stringtranslate.com

Аминоацил-тРНК

Аминоацил-тРНК, с тРНК над стрелкой и общей аминокислотой под стрелкой. Большая часть структуры тРНК показана как упрощенная, цветная шаростержневая модель ; терминальный аденозин и аминокислота показаны как структурные формулы . Стрелка указывает на эфирную связь между аминокислотой и тРНК.

Аминоацил-тРНК (также аа-тРНК или заряженная тРНК ) — это тРНК , с которой химически связана (заряжена) ее родственная аминокислота . Аа-тРНК вместе с определенными факторами удлинения доставляет аминокислоту в рибосому для включения в полипептидную цепь, которая образуется во время трансляции.

Сама по себе аминокислота не является субстратом, необходимым для образования пептидных связей в растущей полипептидной цепи. Вместо этого аминокислоты должны быть «заряжены» или аминоацилированы тРНК для образования соответствующей им аа-тРНК. [1] Каждая аминокислота имеет свою собственную специфическую аминоацил-тРНК-синтетазу , которая используется для химического связывания с тРНК, к которой она специфична, или, другими словами, «родственна». Спаривание тРНК с ее родственной аминокислотой имеет решающее значение, поскольку оно гарантирует, что только конкретная аминокислота, соответствующая антикодону тРНК, и, в свою очередь, соответствующая кодону мРНК , используется во время синтеза белка.

Для предотвращения ошибок трансляции, при которых в полипептидную цепь включается не та аминокислота, эволюция предусмотрела корректирующие функции синтетаз аа-тРНК; эти механизмы обеспечивают правильное сопряжение аминокислоты с ее родственной тРНК. [2] Аминокислоты, которые мисацилированы соответствующим субстратом тРНК, подвергаются гидролизу посредством механизмов деацилирования, которыми обладают синтетаз аа-тРНК. [3]

Из-за вырожденности генетического кода , несколько тРНК будут иметь одну и ту же аминокислоту, но разные антикодоны. Эти разные тРНК называются изоакцепторами. При определенных обстоятельствах неродственные аминокислоты будут заряжены, что приведет к неправильно заряженной или неправильно аминоацилированной тРНК. Эти неправильно заряженные тРНК должны быть гидролизованы, чтобы предотвратить неправильный синтез белка.

Хотя аа-тРНК в основном служит промежуточным звеном между кодирующей цепью мРНК и кодируемой полипептидной цепью во время синтеза белка, также обнаружено, что аа-тРНК выполняют функции в нескольких других биосинтетических путях. Установлено, что аа-тРНК функционируют в качестве субстратов в биосинтетических путях для клеточных стенок, антибиотиков, липидов и деградации белков.

Понятно, что аа-тРНК могут функционировать как доноры аминокислот, необходимых для модификации липидов и биосинтеза антибиотиков. Например, микробные биосинтетические генные кластеры могут использовать аа-тРНК в синтезе нерибосомальных пептидов и других метаболитов, содержащих аминокислоты. [4]

Синтез

Аминоацил-тРНК производится в два этапа. Во-первых, аденилирование аминокислоты, в результате чего образуется аминоацил-АМФ:

Аминокислота + АТФ → Аминоацил-АМФ + PP i

Во-вторых, аминокислотный остаток переносится в тРНК:

Аминоацил-АМФ + тРНК → Аминоацил-тРНК + АМФ

Общая чистая реакция:

Аминокислота + АТФ + тРНК → Аминоацил-тРНК + АМФ + ПП i

Чистая реакция энергетически выгодна только потому, что пирофосфат (PPi) позже гидролизуется. Реакция гидролиза пирофосфата до двух молекул неорганического фосфата (Pi) энергетически выгодна и управляет двумя другими реакциями. Вместе эти высокоэкзергонические реакции происходят внутри аминоацил-тРНК-синтетазы, специфичной для этой аминокислоты. [5] [6]

Стабильность и гидролиз

Исследования стабильности aa-tRNA показывают, что ацильная (или эфирная) связь является наиболее важным фактором, определяющим связь, в отличие от последовательности самой тРНК. Эта связь представляет собой эфирную связь, которая химически связывает карбоксильную группу аминокислоты с терминальной 3'-OH группой ее родственной тРНК. [7] Было обнаружено, что аминокислотная часть данной aa-tRNA обеспечивает ее структурную целостность; часть тРНК диктует, по большей части, как и когда аминокислота будет включена в растущую полипептидную цепь. [8]

Различные aa-tRNA имеют различные константы скорости псевдопервого порядка для гидролиза эфирной связи между аминокислотой и tRNA. [9] Такие наблюдения обусловлены, в первую очередь, стерическими эффектами. Стерическое препятствие обеспечивается специфическими группами боковых цепей аминокислот, что помогает ингибировать межмолекулярные атаки на карбонил эфира; эти межмолекулярные атаки ответственны за гидролиз эфирной связи.

Разветвленные и алифатические аминокислоты (валин и изолейцин) доказывают, что они генерируют наиболее стабильные аминоацил-тРНК при их синтезе, с заметно более длительным периодом полураспада, чем те, которые обладают низкой гидролитической стабильностью (например, пролин). Стерическое препятствие аминокислот валина и изолейцина создается метильной группой на β-углероде боковой цепи. В целом, химическая природа связанной аминокислоты отвечает за определение стабильности аа-тРНК. [10]

Было показано, что повышенная ионная сила, вызванная солями натрия, калия и магния, дестабилизирует ацильную связь aa-tRNA. Повышенный pH также дестабилизирует связь и изменяет ионизацию α-углеродной аминогруппы аминокислоты. Заряженная аминогруппа может дестабилизировать связь aa-tRNA посредством индуктивного эффекта. [11] Было показано, что фактор удлинения EF-Tu стабилизирует связь, предотвращая гидролиз слабых ацильных связей. [12]

В целом, фактическая стабильность эфирной связи влияет на восприимчивость aa-tRNA к гидролизу в организме при физиологическом pH и концентрации ионов. Термодинамически выгодно, чтобы процесс аминоацилирования давал стабильную молекулу aa-tRNA, тем самым обеспечивая ускорение и производительность синтеза полипептида. [13]

Нацеливание на наркотики

Некоторые антибиотики, такие как тетрациклины , предотвращают связывание аминоацил-тРНК с рибосомной субъединицей в прокариотах . Понятно, что тетрациклины ингибируют присоединение аа-тРНК в акцепторном (A) участке прокариотических рибосом во время трансляции. Тетрациклины считаются антибиотиками широкого спектра действия; эти препараты демонстрируют способность ингибировать рост как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, а также других атипичных микроорганизмов.

Кроме того, обнаружено, что белок TetM ( P21598 ) позволяет молекулам аминоацил-тРНК связываться с акцепторным сайтом рибосомы, несмотря на концентрацию тетрациклинов, которые обычно ингибируют такие действия. Белок TetM считается белком защиты рибосомы, проявляющим активность ГТФазы, которая зависит от рибосом. Исследования показали, что в присутствии белков TetM тетрациклины высвобождаются из рибосом. Таким образом, это позволяет связываться аа-тРНК с сайтом A рибосом, поскольку это больше не препятствуется молекулами тетрациклина. [14] TetO на 75% похож на TetM, и оба имеют около 45% сходства с EF-G . Структура TetM в комплексе с рибосомой E. coli была решена. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014 г.). «Зависящая от аминокислот стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК». РНК . 20 (6): 758–64. doi :10.1261/rna.044123.113. PMC  4024630 . PMID  24751649.
  2. ^ Келли П., Ибба М. (январь 2018 г.). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение для различения правильного от неправильного». Журнал молекулярной биологии . 430 (1): 17–19. doi : 10.1016/j.jmb.2017.10.025 . PMID  29111345.
  3. ^ Francklyn CS, Mullen P (апрель 2019 г.). «Прогресс и проблемы в терапии на основе аминоацил-тРНК-синтетазы». Журнал биологической химии . 294 (14): 5365–5385. doi : 10.1074/jbc.REV118.002956 . PMC 6462538. PMID  30670594 . 
  4. ^ Ульрих EC, ван дер Донк WA (декабрь 2016 г.). «Эпизодические появления аминоацил-тРНК в биосинтезе натуральных продуктов». Современное мнение в области химической биологии . 35 : 29–36. дои : 10.1016/j.cbpa.2016.08.018. ПМК 5161580 . ПМИД  27599269. 
  5. ^ Swanson R, Hoben P, Sumner-Smith M, Uemura H, Watson L, Söll D (декабрь 1988 г.). «Точность аминоацилирования in vivo требует надлежащего баланса тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы». Science . 242 (4885): 1548–51. Bibcode :1988Sci...242.1548S. doi :10.1126/science.3144042. PMID  3144042.
  6. ^ McClain WH (ноябрь 1993 г.). «Правила, управляющие идентичностью тРНК в синтезе белка». Журнал молекулярной биологии . 234 (2): 257–80. doi :10.1006/jmbi.1993.1582. PMID  8230212.
  7. ^ Келли П., Ибба М. (январь 2018 г.). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение для различения правильного от неправильного». Журнал молекулярной биологии . 430 (1): 17–19. doi : 10.1016/j.jmb.2017.10.025 . PMID  29111345.
  8. ^ Francklyn CS, Mullen P (апрель 2019 г.). «Прогресс и проблемы в терапии на основе аминоацил-тРНК-синтетазы». Журнал биологической химии . 294 (14): 5365–5385. doi : 10.1074/jbc.REV118.002956 . PMC 6462538. PMID  30670594 . 
  9. ^ Хентцен Д., Мандель П., Гарел Дж. П. (октябрь 1972 г.). «Связь между стабильностью аминоацил-тРНК и фиксированной аминокислотой». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белка . 281 (2): 228–32. дои : 10.1016/0005-2787(72)90174-8. ПМИД  4629424.
  10. ^ Келли П., Ибба М. (январь 2018 г.). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение для различения правильного от неправильного». Журнал молекулярной биологии . 430 (1): 17–19. doi : 10.1016/j.jmb.2017.10.025 . PMID  29111345.
  11. ^ Schuber F, Pinck M (май 1974). «О химической реактивности связи аминоацил-тРНК-эстер. I. Влияние pH и природы ацильной группы на скорость гидролиза». Biochimie . 56 (3): 383–90. doi :10.1016/S0300-9084(74)80146-X. PMID  4853442.
  12. ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014 г.). «Зависящая от аминокислот стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК». РНК . 20 (6): 758–64. doi :10.1261/rna.044123.113. PMC 4024630 . PMID  24751649. 
  13. ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014 г.). «Зависящая от аминокислот стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК». РНК . 20 (6): 758–64. doi :10.1261/rna.044123.113. PMC 4024630 . PMID  24751649. 
  14. ^ Chopra I, Roberts M (июнь 2001 г.). «Тетрациклиновые антибиотики: способ действия, применение, молекулярная биология и эпидемиология бактериальной резистентности». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 65 (2): 232–60, вторая страница, оглавление. doi :10.1128 / MMBR.65.2.232-260.2001. PMC 99026. PMID  11381101. 
  15. ^ Arenz, S; Nguyen, F; Beckmann, R; Wilson, DN (28 апреля 2015 г.). «Крио-ЭМ-структура белка устойчивости к тетрациклину TetM в комплексе с транслирующей рибосомой при разрешении 3,9 Å». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (17): 5401–6. Bibcode : 2015PNAS..112.5401A. doi : 10.1073/pnas.1501775112 . PMC 4418892. PMID  25870267 .