Amidase

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In der Enzymologie ist eine Amidase ein Enzym, das die Hydrolyse eines Amids katalysiert:

Abbildung 1. Hydrolyse eines Amids.

Dementsprechend sind die beiden Substrate des Enzyms ein Monocarbonsäureamid und H2O, und die beiden Produkte sind ein Monocarbonsäuresalz und NH3. Dieses Enzym gehört zur Familie der Hydrolasen, die auf Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen außerhalb von Peptidbindungen wirken, insbesondere in linearen Amiden. Der systematische Name dieser Enzymklasse lautet Acylamid-Amid-Hydrolase. Weitere gebräuchliche Bezeichnungen sind u. a. Acylase, Acyltransferase, Amid-Hydrolase, Deaminase, Fettsäure-Acylase und N-Acetamidohydrolase. Das Enzym ist an sechs Stoffwechselwegen beteiligt: Harnstoffzyklus und Aminostoffwechsel, Phenylalanin-Stoffwechsel, Tryptophan-Stoffwechsel, Cyanoaminosäure-Stoffwechsel, Benzoatabbau sowie Styrolabbau über CoA-Verknüpfung. Amidase enthält eine konservierte Sequenz von etwa 130 Aminosäuren, die als AS-Sequenz bezeichnet wird. Diese Enzyme sind sehr verbreitet und kommen sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten vor. AS-Enzyme katalysieren die Hydrolyse von Amidbindungen (CO-NH2), obwohl diese Familie große Unterschiede hinsichtlich Substratspezifität und Funktion aufweist. Dennoch behalten diese Enzyme die zentrale α/β/α-Struktur bei, wobei die Topologien der N-terminalen und C-terminalen Hälfte ähnlich sind. AS-Enzyme zeichnen sich durch eine hochkonservierte C-terminale Region aus, die reich an Serin- und Glycinresten ist, jedoch keine Aspartat- und Histidinreste enthält; dadurch unterscheiden sie sich von klassischen Serin-Hydrolasen. Diese Enzyme besitzen eine einzigartige, hochkonservierte Ser-Ser-Lys-katalytische Triade für die Amidhydrolyse, wenngleich sich der katalytische Mechanismus der Bildung von Acylase-Intermediaten zwischen den Enzymen unterscheiden kann.

β-Laktamase

Die Produktion von β-Laktamasen ist der häufigste Mechanismus bakterieller Resistenz gegenüber (β-Laktam-)Antibiotika und ist bei vielen wichtigen Erregern von ambulant erworbenen Infektionen sowie nosokomialen Infektionen weit verbreitet. Die Produktion von β-Laktamasen ist der häufigste Mechanismus der Antibiotikaresistenz und macht 80 % der verschiedenen Resistenzmechanismen aus. β-Laktamasen sind eine Enzymfamilie, die aus mehreren Enzymen besteht, welche β-Laktam-Antibiotika hydrolysieren können. Die Gene für diese Enzyme befinden sich auf den Chromosomen oder Plasmiden von Bakterien.

Prinzip

β-Laktam-Antibiotika sind bakterizide Wirkstoffe, die die Bildung von Peptidoglykan in bakteriellen Zellwänden hemmen. Peptidoglykan bildet die Hauptstruktur der Zellwand, insbesondere der Zellwand grampositiver Bakterien. Der letzte Schritt der Peptidoglykan-Synthese wird durch Transpeptidase-Enzyme, sogenannte Penicillin-bindende Proteine (PBPs), katalysiert. β-Laktam-Antibiotika ähneln D-Alanyl-D-Alanin, und ihre terminalen Aminosäuren werden an die Vorstufe der NAM-NAG-Peptideinheit des sich bildenden Peptidoglykan adsorbiert. Die strukturelle Ähnlichkeit zwischen β-Laktam-Antibiotika und D-Alanyl-D-Alanin ermöglicht die Bindung an Penicillin-bindende Proteine. Der β-Laktam-Kern bindet irreversibel an die Ser403-Einheit des Penicillin-bindenden Proteins. Diese irreversible Bindung verhindert, dass das Penicillin-bindende Protein die sich bildende Peptidoglykan-Schicht verknüpfen kann. Darüber hinaus kann diese Bindung auch autolysierende Enzyme in der Zellwand aktivieren.

Abbildung 2. Struktur von β-Laktam.

Arzneimittelresistenz

Alle β-Laktam-Antibiotika besitzen einen β-Laktam-Ring. Die Wirksamkeit dieser Antibiotika hängt davon ab, ob sie die Penicillin-bindenden Proteine vollständig erreichen und ob sie an diese binden können. Daher verfügen Bakterien über zwei Mechanismen zur Abwehr von β-Laktam-Antibiotika. Ein Resistenzmechanismus besteht darin, Enzyme zur Hydrolyse des β-Laktam-Rings einzusetzen. Durch die Produktion von Enzymen wie β-Laktamase können Bakterien den β-Laktam-Ring in Antibiotika spalten und die Antibiotika dadurch unwirksam machen. Die Gene für diese Enzyme können auf den Chromosomen der Bakterien selbst liegen oder durch Plasmidaustausch erworben werden. Die Genexpression kann nach Exposition gegenüber Antibiotika induziert worden sein.

Referenz

1. Wei BQ.; et al. A second fatty acid amide hydrolase with variable distribution among placental mammals. J. Biol. Chem. 2006, 281 (48): 36569–78