Nichtribosomales Peptid

Ein nichtribosomales Peptid (NRP, englisch non-ribosomal peptide) ist ein Peptid, das nicht an Ribosomen synthetisiert wurde, sondern als Sekundärmetabolit durch bestimmte Enzyme, die nichtribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS).

Im Gegensatz zu einem nichtribosomalen Peptid werden die meisten Peptide und Proteine in einer Zelle ribosomal per Proteinbiosynthese erzeugt, aus proteinogenen Aminosäuren nach Vorgabe genetischer Information. Auf diesem Weg entstehen auch die enzymatisch wirksamen Proteine, deren Komplexe als nichtribosomale Peptidsynthetasen bezeichnet werden. Solche NRPS kommen in verschiedenen Arten von Archaeen, Bakterien, Pilzen und beispielsweise auch bei Nacktkiemern vor. Diese Peptidsynthetasen ermöglichen Organismen den Aufbau von Peptiden außerhalb genetisch codierter Sequenzen, so auch aus nichtproteinogenen Aminosäuren, mit hoher struktureller Diversität und für mannigfaltige biologische Aktivitäten – als nichtribosomale Peptidsynthese.

Eigenschaften

Nichtribosomale Peptide sind Oligopeptide oder kleinere Polypeptide, die unabhängig von einer RNA-Vorlage durch nichtribosomale Peptidsynthetasen erzeugt werden. Die bisher bekannten bestehen aus bis zu 50 Aminosäuren. Die Biosynthese erfolgt meist schrittweise durch modulare Multienzymkomplexe und ist dabei für das jeweilige Peptid insofern spezifisch, als eine Synthetase nur bestimmte Syntheseschritte katalysieren kann. Bei der nichtribosomalen Peptidsynthese werden oft untypische Aminosäuren als Bausteine verwendet, z. B. D-Aminosäuren, β-Aminosäuren oder modifizierte Aminosäuren, teilweise werden auch Fettsäuren verwendet. Die Primärstruktur kann linear sein, doch sind Verzweigungen, Verbrückungen und Zyklisierungen nicht selten, auch heterozyklische und polyzyklische Peptide kommen vor. NRP besitzen unterschiedliche Funktionen, z. B. als Antibiotikum, Pigmente (Indigoidin), Siderophore (Enterobactin, Myxochelin A, Pyoverdine) oder Toxine (Microcystin, Nodularin, Cyanotoxin, HC-toxin, AM-toxin, Victorin). Einige NRP sind Virulenzfaktoren.

NRP sind in der frei zugänglichen Datenbank NORINE verzeichnet.

Anwendungen

Einige Antibiotika und deren Vorläufermoleküle (Actinomycin, Bacitracin, Daptomycin, Vancomycin, Tyrothricin und Tyrocidin, Gramicidin, Zwittermicin A, ACV-Tripeptid, Teixobactin), Zytostatika (Epothilone, Bleomycin) und Immunsuppressiva (Cyclosporin A) sind nichtribosomale Peptide. Durch ein Proteindesign können nichtribosomale Peptidsynthetasen gezielt verändert werden.

Literatur

• Dirk Schwarzer, Robert Finking, Mohamed A. Marahiel: Nonribosomal peptides: from genes to products. In: Nat Prod Rep. 20. Jahrgang, Nr. 3, 2003, S. 275–87, doi:10.1039/b111145k, PMID 12828367. 
• Mohamed A. Marahiel, Torsten Stachelhaus, Henning D. Mootz: Modular Peptide Synthetases Involved in Nonribosomal Peptide Synthesis. In: Chem. Rev. 97. Jahrgang, Nr. 7, 1997, S. 2651–2674, doi:10.1021/cr960029e, PMID 11851476. 

Einzelnachweise

1. Li-Xin Dai: Organic chemistry: breakthroughs and perspectives. Hrsg.: Kuiling Ding. Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2012, ISBN 978-3-527-33377-6. 
2. Hao Wang, David Fewer, Liisa Holm, Leo Rouhiainen, Kaarina Sivonena: Atlas of nonribosomal peptide and polyketide biosynthetic pathways reveals common occurrence of nonmodular enzymes. In: Proc Natl Acad Sci USA. Band 111. Jahrgang, Nr. 25, Juni 2014, S. 9259–9264, PMC 4078802 (freier Volltext). 
3. siehe Eintrag Polytheonamide B in der Datenbank NORINE.
4. Segolene Caboche, Maude Pupin, Valerie Leclere, Arnaud Fontaine, Philippe Jacques and Gregory Kucherov: NORINE: a database of nonribosomal peptides. In: Nucleic Acids Research. 36(Database issue). Jahrgang, Database issue, 2008, S. D326–31, doi:10.1093/nar/gkm792, PMID 17913739, PMC 2238963 (freier Volltext). 
5. M. A. Marahiel: Working outside the protein-synthesis rules: insights into non-ribosomal peptide synthesis. In: Journal of peptide science : an official publication of the European Peptide Society. Band 15, Nummer 12, Dezember 2009, S. 799–807, ISSN 1099-1387. doi:10.1002/psc.1183. PMID 19827002.
6. M. J. Calcott, J. G. Owen, I. L. Lamont, D. F. Ackerley: Biosynthesis of novel pyoverdines by domain substitution in a non-ribosomal peptide synthetase of Pseudomonas aeruginosa. In: Applied and environmental microbiology. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Juli 2014, ISSN 1098-5336. doi:10.1128/AEM.01453-14. PMID 25015884.
7. J.D. Walton: HC-toxin. In: Phytochemistry. 67. Jahrgang, Nr. 14, 2006, S. 1406–1413, doi:10.1016/j.phytochem.2006.05.033, PMID 16839576. 
8. R.D. Johnson, L. Johnson, Y. Itoh, M. Kodama, H. Otani, and K. Kohmoto: Cloning and Characterization of a Cyclic Peptide Synthetase Gene from Alternaria alternata Apple Pathotype Whose Product Is Involved in AM-Toxin Synthesis and Pathogenicity. In: Molecular Plant-Microbe Interactions. 13. Jahrgang, Nr. 7, 2000, S. 742–753, doi:10.1094/MPMI.2000.13.7.742, PMID 10875335. 
9. J. D. Walton: Host-selective toxins: agents of compatibility. In: The Plant cell. Band 8, Nummer 10, Oktober 1996, S. 1723–1733, ISSN 1040-4651. doi:10.1105/tpc.8.10.1723. PMID 8914323. PMC 161310 (freier Volltext).
10. M. J. Calcott, J. G. Owen, I. L. Lamont, D. F. Ackerley: Biosynthesis of novel pyoverdines by domain substitution in a non-ribosomal peptide synthetase of Pseudomonas aeruginosa. In: Applied and environmental microbiology. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Juli 2014, ISSN 1098-5336. doi:10.1128/AEM.01453-14. PMID 25015884.
11. G. H. Hur, C. R. Vickery, M. D. Burkart: Explorations of catalytic domains in non-ribosomal peptide synthetase enzymology. In: Natural Product Reports. Band 29, Nummer 10, Oktober 2012, S. 1074–1098, ISSN 1460-4752. doi:10.1039/c2np20025b. PMID 22802156.