Post on 27-Dec-2015
-‐Grupo numeroso y diverso de metabolitos secundarios que se biosinte6zan a través de la condensación de varias unidades derivadas de ácidos carboxílicos pequeños. -‐Su biosíntesis es catalizada por enzimas denominadas “Policé'do-‐Sintasas”.
POLICÉTIDOS O POLIQUÉTIDOS
-‐ Se biosinte6zan en plantas, hongos, animales y bacterias, principalmente en ac6nomicetos
-‐ Poseen propiedades biológicas de interés medicinal y agroquímico
POLICÉTIDOS
CLASIFICACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS
• Ácidos Grasos y Derivados • Polienos • Poliéteres • Macrólidas y Lactamas • Policé6dos Aromá6cos • Otros
COOH
OOH
HOO
O
OH
1516
trans cistreoeritro
192024
23
14
35
37
(CH2)8 O O(CH2)9CH3
O
O
OH
OH
HO CH3
34
C
OHO
HNOH
OHCH2OHn
n
( )
( )
OCOOMe
O
HO
HO OH
O
O
HO
O
OH
Ácidos Grasos y Derivados
prostanoides lactonas
acetogeninas
furanos ceramidas
Polienos
POLIÉTERES
MAITOTOXINA
POLIÉTERES
Brevetoxina A Toxina aislada de Gymnodimium breve
POLIÉTERES IONÓFOROS
NONACTINA MONESINA
POLIÉTERES IONÓFOROS
MACRÓLIDAS
MACRÓLIDAS
MACROLACTAMAS
POLICETIDOS AROMÁTICOS
OH
O
O
NAFTALENO γ-PIRONA NAFTOQUINONA
OMe OMe
O
OH O
HO
OH
OHHO
OH
COOHHO
OH
OHHO
O
C6 C6C2 C6C1
POLICÉTIDOS AROMÁTICOS
isocromano isocumarina
aflatoxina B1 xantona
O
HO
OH
HOOCO
O
O
OMe
O
O
O
OO
O OH
HO
HOCO
POLICETIDOS AROMÁTICOS
OMe
O
Me
O
OOMe
Cl
MeO
O
O
OH OH
COOH
HO MeO
O OHOH
O
O
O
OH Me
COOH
griseofulvina (grisano) reina (antraquinona)
rabelomicina (benzo[a]antraquinona)
kalafungina (benzoisocromanoquinona)
POLICETIDOS AROMÁTICOS –continuación-
O
O OHO
OMe
COOMe
OH
OH
OH
MeO
Me
tetracenomicina C (antraciclina)
O OH
OH
CONH2
Cl
O
NMe2
OH
OH
O
O
O
HO
COOH
O
clorotetraciclina (tetraciclina)
depsidona dépsido
O
O
HO
COOH
OHOH
POLICETIDOS AROMÁTICOS
ácido úsnico benzofenona
O
O
O
OHOH
HO
O
OHCOOH
OHOOH
O
OH
cannabinoides
O
O
flavonoides
COOH
OHO
HO
●
ácido estipitatico
O
OCH3
O6
54
32
1
7
ácido penicilínico
O
HO O
MeH
O
O
Me
Me
H
estatinas
OTROS
Antibióticos Eritromicinas Rifamicinas Tetraciclinas
Antifungicos Anfotericinas Nistatina Griseofulvina
Antitumorales Adriamicina Daunorubicina Enedinas
Hipocolesterolemiantes Mevastatina Zocor
Inmunosupresores FK506 Rapamicina
Productos de uso veterinario Avermectina Tilosina Monensina
POLICÉTIDOS DE IMPORTANCIA MEDICINAL
-Grupo numeroso y d iverso de metabol i tos secundarios que se b i o s i n t e t i z a n a t r a v é s d e l a condensación de varias unidades derivadas de ácidos carboxílicos pequeños. Una de estas unidades actua como unidad de iniciación y las otras como unidades de extensión.
POLICÉTIDOS O POLIQUÉTIDOS
UNIDADES DE INICIACIÓN Y EXTENSIÓN (O ALARGAMIENTO)
Acetil CoA
PKS
SCoA
O
octanoil CoA
Isovaleroil CoA
isobutiroil CoA
propionil CoA
SCoA
O
CoAS
O
SCoA
O
hexanoil CoA
SCoA
O
acetil CoA
SCoA
O
SCoA
OO
acetoacetil CoA
CoAS
O
butiroil CoA
SCoA
O
HO
O
SCoA
O
HO
O
COSCoAHOOC
etilmalonil CoA
metilmalonil CoA
malonil CoA
SCoA
O
Malonil CoA
FAS
SCoA
O
HO
O
UNIDADES DE INICIACIÓN Y EXTENSIÓN (O ALARGAMIENTO) -continuación-
CoAS
O
cinamoil CoA
PKS
CoAS
O
OH
OCH3
CoAS
O
OH
p-cumaroil CoA
CoAS
O
OH
OH
cafeoil CoA feruloil CoA
SCoA
O
benzoil CoA
SCoA
O
N
H
N-metil antraniloil CoA
malonil CoA
metilmalonil CoA
SCoA
O
HO
O
SCoA
O
HO
O
COSCoAHOOC
etilmalonil CoA
piruvato
L-leucina
Me COOH
Me O
ácido 4-metil-2-oxopentanoico
MeCOSCoA
Me
ácido 3-metil-butanoico
acetil CoA
Me COOH
NH2Me
Formación de Acetil y Malonil CoA
malonil CoA
MeCOSCoA
HOOC-CH2-COSCoA
CO2 y biotina
MeCOOH
Me
O
MeCOOH
NH2
Me
Me COSCoA
Me
2-metilpropanoil CoA ácido 3-metil-2-oxobutanoico L-valina
2-metil-2-propenoil CoA
H2C COSCoA
Me
COSCoA
Me
HOOC
metilmalonil CoA
Formación de metil malonil CoA
CH3CH2COSCoA
CO2 y biotina
Propionil CoA
REACCIONES QUE PERMITEN LA FORMACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS
1. Reacciones catalizadas por las policétidos sintasas (tipos I-III) y que son similares a las de la síntesis de ácidos grasos
REACCIONES QUE PERMITEN LA FORMACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS
2. Reacciones complementarias que tienen lugar después de la formación del policétido primario en el seno de las sintasas:
- Metilaciones (metil transferasas) - Formacion de glicósidos (glicosil transferasas) - Reducciones (reductasas dependientes de NADPH) - Oxidaciones (mono y dioxigenasas dependientes de
citocromo P-450)
-LAS SINTASAS DE LOS POLICÉTIDOS (PKS) GUARDAN UNA GRAN SIMILITUD CON LAS SINTASAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS (FAS) -LAS PKS PRESENTAN, ENTRE OTROS, LOS DOMINIOS CATALÍTICOS DE LAS FAS
SINTASAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS VS SINTASAS DE LOS POLICÉTIDOS
Los sitios catalíticos o proteínas funcionales de las FAS son los siguientes: Acil transferasa (AT) y Malonil transferasa (MAT) Cetosintasa (KS) Proteína accarreadora de acilos (ACP) Cetoreductasa (KR) Deshidratasa (DH) Reductasa de enoilo (ER) Tioestearasa (TE)
CLASIFICACIÓN DE LAS SINTASAS DE POLICÉTIDO
• TIPO I: -Iterativa -Modular (cada ciclo de elongación
tiene lugar en un dominio o módulo separado) -Bacterias y hongos
• Tipo II: Iterativa
• Tipo III: Iterativa y carece de ACP
LAS SINTASAS DE LOS TIPOS I Y II CONTIENEN UNA CADENA DE FOSFOPANTEINA EN LA ACP DONDE SE ACOMODA EL POLICÉTIDO EN FORMACIÓN
LAS PKS TIPO I MODULARES TIENEN UN MODULO DISTINTO POR CADA CICLO DE ELONGACIÓN DE LA CADENA POLICETÍDICA
Son agregados supramoleculares de dos o mas cadenas peptídicas. La DEBS contiene tres módulos de 350 KDa linealmente organizados; cada uno catalizando un proceso completo de elongación
MODULOS DE UNA POLICÉTIDO SINTASA TIPO I
POLICÉTIDO SINTASA TIPO I (ITERATIVA)
O
HO O
MeH
O
O
Me
Me
H
OH
COOH
6-MSA
lovastatina
Proteínas multifuncionales, organizadas en un solo modulo, que actúan en mas de un proceso de extensión. Algunas como la sintasa del 6-MSA carece del dominio TE.
POLICÉTIDO SINTASAS TIPO II
O
N(CH3)2
OHOH O
OH
CONH2
OH
HO
OOH
MeO
OH
O
OMe O OH
O
OH
OH O
OH
OH
antraquinona tetraciclina antraciclina
Complejos multienzimáticos constituidos por proteínas monofuncionales (ocasionalmente bifuncionales) que catalizan la formación de policétidos aromáticos policíclicos. Un mismo sitio catalítico actúa en varias ocasiones a lo largo de un proceso biosintético. Carecen de un dominio AT, pero tienen actividad acarreadora de acilos
POLICÉTIDO SINTASAS TIPO II
POLICETIDO SINTASA TIPO III
O
HO
HO
OH
HO
HO
OH
OH
resveratrol
chalcona
Enzimas pequeñas constituidas por un polipéptido modesto. Carecen de la cadena de fosfopanteína
POLICETIDO SINTASA TIPO III
B. Shen, Current Opinion in Chemical Biology, 7, 285 (2003)
LA BIOSÍNTESIS DE LOS POLICÉTIDOS TIENE ALGUNAS SIMILITUDES CON LA DE LOS ACIDOS GRASOS, PROCESO CATALIZADO POR LAS SINTASAS DE ÁCIDOS GRASOS (FAS)
H S C H 2 C H 2 N H C O
C H 2 C H 2 N H C O
C H O H
C C H 3
C H 3 C H 2 O
N
N
N
N N H 2
O
O P O - O O -
O H
P O
O - O P
O
O - O H 2 C
Coenzima A
Brazo de Panteteína
2 nm
Los ácidos precursores son transferidos a la enzima sintasa correspondiente bajo la forma de tioésteres de la coenzima A
O
O
C H 2 C
C S
O H
A C P
S
K S
S
H 3 C C
S O
REACCIONES DE LA BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
Una unidad de malonil * es transferida a la ACP (proteína acarreadora de acilo).
La AT y MT transfieren un grupo acilo de la CoA al sitio activo de la KS (cetosintasa)
O O
C H 2 C
C S
O H
A C P S
K S S
H 3 C C
S O
C H 2 C
C S
O C
H 3 C O
A C P S
K S S H
+ C O 2
La condensación de las dos unidades genera un intermediario de tipo β-cetoácido que permanece unido a la ACP
K R
D H
E R C
H 2 C C
S O
C H 2
H 3 C
A C P
S
C H 2 C
C S
O
C H 3 C
O
S
A C P
S
C H 2 C
C S
O
C H 3 C
O H H
A C P
S
C H C
C S
O
C H H 3 C
A C P
S
El grupo ceto se convierte en metileno a través de una reducción del grupo ceto , deshiratación y una reduccion de la doble ligadura
Las dos etapas de reducción requieren NADH
KR= cetoreductasa DH= deshidratasa ER= enoilreductasa
C H 2 C
C S
O O
O
H
A C P
S
K S
S H
+ C O 2 C
H 2 C C
S O
C H 3 C
O
C H 2
H 3 C
A C P
S
H 3 C C
S O
C H 2
H 3 C
K S
S
La cadena creciente se transfiere a la KS para la adición de otra unidad C2 y, así sucesivamente
K R
D H
E R C
H 2 C C
S O
C H 2
H 3 C C H 2
H 3 C
A C P
S
C H 2 C
C S
O
C H 3 C
O
C H 2
H 3 C
S
A C P
S
C H 2 C
C S
O
C H 3 C
O H H
C H 2
H 3 C
A C P
S
C H C
C S
O
C H H 3 C
C H 2
H 3 C
A C P
S
TE
Acido graso libre
BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
OH
COOH
-La biosíntesis es catalizada por la sintasa del 6-MSA (MSAS)
BIOSÍNTESIS DEL 6-MSA
-Metabolito fúngico biosintetizado en varias especies de Penicillium y otros hongos
NADPH
OH
COOH - CO2
- CO2
- H2O
- CO2
ciclización
Acido 6-MSA
S
OO
OHCoA OO
SCoA
S
O
CoA
S
OO
OHCoA
O O O
SCoA O O
SCoA
O O
S
OH
CoA
S
OO O
CoA
+
BIOSINTESIS DEL 6-MSA
S
OO
OH
KS
ACP
SH O O
S
OHKS
ACP
SH O O
S
KS
ACP
KS
ACP SH
SH
KS
ACP
S
O
S
OO
OH
KS
ACP
SH OO
SKS
ACP SH
OO
S
OO
S
KS
ACP
SH
S
OO O
KS
ACP SH
O O
S
KS
ACP S
OO
OH
O O
S
KS
ACP
SH O O O
S
KS
ACP
SH OHO
S
OH
COOH
AcCoA MalCoA (AT)
- CO2 MalCoA
- CO2
NADPH
-H2O
MalCoA
- CO2
ciclización
(TE)
Acido 6-MSA
(DH)
(ER)
TRABAJOS INICIALES SOBRE LA BIOSÍNTESIS DEL 6-MSA
CH3CO2NaOH
COOHCOOH
OO
O
CH3CO2Na OH
COOH
OH
COOH
Experimentos con precursores marcados con isótopos
CH3CO2Na
= 13C
0 % 80 % 90 % 70 %
Vista parcial del espectro de RMN 13C del 6-MAS
Experimentos con precursores marcados con isótopos
OH
COOH
CD3
D
D
OH
COOH
CDH2
D
D
CD3CO2Na
CDH2CO2Na
La distribución equivalente de deuterio en los carbonos C-3 y C-5, al administrar acetato marcado con deuterio en C-2, indicó que el la aromatización del intermediario inmediato al ácido 6-MSA es estereoespecífica y no involucra un proceso de enolización
C. Abell; J. Staunton, Chem. Commun., 1984,1005, y referencias allí citadas
Vista parcial del espectro de RMN 13C del 6-MAS
Espectro de RMN D del 6-MAS marcado con D y 13C