Aminoacil-ARNt sintetaza
O aminoacil-ARNt-sintetază ( numărul CE 6.1.1 [1] ) este o enzimă care catalizează esterificarea unui aminoacid specific (sau precursorul acestuia) la unul dintre posibilii ARNt corespunzători, pentru a forma un aminoacil-ARNt . Există 20 în fiecare organism, câte unul pentru fiecare aminoacid codat. Aceasta înseamnă că fiecare grup de ARNt care acceptă izo este aminoacilat de o singură enzimă.
Ligaza leagă inițial o moleculă de ATP și aminoacidul corespunzător (sau precursorul său), pentru a forma un aminoacil-adenilat (cu eliberarea unei molecule de pirofosfat ), care rămâne atașat de enzimă. Apoi leagă molecula de ARNt adecvată, mutând aminoacidul de la adenilat la coada 3 'a moleculei de ARNt (în mod specific 2'-OH sau 3'-OH a ultimei baze, A76).
aminoacid + ATP → aminoacil-ARNt + AMP
- ( aminoacid + ATP → aminoacil-AMP + PPi și aminoacil-AMP + ARNt → aminoacil-ARNt + AMP )
Aceștia joacă un rol foarte important, deoarece au o specificitate a substratului foarte ridicată, care le permite să lege aminoacidul corespunzător la tARN-urile izo-acceptor. Se poate spune că enzimele operează traducerea informațiilor genetice, deoarece atribuie un aminoacid fiecărui anticodon al ARNt. Unele sintetaze au, de asemenea, activități de corectare , pentru a asigura corelarea corectă a aminoacidului-ARNt: dacă ARNt este încărcat incorect, legătura cu aminoacidul este hidrolizată .
Mecanism
Sintetaza leagă mai întâi ATP și aminoacidul corespunzător (sau precursorul acestuia) pentru a forma un aminoacil adenilat, eliberând pirofosfat anorganic (PPi). Complexul adenilat-aaRS leagă apoi brațul D al moleculei adecvate de ARNt și aminoacidul este transferat de la am-AMP la 2'- sau 3'-OH a ultimului nucleotid de ARNt (A76) la 3 '.
Mecanismul poate fi rezumat în următoarea serie de reacții:
Aminoacid + ATP → Aminoacil-AMP + PPi Aminoacil-AMP + ARNt → Aminoacil-ARNt + AMP Adunând reacțiile, reacția generală extrem de exergică este următoarea:
Aminoacid + ARNt + ATP → Aminoacil-ARNt + AMP + PPi Unele sintetaze mediază, de asemenea, o reacție de editare pentru a asigura o fidelitate ridicată a încărcării ARNt. Dacă se adaugă ARNt greșit (adică se dovedește că ARNt este încărcat incorect), legarea aminoacil-ARNt este hidrolizată. Acest lucru se poate întâmpla atunci când doi aminoacizi au proprietăți diferite chiar dacă au forme similare, ca în cazul valinei și treoninei.
Acuratețea aminoacil-ARNt sintetazei este atât de mare încât este adesea asociată cu cuvântul „superspecificitate” în comparație cu alte enzime implicate în metabolism. Deși nu toate sintetazele au un domeniu cu scopul unic de editare, ele compensează prin legarea și activarea specifică a aminoacizilor lor afiliați. Un alt factor care contribuie la acuratețea acestor sintetaze este raportul dintre concentrațiile de aminoacil-ARNt sintetază și ARNt-ul său înrudit. Deoarece ARNt sintetaza acilează corect ARNt atunci când sintetaza este supraprodusă, trebuie să existe o limită a nivelurilor de aaRS și ARNt in vivo.
Clase
Există două clase de aminoacil-ARNt sintetază:
- clasa I are două motive de secvență foarte conservate și aminoacilați 2'-OH;
- clasa II are trei motive de secvență foarte conservate și aminoacilații 3'-OH.
Singura excepție este fenilalanil-ARNt sintetaza ( Phe RS), o enzimă de clasa II care leagă fenilalanina de 2'-OH a ARNt Phe .
Structuri
Ambele clase sunt formate din aminoacil-ARNt sintetaze compuse din mai multe domenii.
De obicei, ele au un domeniu catalitic (unde au loc ambele reacții descrise mai sus) și un domeniu de legare anticodon (care interacționează cu anticodonul ARNt pentru a asigura legarea aminoacidului corect la ARNt în sine). Unele alte aminoacil-ARNt sintetaze au, de asemenea, unele domenii de legare a ARN-ului, capabile să rupă orice legături între aminoacizi și ARNt nepotrivite.
Toate domeniile catalitice ale aminoacil-ARNt sintetazelor aparținând unei singure clase au o asemănare mare între ele. Domeniile catalitice ale enzimelor de clasa I și II sunt, pe de altă parte, foarte diferite: enzimele de clasa I au, de fapt, frecventa pliere Rossmann , cu o arhitectură paralelă a foii β , în timp ce cele din clasa II au un singur compus plierea proteinelor din foile beta antiparalel.
Evoluţie
Majoritatea aaRS-urilor dintr-o specificitate sunt evolutiv mai apropiate una de alta decât aaRS-urile dintr-o altă specificitate. Cu toate acestea, AsnRS și GlnRS se grupează în AspRS și respectiv GluRS. Cele mai multe aaRS de o anumită specificitate aparțin, de asemenea, unei singure clase. Cu toate acestea, există două versiuni distincte ale LysRS - una aparținând familiei de clasa I și cealaltă aparținând familiei de clasa II.
Filogeniile moleculare ale aaRS nu sunt adesea în concordanță cu filogeniile organice acceptate. Adică încalcă așa-numitul model filogenetic canonic prezentat de majoritatea celorlalte enzime pentru cele trei domenii ale vieții: Archaea, Bacteria și Eukarya. Mai mult, filogeniile deduse pentru aaRS ale diferiților aminoacizi nu sunt adesea de acord. Mai mult, paralogii aaRS din cadrul aceleiași specii prezintă un grad ridicat de divergență între ei. Acestea sunt indicații clare că transferul orizontal a avut loc de mai multe ori de-a lungul istoriei evolutive a aaRS.
O credință larg răspândită în stabilitatea evolutivă a acestei superfamilii, în sensul că fiecare organism are toate aaRS pentru aminoacizii corespunzători, este prost concepută. O analiză genomică la scară largă a ~ 2500 genomi procariote a arătat că multe dintre ele nu au una sau mai multe gene aaRS, în timp ce multe genome au unul sau mai mulți paralogi. AlaRS, GlyRS, LeuRS, IleRS și ValRS sunt cei mai stabili membri ai familiei. GluRS, LysRS și CysRS au adesea paralogi, în timp ce AsnRS, GlnRS, PylRS și SepRS sunt adesea absente din multe genome.
Cu excepția AlaRS, 19 din 20 de AAA-uri umane s-au găsit că au adăugat cel puțin un domeniu nou sau motiv. Aceste noi domenii și motive variază în funcție și sunt observate în diferite forme de viață. O funcție nouă comună în cadrul aaRS uman este asigurarea unei reglementări suplimentare a proceselor biologice. Există o teorie conform căreia numărul tot mai mare de domenii care adaugă aaRS se datorează evoluției continue a organismelor superioare cu blocuri de construcție și mecanisme biologice mai complexe și mai eficiente. O dovadă cheie a acestei teorii este că, după adăugarea unui nou domeniu la un aaRS, domeniul devine complet integrat. Funcționalitatea acestui nou domeniu este păstrată din acel moment.
Aplicarea în biotehnologie
În unele dintre aminoacil ARNt sintetaze, cavitatea care conține aminoacidul poate fi mutată și modificată pentru a transporta aminoacizi nenaturali sintetizați în laborator și pentru a le lega de ARNt specifici. Aceasta extinde codul genetic dincolo de cei douăzeci de aminoacizi canonici găsiți în natură pentru a include și un aminoacid nenatural. Aminoacidul nenatural este codificat de un triplet aiurea (TAG, TGA, TAA), un codon cvadruplu sau, în unele cazuri, un codon rar redundant. Organismul care exprimă sintetaza mutantă poate fi apoi programat genetic pentru a încorpora aminoacidul nenatural în orice locație dorită în orice proteină de interes, permițând biochimiștilor sau biologilor structurali să sondeze sau să modifice funcția proteinei. De exemplu, se poate începe cu gena unei proteine care leagă o anumită secvență de ADN și, prin direcționarea unui aminoacid nenatural cu un lanț lateral reactiv la locul de legare, se poate crea o nouă proteină care taie ADN-ul la secvența țintă, mai degrabă decât să o lege.
Prin mutația aminoacil ARNt sintetaze, chimiștii au extins codurile genetice ale diferitelor organisme pentru a include aminoacizi sintetizați în laborator cu tot felul de proprietăți utile: fotoreactiv, chelat cu metale, chelat cu xenon, reticulat, rezonant, fluorescent, biotinilat , și aminoacizii redox-activi. O altă utilizare este introducerea aminoacizilor care conțin grupe funcționale reactive pentru a modifica chimic proteina țintă.
Cauzalitatea unor boli (cum ar fi patologiile neuronale, cancerul, condițiile metabolice modificate și tulburările autoimune) a fost legată de mutații specifice aminoacil-ARNt sintetazei. Charcot-Marie-Tooth (CMT) este cea mai frecventă tulburare moștenită a sistemului nervos periferic (o boală neuronală) și este cauzată de o mutație moștenită în glicol-ARNt și tirozil-ARNT. Diabetul, o boală metabolică, induce stresul oxidativ, care declanșează o acumulare de mutații ale ARNt mitocondrial. De asemenea, s-a constatat că ARNt sintetaza poate fi parțial implicată în etiologia cancerului. Un nivel ridicat de expresie sau modificare aaRS a fost observat într-o serie de tumori. Un rezultat comun al mutațiilor aaRS este o tulburare de formă / formare a dimerului care are o relație directă cu funcția sa. Aceste corelații între aaRS și unele boli au deschis o nouă ușă către sinteza terapiilor.
Domenii necatalitice
Noile adaosuri de domeniu la genele aaRS sunt augmentative și progresive pentru arborele vieții. Presiunea evolutivă puternică pentru aceste mici domenii de proteine necatalitice a sugerat importanța lor. Rezultatele din 1999 și după aceea au relevat un strat de biologie nerecunoscut anterior: aceste proteine controlează expresia genelor în celula de origine și, atunci când se eliberează, exercită un control homeostatic și al dezvoltării în anumite tipuri de celule umane, țesuturi și organe în timpul dezvoltării adulte sau fetale sau ambele. , inclusiv căile asociate cu angiogeneza, inflamația, răspunsul imun, ținta mecanicistă a semnalizării rapamicinei (mTOR), apoptoza, tumorigeneză și interferonul gamma (IFN-γ) și semnalizarea p53.
Notă
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Aminoacil-ARNt sintetaza
linkuri externe
| Controlul autorității | LCCN ( EN ) sh85004499 |
|---|
