Аллопротеин — это новый синтетический белок, содержащий одну или несколько «неприродных» аминокислот . «Неприродный» в контексте означает аминокислоту, которая либо не встречается в природе (новые и синтезированные аминокислоты), [ 1] либо встречается в природе, но не встречается в белках (природные, но непротеиногенные аминокислоты). [2]
Возможность появления новых аминокислот и белков возникает потому, что в природе генетический код, отвечающий за структуру белка, имеет 64 возможных кодона, доступных для кодирования всех аминокислот, используемых в белках (4 нуклеотида в каждом из 3 оснований ; 4 x 4 x 4 дает 64 возможных комбинации [3] ); однако у людей и других эукариот они кодируют всего 20 стандартных аминокислот. [4] Этот уровень избыточности информации в таблице кодонов известен в биохимии как вырожденность . Он открывает дверь для потенциального кодирования новых аминокислот. [4]
Один из подходов использует избыточность 3 кодонов, которые кодируют сигнал «стоп». Если один из них может быть заменен другим стоп-кодоном, то этот кодон в принципе может быть «переназначен» (вместе с необходимыми модификациями тРНК , фактора высвобождения и фермента ) для кодирования новой аминокислоты, не затрагивая другие существующие кодировки. [5] [6] Используя этот подход, аллопротеины и новые аминокислоты могут быть созданы с помощью методов, которые «расширяют» генетический код , чтобы включить дополнительные новые кодировки, используя недавно разработанные кодоны и связанные ферменты тРНК ( транспортная РНК ) и тРНК- синтетазы ( аминоацил-тРНК-синтетаза ). Обычные механизмы, которые производят аминокислоты и объединяют их в белки, затем производят новые или непротеиногенные аминокислоты и включают их, чтобы создать новые белки тем же способом. В 2010 году эта техника была использована для переназначения кодона в генетическом коде бактерии E. coli , модифицируя его для получения и включения новой аминокислоты, не оказывая неблагоприятного воздействия на существующие кодировки или сам организм. [5] [6]
Применение аллопротеинов включает включение необычных или тяжелых атомов для дифракционного структурного анализа , фотореактивных линкеров (фотосшивателей), флуоресцентных групп (используемых в качестве меченых зондов) и молекулярных переключателей для сигнальных путей. [1] [7]
Современные методы аллопротеинов были впервые разработаны в конце 1980-х годов Миядзавой и Ёкоямой в Токийском университете для устранения ограничений существующих методов: генетическая манипуляция была ограничена 20 стандартными аминокислотами, химический синтез был ограничен малыми масштабами и низким выходом. [2]
Раннее использование этого термина можно найти в статье 1990 года «Биосинтез аллопротеина» Коиде, Ёкоямы и Миядзавы. [8]
Рабочее описание предоставлено Будисой и др .: [9]