Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аминоацил-тРНК с тРНК над стрелкой и общей аминокислотой под стрелкой. Большая часть структуры тРНК представлена ​​в виде упрощенной красочной модели шарика и палки ; конечный аденозин и аминокислота показаны в виде структурных формул . Стрелка указывает на сложноэфирную связь между аминокислотой и тРНК.

Аминоацил-тРНК (также аа-тРНК или заряженная тРНК ) - это тРНК, с которой ее родственная аминокислота химически связана (заряжена). Аа-тРНК вместе с определенными факторами элонгации доставляют аминокислоту к рибосоме 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 аа-тРНК. [1] Каждая аминокислота имеет свою собственную специфическую аминоацил-тРНК синтетазу , которая используется для химического связывания с тРНК, которой она специфична, или, другими словами, «родственной» ей. Спаривание тРНК с родственной ей аминокислотой имеет решающее значение, поскольку оно гарантирует, что во время синтеза белка используется только конкретная аминокислота, соответствующая антикодону тРНК и, в свою очередь, соответствующая кодону мРНК .

Чтобы предотвратить ошибки трансляции, при которых неправильная аминокислота включается в полипептидную цепь, эволюция предусмотрела корректирующую функциональность синтетаз аа-тРНК; эти механизмы обеспечивают правильное соединение аминокислоты с родственной ей тРНК. [2] Аминокислоты, которые неправильно ацилируются с помощью соответствующего субстрата тРНК, подвергаются гидролизу посредством механизмов деацилирования, которыми обладают aa-тРНК синтетазы. [3]

Из-за вырожденности генетического кода несколько тРНК будут иметь одну и ту же аминокислоту, но разные кодоны. Эти разные тРНК называются изоакцепторами. При определенных обстоятельствах будут заряжены непохожие аминокислоты, что приведет к ошибочно заряженной или мизаминоацилированной тРНК. Эти неправильно заряженные тРНК необходимо гидролизовать, чтобы предотвратить неправильный синтез белка.

Хотя аа-тРНК служит в первую очередь как промежуточное звено между кодирующей цепью мРНК и кодируемой полипептидной цепью во время синтеза белка, также обнаружено, что аа-тРНК выполняет функции в нескольких других биосинтетических путях. Было обнаружено, что аа-тРНК действуют как субстраты в путях биосинтеза клеточных стенок, антибиотиков, липидов и деградации белков.

Понятно, что аа-тРНК могут действовать как доноры аминокислот, необходимых для модификации липидов и биосинтеза антибиотиков. Также известно, что кластеры генов могут использовать аа-тРНК для регулирования синтеза кодируемых полипептидов. [4]

Синтез [ править ]

Аминоацил-тРНК производится в два этапа. Во-первых, аденилирование аминокислоты, которая образует аминоацил-АМФ:

Аминокислота + АТФ → Аминоацил-АМФ + PP i

Во-вторых, аминокислотный остаток переносится на тРНК:

Аминоацил-АМФ + тРНК → Аминоацил-тРНК + АМФ

Общая чистая реакция:

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

Итоговая реакция энергетически выгодна только потому, что пирофосфат (PPi) позже гидролизуется. Реакция гидролиза пирофосфата до двух молекул неорганического фосфата (Pi) является энергетически выгодной и запускает две другие реакции. Вместе эти высокоэргонические реакции происходят внутри аминоацил-тРНК синтетазы, специфичной для этой аминокислоты. [5] [6]

Стабильность и гидролиз [ править ]

Исследование стабильности аа-тРНК показывает, что ацильная (или сложноэфирная) связь является наиболее важным фактором, в отличие от последовательности самой тРНК. Эта связь представляет собой сложноэфирную связь, которая химически связывает карбоксильную группу аминокислоты с концевой 3'-ОН группой ее родственной тРНК. [7] Было обнаружено, что аминокислотный фрагмент данной α-тРНК обеспечивает ее структурную целостность; фрагмент тРНК по большей части определяет, как и когда аминокислота будет включена в растущую полипептидную цепь. [8]

Различные аа-тРНК имеют различные константы скорости псевдопервого порядка для гидролиза сложноэфирной связи между аминокислотой и тРНК . [9] Такие наблюдения связаны, в первую очередь, со стерическими эффектами. Стерическое затруднение обеспечивается специфическими группами боковых цепей аминокислот, которые помогают в ингибировании межмолекулярных атак на карбонил сложного эфира; эти межмолекулярные атаки ответственны за гидролиз сложноэфирной связи.

Разветвленные и алифатические аминокислоты (валин и изолейцин) при их синтезе генерируют наиболее стабильные аминоацил-тРНК с значительно более длительным периодом полураспада, чем те, которые обладают низкой гидролитической стабильностью (например, пролин). Стерические препятствия для аминокислот валина и изолейцина создаются метильной группой на β-углероде боковой цепи. В целом химическая природа связанной аминокислоты определяет стабильность аа-тРНК. [10]

Было показано, что повышенная ионная сила в результате действия солей натрия, калия и магния дестабилизирует ацильную связь аа-тРНК. Повышенный pH также дестабилизирует связь и изменяет ионизацию α-углеродной аминогруппы аминокислоты. Заряженная аминогруппа может дестабилизировать связь аа-тРНК за счет индуктивного эффекта. [11] Фактор удлинения EF-Tu стабилизирует связь, предотвращая гидролиз слабых ацильных связей. [12]

В целом фактическая стабильность сложноэфирной связи влияет на восприимчивость аа-тРНК к гидролизу в организме при физиологическом pH и концентрациях ионов. Термодинамически выгодно, чтобы процесс аминоацилирования давал стабильную молекулу аа-тРНК, обеспечивая тем самым ускорение и продуктивность синтеза полипептидов. [13]

Нацеливание на наркотики [ править ]

Некоторые антибиотики, такие как тетрациклины , препятствуют связыванию аминоацил-тРНК с рибосомной субъединицей у прокариот . Понятно, что тетрациклины ингибируют прикрепление α-тРНК в акцепторном (A) сайте прокариотических рибосом во время трансляции. Тетрациклины считаются антибиотиками широкого спектра действия; эти препараты обладают способностью подавлять 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 рибосомным акцепторным сайтом, несмотря на то, что он концентрируется тетрациклинами, которые обычно ингибируют такие действия. Белок TetM рассматривается как белок защиты рибосом, проявляющий активность GTPase, которая зависит от рибосом. Исследования показали, что в присутствии белков TetM тетрациклины высвобождаются из рибосом. Таким образом, это позволяет связываться аа-тРНК с сайтом А рибосом, поскольку это больше не препятствует молекулам тетрациклина. [14] TetO на 75% похож на TetM, и оба имеют примерно 45% сходства с EF-G . Определена структура TetM в комплексе с рибосомой E. coli . [15]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Peacock JR, Вальвоорд RR, Chang А.Я., Козловский MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014). «Аминокислотно-зависимая стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК» . РНК . 20 (6): 758–64. DOI : 10,1261 / rna.044123.113 . PMC  4024630 . PMID  24751649 .
  2. ^ Келли P, Ibba M (январь 2018). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение отличить правильное от неправильного». Журнал молекулярной биологии . 430 (1): 17–19. DOI : 10.1016 / j.jmb.2017.10.025 . PMID 29111345 . 
  3. ^ Francklyn CS, Маллен P (апрель 2019). «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. Ulrich EC, van der Donk WA (декабрь 2016 г.). «Камео появления аминоацил-тРНК в биосинтезе природных продуктов» . Текущее мнение в химической биологии . 35 : 29–36. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2016.08.018 . PMC 5161580 . PMID 27599269 .  
  5. ^ Свенсон Р, Р Hoben, Самнер-Смит М, Уэмура Н, Уотсон л, Золль D (декабрь 1988). «Точность аминоацилирования in vivo требует надлежащего баланса тРНК и аминоацил-тРНК синтетазы» . Наука . 242 (4885): 1548–51. Bibcode : 1988Sci ... 242.1548S . DOI : 10.1126 / science.3144042 . PMID 3144042 . 
  6. McClain WH (ноябрь 1993 г.). «Правила, которые регулируют идентичность тРНК в синтезе белка» . Журнал молекулярной биологии . 234 (2): 257–80. DOI : 10.1006 / jmbi.1993.1582 . PMID 8230212 . 
  7. ^ Келли P, Ibba M (январь 2018). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение отличить правильное от неправильного». Журнал молекулярной биологии . 430 (1): 17–19. DOI : 10.1016 / j.jmb.2017.10.025 . PMID 29111345 . 
  8. ^ Francklyn CS, Маллен P (апрель 2019). «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. ^ Hentzen D, Mandel P, Garel JP (октябрь 1972). «Связь между стабильностью аминоацил-тРНК и фиксированной аминокислотой». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Нуклеиновые кислоты и синтез белков . 281 (2): 228–32. DOI : 10.1016 / 0005-2787 (72) 90174-8 . PMID 4629424 . 
  10. ^ Келли P, Ibba M (январь 2018). «Контроль качества аминоацил-тРНК обеспечивает быстрое решение отличить правильное 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 реакционной способности сложноэфирной связи аминоацил-тРНК. I. Влияние pH и природы ацильной группы на скорость гидролиза». Биохимия . 56 (3): 383–90. DOI : 10.1016 / S0300-9084 (74) 80146-X . PMID 4853442 . 
  12. ^ Peacock JR, Вальвоорд RR, Chang А.Я., Козловский MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014). «Аминокислотно-зависимая стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК» . РНК . 20 (6): 758–64. DOI : 10,1261 / rna.044123.113 . PMC 4024630 . PMID 24751649 .  
  13. ^ Peacock JR, Вальвоорд RR, Chang А.Я., Козловский MC, Gamper H, Hou YM (июнь 2014). «Аминокислотно-зависимая стабильность ацильной связи в аминоацил-тРНК» . РНК . 20 (6): 758–64. DOI : 10,1261 / rna.044123.113 . PMC 4024630 . PMID 24751649 .  
  14. Перейти ↑ Chopra I, Roberts M (июнь 2001 г.). «Тетрациклиновые антибиотики: механизм действия, применение, молекулярная биология и эпидемиология устойчивости бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 65 (2): 232–60, вторая страница, оглавление. DOI : 10.1128 / MMBR.65.2.232-260.2001 . PMC 99026 . PMID 11381101 .  
  15. ^ Аренц, S; Nguyen, F; Beckmann, R; Уилсон, Д. Н. (28 апреля 2015 г.). «Крио-ЭМ структура белка устойчивости к тетрациклину TetM в комплексе с транслирующей рибосомой с разрешением 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 .