Aminoacyl-tRNA syntetáza

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 31. března 2021; kontroly vyžadují 6 úprav .
Antikodonová vazebná doména

leucyl-tRNA syntetáza z Thermus thermophilus
Identifikátory
Symbol Antikodon_1
Pfam PF08264
Interpro IPR013155
SCOP 1ivs
NADRODINĚ 1ivs
Dostupné proteinové struktury
Pfam struktur
PNR RCSB PNR ; PDBe ; PDBj
PDB součet 3D model
 Mediální soubory na Wikimedia Commons
Antikodonová vazebná doména DALR 1

arginyl-tRNA syntetáza z Thermus thermophilus
Identifikátory
Symbol DALR_1
Pfam PF05746
klan Pfam CL0258
Interpro IPR008909
SCOP 1b2
NADRODINĚ 1b2
Dostupné proteinové struktury
Pfam struktur
PNR RCSB PNR ; PDBe ; PDBj
PDB součet 3D model
 Mediální soubory na Wikimedia Commons
Antikodonová vazebná doména DALR 2

Struktury cysteinyl-tRNA syntetázy v komplexu s tRNA Cys
Identifikátory
Symbol DALR_2
Pfam PF09190
klan Pfam CL0258
Interpro IPR015273
Dostupné proteinové struktury
Pfam struktur
PNR RCSB PNR ; PDBe ; PDBj
PDB součet 3D model
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Aminoacyl-tRNA syntetáza (ARSáza) je enzym ( syntetáza ), který katalyzuje tvorbu aminoacyl-tRNA při esterifikační reakci určité aminokyseliny s její odpovídající molekulou tRNA . Pro každou proteinogenní aminokyselinu existuje alespoň jedna aminoacyl-tRNA syntetáza.

ARSázy zajišťují, že nukleotidové triplety genetického kódu ( antikodon tRNA ) odpovídají aminokyselinám vloženým do proteinu a zajišťují tak správné čtení genetické informace z mRNA při syntéze proteinů na ribozomech .

Aminoacylace

  1. аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + PPi - ATP aktivuje aminokyselinu
  2. аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ - aktivovaná aminokyselina se váže na odpovídající tRNA

Celková rovnice dvou reakcí:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi

Mechanismus aminoacylace

Nejprve se odpovídající aminokyselina a ATP vážou na aktivní místo syntetázy . Ze tří fosfátových skupin ATP se dvě odštěpí za vzniku molekuly pyrofosfátu (PPi ) a na jejich místo nastoupí aminokyselina. Výsledná sloučenina (aminoacyl-adenylát) se skládá z aminokyselinového zbytku a AMP kovalentně spojených vysokoenergetickou vazbou . Energie obsažená v tomto spojení stačí pro všechny další kroky nutné k tomu, aby aminokyselinový zbytek zaujal své místo v polypeptidovém řetězci (tedy v proteinu ). Aminoacyladenyláty jsou nestabilní a snadno hydrolyzovatelné, pokud se disociují z aktivního místa syntetázy. Když se vytvoří aminoacyl-adenylát, 3'-konec tRNA se váže na aktivní centrum syntetázy , jejíž antikodon odpovídá aminokyselině aktivované touto syntetázou. Dochází k přenosu aminokyselinového zbytku z aminoacyl-adenylátu na 2'- nebo 3'-OH skupinu ribózy , která je součástí ribózy na 3'-konci tRNA adeninu . Je tedy syntetizována aminoacyl-tRNA, to znamená tRNA nesoucí kovalentně připojený aminokyselinový zbytek. V tomto případě zůstává z aminoacyl-adenylátu pouze AMP . Jak aminoacyl-tRNA, tak AMP jsou uvolňovány aktivním místem.

Přesnost rozpoznávání aminokyselin

Každá z 20 aminoacyl-tRNA syntetáz musí vždy připojit pouze svou vlastní aminokyselinu k tRNA , přičemž rozpoznává pouze jednu z 20 proteinogenních aminokyselin a neváže jiné podobné molekuly obsažené v buněčné cytoplazmě. Aminokyseliny jsou co do velikosti mnohem menší než tRNA , neměřitelně jednodušší ve struktuře, takže jejich rozpoznání je mnohem větší problém než rozpoznání požadované tRNA . Ve skutečnosti se chyby vyskytují, ale jejich úroveň nepřesahuje jednu na 10 000–100 000 syntetizovaných aminoacyl-tRNA [1] .

Některé aminokyseliny se od sebe liší velmi málo, např. pouze jednou methylovou skupinou ( isoleucin a valin , alanin a glycin ). Pro takové případy se v mnoha aminoacyl-tRNA syntetázách vyvinuly mechanismy, které selektivně štěpí chybně syntetizované produkty. Proces jejich rozpoznání a hydrolýzy se nazývá editace. Selektivní štěpení aminoacyl-adenylátu se nazývá editace před přenosem, protože k němu dochází před přenosem aminokyselinového zbytku na tRNA a štěpení hotové aminoacyl-tRNA se nazývá editace po přenosu. Editace před přenosem obvykle probíhá na stejném aktivním místě jako aminoacylace. Editace po přenosu vyžaduje, aby 3'-konec aminoacyl-tRNA s připojeným zbytkem aminokyseliny vstoupil do druhého aktivního centra aminoacyl-tRNA syntetázy, do editačního místa. Ne všechny aminoacyl-tRNA syntetázy mají toto druhé aktivní místo, ale v těch, které ho mají, je umístěno v samostatné doméně enzymové globule. Existují také volně plovoucí enzymy zapojené do editace po přenosu. Po hydrolýze se oddělená aminokyselina a tRNA (nebo aminokyselina a AMP) uvolní do roztoku [2] .

Klasifikace

Všechny aminoacyl-tRNA syntetázy pocházejí ze dvou forem předků a jsou seskupeny do dvou tříd na základě strukturní podobnosti. Tyto třídy se liší organizací domény, strukturou hlavní (aminoacylační) domény a způsobem vazby a aminoacylace tRNA. [3]

Aminoacyl-tRNA syntetázy první třídy jsou enzymy, které přenášejí aminokyselinový zbytek na 2'-OH skupinu ribózy; druhá třída - enzymy, které přenášejí aminokyselinový zbytek na 3′-OH skupinu terminální ribózy tRNA.

Aminoacylační doména aminoacyl-tRNA syntetáz třídy 1 je tvořena tzv. Rossmannovým záhybem , který je založen na paralelním β-listu. Enzymy 1. třídy jsou ve většině případů monomery. Aminoacylují 76. adenosinovou tRNA na 2'-OH skupině.

Enzymy 2. třídy mají antiparalelní β-list na bázi struktury aminoacylační domény. Zpravidla se jedná o dimery, to znamená, že mají kvartérní strukturu. S výjimkou fenylalanyl-tRNA syntetázy všechny aminoacylují 76. adenosin tRNA na 3'-OH skupině.

Aminokyseliny podle tříd aminoacyl-tRNA syntetáz:

Pro aminokyselinu lysin existují aminoacyl-tRNA syntetázy obou tříd.

Každá třída je navíc rozdělena do 3 podtříd - a, b a c podle strukturní podobnosti. Často se aminoacyl-tRNA syntetázy stejné specifičnosti (např. prolyl-tRNA syntetáza) navzájem významně liší u bakterií, archaebakterií a eukaryot. Enzymy jedné specifičnosti jsou si však téměř vždy více podobné než enzymy jiné specifičnosti. Výjimkou jsou dvě různé lysyl-tRNA syntetázy, z nichž jedna patří do třídy 1 a druhá do třídy 2.

Geny aminoacyl-tRNA syntetáz
KF Enzym Aminokyselina Gene , Homo sapiens
6.1.1.1 tyrosyl-tRNA syntetáza tyrosin YARS
6.1.1.2 tryptofanyl-tRNA syntetáza tryptofan VÁLKY
6.1.1.3 threonyl-tRNA syntetáza threonin DEHTY
6.1.1.4 leucyl-tRNA syntetáza leucin LARS
6.1.1.5 isoleucyl-tRNA syntetáza isoleucin IARS
6.1.1.6 lysyl-tRNA syntetáza lysin KARS
6.1.1.7 alanin-tRNA syntetáza alanin AARS
6.1.1.9 valyl-tRNA syntetáza valin VARS
6.1.1.10 methionyl-tRNA syntetáza methionin MARS
6.1.1.11 seryl-tRNA syntetáza serin SARS
6.1.1.12 aspartyl-tRNA syntetáza aspartát DARS
6.1.1.14 glycyl-tRNA syntetáza glycin GARS
6.1.1.15 prolyl-tRNA syntetáza, glutamyl-prolyl-tRNA syntetáza prolin PARS2 , EPRS1
6.1.1.16 cysteyl-tRNA syntetáza cystein AUT
6.1.1.17 glutamyl-tRNA syntetáza, glutamyl-prolyl-tRNA syntetáza glutamát EARS2 , EPRS1
6.1.1.18 glutaminyl-tRNA syntetáza glutaminu QRS
6.1.1.19 arginyl-tRNA syntetáza arginin RARS
6.1.1.20 fenylalanyl-tRNA syntetáza fenylalanin FARSA , FARSB
6.1.1.21 histidyl-tRNA syntetáza histidin HARS
6.1.1.22 asparaginyl-tRNA syntetáza asparagin NARS
6.1.1.23 aspartyl-tRNA-Asn syntetáza aspartát žádný muž nemá
6.1.1.24 glutamyl-tRNA-Gln syntetáza glutamát žádný muž nemá
6.1.1.26 pyrrolysyl-tRNA-Pyl syntetáza pyrrolysin žádný muž nemá
6.1.1.27 O-fosfo-L-seryl-tRNA syntetáza O-fosfo-L-serin žádný muž nemá

Organizace domény

Každá molekula aminoacyl-tRNA syntetázy se skládá ze dvou hlavních domén - aminoacylační domény, ve které se nachází aktivní centrum a probíhají reakce, a domény vázající antikodon, která rozpoznává sekvenci antikodonu tRNA . Často se také nacházejí editační domény sloužící k hydrolýze aminoacyl-tRNA nesoucích nesprávný aminokyselinový zbytek a další domény [4] .

Evoluce

V preproteinovém životě ( svět RNA ) funkci aminoacyl-tRNA syntetáz zřejmě plnily ribozymy , tedy molekuly RNA s katalytickými vlastnostmi. V současné době byly takové molekuly znovu vytvořeny v laboratoři metodou „ evoluce ve zkumavce“ [5] . Po vytvoření hlavních prvků aparátu syntézy proteinů přešla funkce aminoacylace tRNA na molekuly proteinů, vzestupně do dvou sekvencí předků. Zpočátku se tyto enzymy skládaly pouze z jedné aminoacylační domény. Jak se genetický kód vyvíjel, zvyšovala se diverzita aminoacyl-tRNA syntetáz a zvyšovaly se požadavky na jejich specificitu. To vedlo k zahrnutí dalších domén do jejich struktury. Primární sekvence aminoacyl-tRNA syntetáz se během jejich evoluce velmi výrazně rozcházela, což nám však nebránilo v detekci homologie jak primární sekvence, tak terciární (prostorové) struktury v každé z tříd [4] .

Technologické perspektivy

Mutantní aminoacyl-tRNA syntetázy a tRNA se používají k začlenění aminokyselin do proteinů, které nejsou poskytovány genetickým kódem [6] .

Poznámky

  1. ↑ Četnost chyb v biosyntéze proteinů . Staženo: 11. srpna 2010.
  2. ↑ Alternativní cesty pro editaci nepříbuzných aminokyselin aminoacyl-tRNA syntetázami. . Staženo: 11. srpna 2010.
  3. ↑ 6289/pdf/347203a0.pdf Rozdělení tRNA syntetáz do dvou tříd na základě vzájemně se vylučujících souborů sekvenčních motivů. (nepřístupný odkaz - 6289/pdf/347203a0.pdf historie ) . Staženo: 11. srpna 2010. 
  4. ↑ 1 2 O vývoji struktury v aminoacyl-tRNA syntetázách. . Získáno 3. listopadu 2011. Archivováno z originálu dne 5. dubna 2012.
  5. ↑ Ribozymem katalyzovaná tRNA aminoacylace. . Získáno 11. srpna 2010. Archivováno z originálu dne 5. dubna 2012.
  6. ↑ Místně specifické začlenění nepřirozených aminokyselin do proteinů v savčích buňkách. . Získáno 11. srpna 2010. Archivováno z originálu dne 5. dubna 2012.


Viz také

Permeases