Фермент MurA и синтез пептидогликана¶

Фермент MurA (уридиндифосфат-N-ацетилглюкозамин-енолпирувилтрансфераза, EC 2.5.1.7) — бактериальный фермент, катализирующий первую стадию цитоплазматического этапа биосинтеза пептидогликана (муреина) — ключевого компонента клеточной стенки большинства бактерий. Относится к классу трансфераз, семейству енолпирувилтрансфераз. Уникальность MurA для прокариот делает его мишенью антибактериальных препаратов.

¶Реакция и механизм

MurA переносит енолпирувильную группу с фосфоенолпирувата (ФЕП) на 3'-гидроксильную группу UDP-N-ацетилглюкозамина (UDP-GlcNAc), образуя UDP-N-ацетилглюкозамин-енолпируват (UDP-GlcNAc-EP) и неорганический фосфат. Это первый шаг, вводящий в молекулу будущего пептидогликана лактильный остаток.

Механизм включает образование ковалентного интермедиата: остаток цистеина в активном центре (Cys115 у Escherichia coli) атакует ФЕП, после чего енолпирувильная группа переносится на субстрат. Фермент ингибируется по механизму «медленного связывания» антибиотиком фосфомицином, который структурно имитирует ФЕП и необратимо алкилирует тот же цистеин.

¶Структура

MurA — мономерный белок массой около 44–48 кДа. Пространственная структура состоит из двух доменов, разделённых щелью, в которой расположен активный центр. Связывание субстрата сопровождается значительным конформационным изменением — переходом от «открытой» к «закрытой» форме. Каталитический цистеин локализован в подвижной петле. У ряда грамположительных бактерий, например Streptococcus pneumoniae, встречается второй паралог фермента (MurA2), устойчивый к фосфомицину.

¶Место в биосинтезе пептидогликана

Пептидогликан — сетчатый полимер, состоящий из чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина (GlcNAc) и N-ацетилмурамовой кислоты (MurNAc), сшитых короткими пептидами. Его синтез протекает в несколько этапов:

1. Цитоплазматический этап. Из UDP-GlcNAc последовательно образуются UDP-MurNAc под действием MurA и MurB, затем к нему присоединяются аминокислоты (MurC–MurF).
2. Мембранный этап. С участием MraY и MurG формируется липид II, переносящийся через мембрану.
3. Внеклеточный этап. Трансгликозилирование и транспептидирование (пенициллинсвязывающие белки) сшивают цепи в единый мешок.

MurA катализирует самую первую, лимитирующую стадию всего пути, поэтому его активность критична для роста и деления клетки.

¶Ингибиторы и клиническое значение

Основной природный ингибитор MurA — фосфомицин, антибиотик широкого спектра действия, применяемый при неосложнённых инфекциях мочевыводящих путей. Он образует ковалентную связь с каталитическим цистеином. Устойчивость к фосфомицину связана с мутациями в гене murA (замена Cys115), гиперпродукцией фермента или снижением его транспорта в клетку.

Поскольку пептидогликан отсутствует у эукариот, ферменты его биосинтеза, включая MurA, рассматриваются как селективные мишени для новых антибактериальных средств. Ведутся исследования непептидных и природных ингибиторов, способных преодолеть существующую резистентность.

¶Распространение

Ген murA присутствует практически у всех бактерий, имеющих клеточную стенку муреинового типа (грамотрицательные и грамположительные). У микоплазм и некоторых внутриклеточных паразитов путь редуцирован. У архей и эукариот гомологов фермента нет, что подтверждает его прокариотическую специфичность.