Amidase

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

Abbildung 1. Hydrolyse eines Amids.

Daher sind die beiden Substrate des Enzyms Monocarbonsäureamid und H2O, und seine beiden Produkte sind Monocarbonsäuresalz und NH3. Dieses Enzym gehört zur Familie der Hydrolasen, die an Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen wirken, die keine Peptidbindungen sind, insbesondere in linearen Amiden. Der systematische Name dieser Enzymklasse ist Acylamid-Amid-Hydrolase. Andere gebräuchliche Namen sind Acylase, Acyltransferase, Amid-Hydrolase, Deaminase, Fettsäureacylase und N-Acetamidohydrolase. Das Enzym ist an 6 Stoffwechselwegen beteiligt: Harnstoffzyklus und Aminostoffwechsel, Phenylalanin-Stoffwechsel, Tryptophan-Stoffwechsel, Cyanosäureaminosäure-Stoffwechsel, Benzoat-Abbau und Styrol-Abbau durch CoA-Verknüpfung. Amidase enthält eine konservierte Sequenz von etwa 130 Aminosäuren, die als AS-Sequenz bezeichnet wird. Sie 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 in der Substratspezifität und Funktion aufweist. Diese Enzyme behalten jedoch die Kernstruktur α/β/α bei, wobei die Topologien der N-terminalen und C-terminalen Hälften ähnlich sind. AS-Enzyme sind durch eine hochkonservierte C-terminale Region gekennzeichnet, die reich an Serin- und Glycin-Resten ist, jedoch keine Aspartat- und Histidin-Reste enthält, sodass sie sich von klassischen Serin-Hydrolasen unterscheiden. Diese Enzyme haben eine einzigartige, hochkonservierte Ser-Ser-Lys-katalytische Triade für die Amid-Hydrolyse, obwohl der katalytische Mechanismus der Acylase-Intermediate-Bildung zwischen den Enzymen variieren kann.

β-Lactamase

Die Produktion von β-Lactamase ist der häufigste Mechanismus der bakteriellen Resistenz gegen (β-Lactame) antibakterielle Medikamente und ist weit verbreitet bei vielen wichtigen Krankheitserregern von community-acquired infections und Krankenhausinfektionen. Die Produktion von β-Lactamase ist der häufigste Mechanismus der Antibiotikaresistenz und macht 80 % der verschiedenen Resistenzmechanismen aus. Beta-Lactamasen sind eine Familie von Enzymen, die aus mehreren Enzymen bestehen, die Beta-Lactam-Antibiotika hydrolysieren können. Die Gene für diese Enzyme sind in den Chromosomen oder Plasmiden von Bakterien vorhanden.

Prinzip

β-Lactam-Antibiotika sind bakterizide Mittel, die die Bildung von Peptidoglycan in bakteriellen Zellwänden hemmen. Peptidoglycan bildet die Hauptstruktur der Zellwand, insbesondere der Zellwand von grampositiven Bakterien. Der letzte Schritt der Peptidoglycan-Synthese wird von Transpeptidase-Enzymen durchgeführt, die als Penicillin-bindende Proteine (PBPs) bezeichnet werden. Beta-Lactam-Antibiotika sind D-Alanyl-D-Alanin ähnlich, und ihre terminalen Aminosäuren werden an die Vorstufe NAM-NAG-Peptid-Einheit des sich bildenden Peptidoglycans adsorbiert. Die strukturelle Ähnlichkeit zwischen β-Lactam-Antibiotika und D-Alanyl-D-Alanin ermöglicht es ihnen, an die penicillin-bindenden Proteine zu binden. Der β-Lactam-Kern bindet irreversibel an die Ser403-Einheit des penicillin-bindenden Proteins. Diese irreversible Bindung macht das penicillin-bindende Protein unfähig, die sich bildende Peptidoglycan-Schicht zu verknüpfen. Darüber hinaus kann diese Bindung auch autolysierende Enzyme in der Zellwand aktivieren.

Abbildung 2. Struktur von β-Lactam.

Arzneimittelresistenz

β-Lactam-Antibiotika haben alle einen β-Lactam-Ring. Die Wirkung dieser Antibiotika hängt davon ab, ob sie die penicillin-bindenden Proteine vollständig erreichen können und ob sie an die penicillin-bindenden Proteine binden können. Daher haben Bakterien zwei Methoden, um sich gegen β-Lactam-Antibiotika zu wehren. Die Resistenzmethode besteht darin, Enzyme zu verwenden, um den β-Lactam-Ring zu hydrolysieren. Durch die Produktion von Enzymen wie β-Lactamase können Bakterien den β-Lactam-Ring in Antibiotika auflösen, wodurch die Antibiotika unwirksam werden. Die Gene für diese Enzyme können sich in den Chromosomen der Bakterien selbst befinden oder durch Plasmid-Austausch erworben werden. Ihre Genexpression kann nach der Exposition gegenüber Antibiotika begonnen haben.

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