25.18. Антибиотики - ингибиторы транскрипции: рифамицин и актиномицин

Антибиотики - очень интересные молекулы, так как многие из них представляют собой весьма специфические ингибиторы биологических процессов. Актиномицин и рифамицин - два антибиотика, ингибирующих транскрипцию совершенно различным путем. Рифамицин, образуемый бактериями Streptomyces, и его полусинтетическое производное рифампицин специфически ингибируют инициацию синтеза РНК.

Рис. 25.20. При расщеплении этого первичного транскрипта образуются молекулы и одна молекула тРНК. Спейсерные участки закрашены желтым цветом.

Эти антибиотики не предотвращают связывания РНК-полимеразы с ДНК-матрицей. Ри-фампицин препятствует образованию первой фосфодиэфирной связи в цепи РНК. При этом антибиотик практически не влияет на элонгацию цепи. Столь высокая избирательность ингибирующего действия делает рифампицин ценным инструментом в молекулярно-биологических исследованиях. Например, его можно использовать для подавления инициации новых цепей РНК, не затрагивая транскрипции тех цепей, синтез которых уже начался. Мишенью для рифампицина, видимо, служит в-субъединица РНК-полимеразы. Были выделены мутанты Е. coli, устойчивые к рифампицину (так называемые rifr-мутанты). В некоторых из них электрофоретическая подвижность в-субъединицы изменена.

Механизм действия актиномицина

держащего полипептиды антибиотика, продуцируемого микроорганизмом Streptomyces) совершенно отличен от механизма действия рифампицина. Актиномицин D прочно связывается с двухспиральной ДНК и за счет этого подавляет ее активность в качестве матрицы для синтеза РНК. Он состоит из двух идентичных циклических пептидов, соединенных феноксазоновой системой колец (рис. 25.22). Состав этих циклических пептидов необычен: они содержат саркозин, метилвалин и D-валин. Кроме того, в их молекуле имеется

Рис. 25.21. Пространственная модель структуры актиномицина Феноксазоновое кольцо обозначено красным цветом, циклические пептиды - желтым. (По рисунку, любезно предоставленному д-ром Henry Sobell.)

эфирная связь между гидроксильной группой треонина и карбоксильной группой метилвалина.

Актиномицин D прочно связывается с двухспиральной ДНК, но не с одноцепочечными ДНК или РНК, двухспиральной РНК или РНК-ДНК-гибридами. Кроме того, связывание актиномицина с ДНК заметно усиливается с увеличением содержания остатков гуанина. Спектроскопические и гидродинамические исследования комплексов актиномицина свидетельствуют о том, что феноксазоновое кольцо актиномицина проникает в ДНК между двумя соседними парами оснований. Такой способ связывания называется интеркаляцией (рис. 25.23). При низких концентрациях актиномицин D ингибирует транскрипцию, не оказывая сколько-нибудь существенного влияния на репликацию ДНК. На синтез белка непосредственно актиномицин также не влияет. Благодаря этому актиномицин D широко использовался в качестве специфического ингибитора образования новых РНК как в прокариотических, так и в эукариотических клетках.

Недавно структура кристаллического комплекса одной молекулы актиномицина с двумя молекулами дезоксигуанозина была изучена на уровне атомного разрешения (рис. 25.23). В этом комплексе феноксазоновое кольцо актиномицина зажато между двумя гуаниновыми кольцами. Один из циклических пептидов расположен над феноксазоновым кольцом, другой - под ним. Каждый из этих пептидов образует сильные водородные связи с -аминогруп-пой гуанинового остатка. Между антибиотиком и нуклеозидами осуществляется много энергетически выгодных вандерваальсовых взаимодействий. Важная особенность этого комплекса состоит в том, что он почти симметричен. Ось симметрии второго порядка проходит вдоль линии, соединяющей средние атомы феноксазонового кольца. Конформация всего комплекса показывает, что актиномицин узнает в ДНК последовательность оснований Обратите внимание, что если в одной цепи ДНК имеется последовательность то в комплементарной цепи последовательность будет По-видимому, актиномицин интеркалирует в ДНК между двумя GC-парами оснований и взаимодействует с остатками G в основном таким же образом, как и в комплексе с динуклеотидом. Согласно этой модели, циклические пептидные остатки локализованы в малой бороздке спирали ДНК. Главная особенность этой модели состоит в том, что симметрия молекулы актиномицина соответствует симметрии определенной последовательности в ДНК.