Aminoacyl-tRNA-syntetas

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 31 mars 2021; kontroller kräver 6 redigeringar .
Antikodonbindande domän

leucyl-tRNA-syntetas från Thermus thermophilus
Identifierare
Symbol Antikodon_1
Pfam PF08264
Interpro IPR013155
SCOP 1ivs
SUPERFAMILJ 1ivs
Tillgängliga proteinstrukturer
Pfam strukturer
PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumma 3D-modell
 Mediafiler på Wikimedia Commons
DALR-antikodonbindande domän 1

arginyl-tRNA-syntetas från Thermus thermophilus
Identifierare
Symbol DALR_1
Pfam PF05746
Pfam klan CL0258
Interpro IPR008909
SCOP 1bs2
SUPERFAMILJ 1bs2
Tillgängliga proteinstrukturer
Pfam strukturer
PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumma 3D-modell
 Mediafiler på Wikimedia Commons
DALR-antikodonbindande domän 2

Strukturer av cysteinyl-tRNA-syntetas i komplex med tRNA Cys
Identifierare
Symbol DALR_2
Pfam PF09190
Pfam klan CL0258
Interpro IPR015273
Tillgängliga proteinstrukturer
Pfam strukturer
PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumma 3D-modell
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Aminoacyl-tRNA-syntetas (ARSase) är ett enzym ( syntetas ) som katalyserar bildningen av aminoacyl-tRNA i förestringsreaktionen av en viss aminosyra med dess motsvarande tRNA- molekyl . För varje proteinogen aminosyra finns det minst ett aminoacyl-tRNA-syntetas.

ARSaser säkerställer att nukleotidtripletterna av den genetiska koden ( tRNA- antikodon ) motsvarar aminosyrorna som infogas i proteinet och säkerställer därmed korrekt avläsning av genetisk information från mRNA under proteinsyntes på ribosomer .

Aminoacylering

  1. аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + PPi - ATP aktiverar aminosyran
  2. аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ - den aktiverade aminosyran binder till motsvarande tRNA

Den övergripande ekvationen för de två reaktionerna:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi

Mekanism för aminoacylering

Först binder motsvarande aminosyra och ATP vid det aktiva stället för syntetaset . Av de tre fosfatgrupperna i ATP klyvs två av och bildar en pyrofosfatmolekyl (PP i ), och en aminosyra tar deras plats. Den resulterande föreningen (aminoacyl-adenylat) består av en aminosyrarest och AMP kovalent sammankopplade med en högenergibindning . Energin som finns i detta sammanhang är tillräcklig för att alla ytterligare steg som krävs för att aminosyraresten ska ta sin plats i polypeptidkedjan (det vill säga i proteinet ). Aminoacyladenylater är instabila och hydrolyseras lätt om de dissocierar från det aktiva stället för syntetaset. När aminoacyl-adenylatet bildas, binder 3'-änden av tRNA till det aktiva centrum av syntetaset , vars antikodon motsvarar aminosyran som aktiveras av detta syntetas. Det sker en överföring av aminosyraresten från aminoacyl-adenylat till 2'- eller 3'-OH-gruppen av ribos , som är en del av den senare vid 3'-änden av tRNA - adenin . Således syntetiseras aminoacyl-tRNA, det vill säga tRNA som bär en kovalent bunden aminosyrarest. I det här fallet återstår endast AMP från aminoacyl-adenylat . Både aminoacyl-tRNA och AMP frisätts av det aktiva stället.

Noggrannhet för igenkänning av aminosyror

Var och en av de 20 aminoacyl-tRNA-syntetaserna måste alltid fästa endast sin egen aminosyra till tRNA :t , känna igen endast en av de 20 proteinogena aminosyrorna och inte binda andra liknande molekyler som finns i cellcytoplasman. Aminosyror är mycket mindre än tRNA i storlek, omätligt enklare i struktur, så deras igenkänning är ett mycket större problem än igenkänning av det önskade tRNA :t . I verkligheten förekommer fel, men deras nivå överstiger inte ett per 10 000-100 000 syntetiserade aminoacyl-tRNA [1] .

Vissa aminosyror skiljer sig mycket lite från varandra, till exempel genom endast en metylgrupp ( isoleucin och valin , alanin och glycin ). För sådana fall har mekanismer utvecklats i många aminoacyl-tRNA-syntetaser som selektivt klyver felaktigt syntetiserade produkter. Processen för deras igenkänning och hydrolys kallas redigering. Den selektiva klyvningen av aminoacyl-adenylat kallas pre-transfer-editering, eftersom den sker före överföringen av aminosyraresten till tRNA , och klyvningen av det färdiga aminoacyl-tRNA kallas post-transfer-editering. Redigering före överföring sker vanligtvis på samma aktiva plats som aminoacyleringen. Redigering efter överföring kräver att 3'-änden av aminoacyl-tRNA:t med aminosyraresten fäst vid den kommer in i det andra aktiva centret av aminoacyl-tRNA-syntetaset, redigeringsstället. Inte alla aminoacyl-tRNA-syntetaser har detta andra aktiva ställe, men i de som har det är det lokaliserat i en separat domän av enzymkulan. Det finns också fritt flytande enzymer involverade i redigering efter överföring. Efter hydrolys frisätts den avkopplade aminosyran och tRNA (eller aminosyra och AMP) i lösning [2] .

Klassificering

Alla aminoacyl-tRNA-syntetaser härstammar från två förfädersformer och är grupperade i två klasser baserat på strukturell likhet. Dessa klasser skiljer sig åt i domänorganisation, strukturen av huvuddomänen (aminoacylerande) och sättet för bindning och aminoacylering av tRNA. [3]

Aminoacyl-tRNA-syntetaser av den första klassen är enzymer som överför aminosyraresten till 2'-OH-gruppen av ribos; den andra klassen - enzymer som överför aminosyraresten till 3'-OH-gruppen i den terminala ribosen av tRNA.

Den aminoacylerande domänen av klass 1 aminoacyl-tRNA-syntetaser bildas av den så kallade Rossmann-veckningen , som är baserad på ett parallellt β-ark. Enzymer av 1:a klassen är i de flesta fall monomerer. De aminoacylerar det 76:e adenosin-tRNA:t vid 2'-OH-gruppen.

Enzymer av den andra klassen har ett antiparallellt β-ark vid basen av strukturen för den aminoacylerande domänen. Som regel är de dimerer, det vill säga de har en kvartär struktur. Med undantag för fenylalanyl-tRNA-syntetas, aminoacylerar de alla det 76:e adenosin-tRNA:t vid 3'-OH-gruppen.

Aminosyror enligt klasserna av aminoacyl-tRNA-syntetaser:

För aminosyran lysin finns det aminoacyl-tRNA-syntetaser av båda klasserna.

Varje klass är dessutom uppdelad i 3 underklasser - a, b och c enligt strukturell likhet. Ofta skiljer sig aminoacyl-tRNA-syntetaser med samma specificitet (t.ex. prolyl-tRNA-syntetas) signifikant från varandra i bakterier, arkebakterier och eukaryoter. Emellertid är enzymer med en specificitet nästan alltid mer lika varandra än enzymer med andra specificiteter. Undantaget är två olika lysyl-tRNA-syntetaser, varav den ena tillhör klass 1 och den andra till klass 2.

Gener av aminoacyl-tRNA-syntetaser
K F Enzym Aminosyra Gene , Homo sapiens
6.1.1.1 tyrosyl-tRNA-syntetas tyrosin YARS
6.1.1.2 tryptofanyl-tRNA-syntetas tryptofan KRIG
6.1.1.3 treonyl-tRNA-syntetas treonin TARS
6.1.1.4 leucyl-tRNA-syntetas leucin LARS
6.1.1.5 isoleucyl-tRNA-syntetas isoleucin IARS
6.1.1.6 lysyl-tRNA-syntetas lysin KARS
6.1.1.7 alanin-tRNA-syntetas alanin AARS
6.1.1.9 valyl-tRNA-syntetas valin VARS
6.1.1.10 metionyl-tRNA-syntetas metionin MARS
6.1.1.11 seryl-tRNA-syntetas serin SARS
6.1.1.12 aspartyl-tRNA-syntetas aspartat DARS
6.1.1.14 glycyl-tRNA-syntetas glycin GARS
6.1.1.15 prolyl-tRNA-syntetas, glutamyl-prolyl-tRNA-syntetas prolin PARS2 , EPRS1
6.1.1.16 cysteyl-tRNA-syntetas cystein BILAR
6.1.1.17 glutamyl-tRNA-syntetas, glutamyl-prolyl-tRNA-syntetas glutamat EARS2 , EPRS1
6.1.1.18 glutaminyl-tRNA-syntetas glutamin QRS
6.1.1.19 arginyl-tRNA-syntetas arginin RARS
6.1.1.20 fenylalanyl-tRNA-syntetas fenylalanin FARSA , FARSB
6.1.1.21 histidyl-tRNA-syntetas histidin HARGAR
6.1.1.22 asparaginyl-tRNA-syntetas asparagin NARS
6.1.1.23 aspartyl-tRNA-Asn-syntetas aspartat ingen människa har
6.1.1.24 glutamyl-tRNA-Gln-syntetas glutamat ingen människa har
6.1.1.26 pyrrolysyl-tRNA-Pyl-syntetas pyrrolysin ingen människa har
6.1.1.27 O-fosfo-L-seryl-tRNA-syntetas O-fosfo-L-serin ingen människa har

Domänorganisation

Varje aminoacyl-tRNA-syntetasmolekyl består av två huvuddomäner - den aminoacylerande domänen, där det aktiva centret finns och reaktioner inträffar, och den antikodonbindande domänen, som känner igen sekvensen av tRNA- antikodonet . Redigeringsdomäner hittas också ofta, som tjänar för hydrolys av aminoacyl-tRNA som bär fel aminosyrarest och andra domäner [4] .

Evolution

I pre-proteinliv ( RNA-världen ) utfördes tydligen funktionen av aminoacyl-tRNA-syntetaser av ribozymer , det vill säga RNA-molekyler med katalytiska egenskaper. För närvarande har sådana molekyler återskapats i laboratoriet genom metoden " evolution i ett provrör" [5] . Efter bildandet av huvudelementen i apparaten för proteinsyntes överfördes funktionen av aminoacylering av tRNA till proteinmolekyler, stigande till två förfäders sekvenser. Ursprungligen bestod dessa enzymer av endast en aminoacylerande domän. När den genetiska koden utvecklades ökade mångfalden av aminoacyl-tRNA-syntetaser och kraven på deras specificitet ökade. Detta ledde till att ytterligare domäner inkluderades i deras struktur. Den primära sekvensen av aminoacyl-tRNA-syntetaser avvek mycket signifikant under deras utveckling, vilket dock inte hindrade oss från att detektera homologi för både den primära sekvensen och den tertiära (spatiala) strukturen inom var och en av klasserna [4] .

Teknologiska perspektiv

Muterade aminoacyl-tRNA-syntetaser och tRNA används för att införliva aminosyror i proteiner som inte tillhandahålls av den genetiska koden [6] .

Anteckningar

  1. ↑ Frekvensen av fel i proteinbiosyntes . Hämtad: 11 augusti 2010.
  2. ↑ Alternativa vägar för redigering av icke-kognata aminosyror med aminoacyl-tRNA-syntetaser. . Hämtad: 11 augusti 2010.
  3. ↑ 6289/pdf/347203a0.pdf Fördelning av tRNA-syntetaser i två klasser baserat på ömsesidigt exklusiva uppsättningar av sekvensmotiv. (otillgänglig länk - 6289/pdf/347203a0.pdf historia ) . Hämtad: 11 augusti 2010. 
  4. ↑ 1 2 Om utvecklingen av struktur i aminoacyl-tRNA-syntetaser. . Hämtad 3 november 2011. Arkiverad från originalet 5 april 2012.
  5. ↑ Ribozyme-katalyserad tRNA-aminoacylering. . Hämtad 11 augusti 2010. Arkiverad från originalet 5 april 2012.
  6. ↑ Platsspecifik inkorporering av onaturliga aminosyror i proteiner i däggdjursceller. . Hämtad 11 augusti 2010. Arkiverad från originalet 5 april 2012.


Se även

Genomsyrar