La desacilación específica del tautómero y la flexibilidad del bucle Ω explican la actividad de amplio espectro de...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Microbiología

Sus antecedentes:

• La Klebsiella pneumoniae carbapenemasa-2 (KPC-2) es una serina-β-lactamasa (SBL) que confiere resistencia a los antibióticos β-lactámicos.
• Las SBLs hidrolizan los β-lactamas a través de intermediarios covalentes de acil-enzima, pero los carbapenemas generalmente forman intermediarios estables.
• KPC-2 desacila eficazmente los intermediarios ligados al carbapenem, contribuyendo así a la resistencia al carbapenem.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la base estructural de la actividad de amplio espectro de KPC-2 y la función de carbapenemasa.
• Investigar el mecanismo de desacilación eficiente de las acilenzimas de carbapenem por KPC-2.
• Comprender el papel del bucle Ω y los tautómeros de carbapenem en la hidrólisis mediada por KPC-2.

Principales métodos:

• Las estructuras cristalinas de alta resolución (1,25-1,4 Å) de las acilenzimas KPC-2 con varios β-lactamas (penicilinas, cefalosporinas, carbapenemas) se determinaron utilizando un mutante con deficiencia de desacilación (E166Q).
• Correlacionó la movilidad del bucle Ω (residuos 165-170) con las tasas de rotación de antibióticos (kcat).
• Se emplearon simulaciones de dinámica molecular de mecánica cuántica/molecular (QM/MM) con métodos de cadena adaptativa para analizar el mecanismo de desacilación de la enzima KPC-2:meropenem acil, centrándose en diferentes tautómeros.

Principales resultados:

• Las estructuras cristalinas revelaron el tautómero de imina Δ1-(2R) predominante en las acilenzimas derivadas de carbapenem.
• La movilidad del bucle Ω se correlacionó negativamente con las tasas de rotación de antibióticos, lo que indica su papel en el posicionamiento de los residuos catalíticos.
• Las simulaciones QM/MM mostraron una barrera de desacilación significativamente mayor para el tautómero de imina Δ1-(2R en comparación con el tautómero de enamina Δ2 (diferencia de 7 kcal/mol).

Conclusiones:

• El bucle Ω flexible en KPC-2 contribuye a su actividad de amplio espectro contra varios β-lactamas.
• La actividad eficiente de la carbapenemasa está mediada principalmente por la desacilación del tautómero de la enzima acilo Δ2-enamina.
• Las redes de enlaces de hidrógeno y los estados de protonación específicos del tautómero facilitan la desacilación de los carbapenemas por KPC-2.