Дигидроптероатсинтетаза и синтез фолата у бактерий¶

Дигидроптероатсинтетаза (ДГПС, англ. dihydropteroate synthase, DHPS) — фермент класса лигаз (КФ 2.5.1.15), катализирующий ключевую реакцию биосинтеза фолата у бактерий и ряда простейших. Белок относится к семейству DHPS и обеспечивает присоединение пара-аминобензойной кислоты (ПАБК) к 6-гидроксиметил-7,8-дигидроптерину с образованием 7,8-дигидроптероата. У человека этот путь отсутствует, поэтому фермент служит мишенью антибактериальных и антипротозойных препаратов.

¶Реакция и место в пути

Фолатный путь у бактерий включает последовательность превращений:

1. ГТФ → 7,8-дигидронеоптерин-трифосфат → 6-гидроксиметил-7,8-дигидроптерин (ферменты folE, folB, folK).
2. 6-гидроксиметил-7,8-дигидроптерин + ПАБК → 7,8-дигидроптероат (ДГПС, folP).
3. Дигидроптероат + глутамат → дигидрофолат (дигидроптероатсинтаза/дигидрофолатсинтетаза, folC).
4. Дигидрофолат → тетрагидрофолат (дигидрофолатредуктаза, folA).

Тетрагидрофолат далее служит кофактором переноса одноуглеродных групп в синтезе тимидилата, пуринов, метионина, глицина и пантотената. Блокирование ДГПС приводит к остановке этих процессов и бактериостатическому эффекту.

ПАБК у большинства бактерий синтезируется эндогенно из хоризмата через pabA/pabB/pabC, тогда как некоторые виды (например, Streptococcus pneumoniae) зависят от внешнего источника. Это различие важно для понимания действия сульфаниламидов.

¶Структура и механизм

Фермент функционирует как гомодимер (у ряда видов — тетрамер). Каждый мономер содержит (β/α)₈-баррель (TIM-баррель) с активным центром на C-концевой стороне. Катализ включает нуклеофильную атаку карбоксильной группы ПАБК на метиленовую группу птерина; ионы Mg²⁺ или Mn²⁺ могут участвовать в ориентации субстрата. Фермент проявляет высокую консервативность среди эубактерий, что облегчает разработку ингибиторов широкого спектра.

¶Ингибиторы и клиническое значение

Основные классы соединений, подавляющих ДГПС:

• Сульфаниламиды (сульфаметоксазол, сульфадиазин, сульфасалазин) — структурные аналоги ПАБК, конкурентные ингибиторы.
• Сульфоны (дапсон) — применяются при лепре и пневмоцистной пневмонии.
• Комбинированные препараты — ко-тримоксазол (сульфаметоксазол + триметоприм) блокирует два последовательных этапа фолатного пути, усиливая эффект.

Избирательная токсичность основана на том, что человек получает фолат с пищей и не имеет ДГПС. Однако устойчивость бактерий к сульфаниламидам широко распространена: она возникает в результате мутаций в гене folP (замена аминокислот в активном центре), гиперпродукции ПАБК, а также приобретения альтернативных генов sul1, sul2, sul3, часто локализованных на плазмидах и интегронах.

¶Генетика и регуляция

Ген folP обычно входит в кластер с folB и folK и регулируется по механизму аттенюации или через рибопереключатели. У Escherichia coli экспрессия зависит от наличия фолата в среде. У Mycobacterium tuberculosis ДГПС кодируется геном folP1, мутации в котором связаны с устойчивостью к дапсону.

¶Применение в биотехнологии

Фермент используется как мишень в скрининге новых антимикробных агентов, а также в метаболической инженерии для повышения продукции фолата штаммами-продуцентами. Исследуются ингибиторы нетипичной структуры (например, производные птеридина), активные против устойчивых изолятов.

¶Перспективы

Рост антибиотикорезистентности стимулирует поиск соединений, действующих на ДГПС иначе, чем классические сульфаниламиды, — в том числе неконкурентных ингибиторов и двойных ингибиторов фолатного пути. Отдельное направление — изучение ферментов патогенных простейших (Plasmodium, Toxoplasma), где ДГПС также остаётся терапевтической мишенью.