Zeitschrift für Thermodynamik und Katalyse
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Abstrakt

Auswirkungen der Protonenbindung auf die thermodynamischen Eigenschaften von Enzym-Antibiotikum-Komplexen der Aminoglycosid-Nukleotidyltransferase (2³)-Ia

Edward Wright und Engin H. Serpersu

Aminoglykosid-Nukleotidyltransferase(2″)-Ia (ANT) katalysiert die kovalente Modifikation bestimmter Aminoglykosid-Antibiotika und verleiht Bakterien, die dieses Enzym besitzen, Resistenz. Es wurden Experimente mittels isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) mit zwei strukturell ähnlichen Substraten (Kanamycin A und Kanamycin B) und einem strukturell unterschiedlichen Inhibitor (Neomycin) durchgeführt, um die Auswirkungen von pH-Wert und Protonenbindung auf die thermodynamischen Eigenschaften von Enzym-Aminoglykosid-Komplexen zu bestimmen. Die Daten zeigten, dass es zu einer Abnahme des pKa-Werts für eine oder mehrere Carboxylgruppen des Enzyms kommt, das mit der 2′-Aminogruppe von Neomycin oder Kanamycin B interagiert. Der Protonierungszustand dieser Stelle hatte eine signifikante Wirkung auf die Bindungsaffinität des Liganden an ANT. ITC-Experimente zeigten auch, dass der Affinitätsverlust bei höheren pH-Werten bei Neomycin nicht so ausgeprägt war wie bei Kanamycinen. Dieser Unterschied ist das Ergebnis höherer pKa-Werte für freies Neomycin, die im ANT-Neomycin-Komplex nach oben verschoben sind. Die Abnahme der Affinität und die Unterschiede in der bindungsbedingten Protonierung oberhalb und unterhalb des pH-Optimums können nicht vollständig durch diese beiden Faktoren erklärt werden. Daher beinhaltet die Bildung von ANT-Aminoglykosid-Komplexen die Protonierung und Deprotonierung mehrerer funktioneller Gruppen sowohl am Liganden als auch am Enzym, die ebenfalls zum pH-Profil der Komplexbildung beitragen.