 필수적인 역할을 한다.^[5] PBPs를 억제하면 세포벽 구조에 결함이 생기고 세포 모양이 불규칙해지며, 사상체 형성, 구상체 형성, 세포 사멸 및 용해를 유발한다.^[6]

PBPs는 펩티도글리칸 합성과 D-알라닌 제거 반응을 촉매한다. 정제된 효소는 D-알라닌 카르복시펩티다제, 펩티도글리칸 트랜스펩티다제, 펩티도글리칸 엔도펩티다제와 같은 반응을 촉매하며, 연구된 모든 세균에서 이 효소는 하나 이상의 반응을 촉매한다.^[2]

일부 저분자량 PBPs는 MreB 세포 골격과 연관되어 세포 성장 동안 펩티도글리칸을 삽입하는 반면, 고분자량 PBPs는 MreB와 독립적으로 펩티도글리칸 결함을 복구하여 세포벽 무결성을 유지한다.^[8]

3. 1. 펩티도글리칸 합성

3. 2. D-알라닌 제거

3. 3. 효소 활성

3. 4. 효소 도메인 구조

3. 5. 세포 성장과 PBP

4. 항생제와의 관계

PBPs는 β-락탐 항생제와 결합하는데, 이는 펩티도글리칸을 형성하는 모듈 조각과 화학 구조가 유사하기 때문이다.^[9] 페니실린과 결합하면 β-락탐 아미드 결합이 파괴되어 PBPs 활성 부위의 촉매 세린 잔기와 공유 결합을 형성한다. 이는 비가역적인 반응이며 효소를 비활성화시킨다.

항생제 및 내성에서의 역할 때문에 PBPs에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 세균 세포벽 합성과 그 합성에 있어서 PBPs의 역할은 대사 경로와 효소가 세균에만 고유하므로 선택적 독성을 갖는 약물의 매우 좋은 표적이 된다.^[10] 항생제 내성은 PBPs의 과다 생산과 페니실린에 대한 낮은 친화성을 가진 PBPs의 형성(락타마제 생성과 같은 다른 메커니즘 포함)을 통해 발생했다. 이러한 실험은 단백질에 다른 아미노산을 첨가하여 PBP의 구조를 변경하여 약물이 단백질과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 새로운 발견을 가능하게 한다. PBPs에 대한 연구는 새로운 반합성 β-락탐의 발견으로 이어졌으며, 여기서 원래 페니실린 분자의 측쇄를 변경하여 페니실린에 대한 PBPs의 친화력을 높여 내성이 발달하는 세균에 대한 효과를 증가시켰다.

4. 1. β-락탐계 항생제와의 결합

4. 2. 항생제 내성 기전

4. 3. 메티실린 내성 황색포도상구균 (MRSA)

4. 4. 연구의 중요성

참조

_[1] 논문 Crystal structures of penicillin-binding protein 3 from ''Pseudomonas aeruginosa'': comparison of native and antibiotic-bound forms 2011-01
_[2] 논문 Properties of the penicillin-binding proteins of ''Escherichia coli'' K12,. 1977-01
_[3] 논문 Purification and partial characterization of a penicillin-binding protein from ''Mycobacterium smegmatis''. 1992-07
_[4] 논문 Evolution of a family of metazoan active-site-serine enzymes from penicillin-binding proteins: a novel facet of the bacterial legacy 2008-01
_[5] 서적 Macromolecular Protein Complexes II: Structure and Function 2020-01
_[6] 논문 Morphological and ultrastructural changes in bacterial cells as an indicator of antibacterial mechanism of action https://zenodo.org/r[...] 2020-05-01
_[7] 논문 Bacillus subtilis cell diameter is determined by the opposing actions of two distinct cell wall synthetic systems 2019-05-13
_[8] 논문 Class-A penicillin binding proteins do not contribute to cell shape but repair cell-wall defects 2020-01-06
_[9] 논문 Isolation of the membrane-bound 26 000-Mr penicillin-binding protein of ''Streptomyces'' strain K15 in the form of a penicillin-sensitive D-alanyl-D-alanine-cleaving transpeptidase. 1982-10
_[10] 논문 Penicillin-binding protein-mediated resistance in pneumococci and staphylococci. 1999-03
_[11] 논문 Expression and inducibility in ''Staphylococcus aureus'' of the ''mecA'' gene, which encodes a methicillin-resistant ''S. aureus''-specific penicillin-binding protein 1989-05
_[12] 논문 Beta Lactam Antibiotics https://www.ncbi.nlm[...] 2020-05-01
_[13] 논문 Chapter 18 - Infectious Diseases https://www.scienced[...] 2020-05-01
_[14] 논문 Properties of the penicillin-binding proteins of Escherichia coli K12,.
_[15] 논문 Purification and partial characterization of a penicillin-binding protein from Mycobacterium smegmatis.
_[16] 논문 Evolution of a family of metazoan active-site-serine enzymes from penicillin-binding proteins: a novel facet of the bacterial legacy 2008
_[17] 논문 Properties of the penicillin-binding proteins of Escherichia coli K12,.
_[18] 논문 Purification and partial characterization of a penicillin-binding protein from Mycobacterium smegmatis.
_[19] 논문 Isolation of the membrane-bound 26 000-Mr penicillin-binding protein of Streptomyces strain K15 in the form of a penicillin-sensitive D-alanyl-D-alanine-cleaving transpeptidase.
_[20] 논문 Penicillin-binding protein-mediated resistance in pneumococci and staphylococci.