Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Пыл» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Пыл (значения) .
Не путать с пиролизом .
Пирролизин
Pyrrolysine.svg
Пирролизин-из-PDB-3D-bs-17.png
Имена
Название ИЮПАК
N 6 - {[(2 R , 3 R ) -3-метил-3,4-дигидро-2 H- пиррол-2-ил] карбонил} - L- лизин
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
КЕГГ
UNII
  • InChI = 1S / C12H21N3O3 / c1-8-5-7-14-10 (8) 11 (16) 15-6-3-2-4-9 (13) 12 (17) 18 / h7-10H, 2- 6,13H2,1H3, (H, 15,16) (H, 17,18) / t8-, 9 +, 10- / м1 / с1 проверитьY
    Ключ: ZFOMKMMPBOQKMC-KXUCPTDWSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / C12H21N3O3 / c1-8-5-7-14-10 (8) 11 (16) 15-6-3-2-4-9 (13) 12 (17) 18 / h7-10H, 2- 6,13H2,1H3, (H, 15,16) (H, 17,18) / t8-, 9 +, 10- / м1 / с1
    Ключ: ZFOMKMMPBOQKMC-KXUCPTDWBO
  • C [C @@ H] 1CC = N [C @ H] 1C (= O) NCCCC [C @@ H] (C (= O) O) N
  • Цвиттерион : O = C (NCCCC [C @@ H] (C (= O) [O -]) [NH3 +]) [C @@ H] 1 / N = C \ C [C @ H] 1C
Характеристики
C 12 H 21 N 3 O 3
Молярная масса255,313 г / моль
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Пирролизин (символ Pyl или O ; [1], кодируемый «янтарным» стоп- кодоном UAG ) представляет собой α-аминокислоту, которая используется в биосинтезе белков у некоторых метаногенных архей и бактерий ; [2] [3] не присутствует в организме человека. Он содержит α-аминогруппу (которая находится в протонированной - NH+
3образуют при биологических условиях ), в карбоновую кислоту группу (которая находится в депротонированной -COO - вид в биологических условиях). Его пирролиновая боковая цепь аналогична лизину в том, что она является основной и положительно заряженной при нейтральном pH.

Генетика [ править ]

Почти все гены транслируются с использованием только 20 стандартных аминокислотных строительных блоков. Две необычные генетически кодируемые аминокислоты - это селеноцистеин и пирролизин. Пирролизин был обнаружен в 2002 году в активном центре фермента метилтрансферазы из метан-продуцирующего археона Methanosarcina barkeri . [4] [5] Эта аминокислота кодируется UAG (обычно стоп-кодоном), а ее синтез и включение в белок опосредуются биологическим механизмом, кодируемым кластером генов pylTSBCD . [3]

Состав [ править ]

Как было определено с помощью рентгеновской кристаллографии [5] и MALDI масс - спектрометрии , пирролизин состоит из 4-метил - пирролин -5- карбоновой кислоты в амид связи с е N из лизина . [6]

Синтез [ править ]

Пирролизин синтезируется in vivo путем соединения двух молекул L- лизина. Одна молекула лизина сначала превращается в (3 R ) -3-метил- D -орнитин , который затем лигируется со вторым лизином. Группа NH 2 удаляется с последующей стадией циклизации и дегидратации с получением L- пирролизина. [7]

Каталитическая функция [ править ]

Дополнительное пирролиновое кольцо включено в активный центр нескольких метилтрансфераз , где, как полагают, оно вращается относительно свободно. Считается, что кольцо участвует в позиционировании и отображении метильной группы метиламина для атаки со стороны кофактора корриноида . Предлагаемая модель состоит в том, что соседний остаток, несущий карбоновую кислоту , глутамат , становится протонированным , и протон затем может быть перенесен на азот иминного кольца, подвергая соседний углерод кольца нуклеофильному присоединению.метиламином. Положительно заряженный азот, созданный этим взаимодействием, может затем взаимодействовать с депротонированным глутаматом, вызывая сдвиг в ориентации кольца и подвергая метильную группу, полученную из метиламина, в связывающую щель, где она может взаимодействовать с корриноидом. Таким образом, чистый CH+
3передается на атом кобальта кофактора с изменением степени окисления с I на III. Затем высвобождается аммиак, производный от метиламина , и восстанавливается исходный имин. [5]

Генетическое кодирование [ править ]

В отличие от посттрансляционных модификаций лизина, таких как гидроксилизин , метиллизин и гипусин , пирролизин включается во время трансляции ( синтез белка ) в соответствии с указаниями генетического кода , как и стандартные аминокислоты . Он кодируется в мРНК кодоном UAG , который у большинства организмов является «янтарным» стоп-кодоном . Для этого требуется только присутствие гена pylT , который кодирует необычную транспортную РНК (тРНК) с антикодоном CUA, и гена pylS , который кодирует Аминоацил-тРНК синтетаза класса II, которая заряжает тРНК , производную pylT, пирролизином.

Эта новая пара тРНК-aaRS («ортогональная пара») не зависит от других синтетаз и тРНК в Escherichia coli и, кроме того, обладает некоторой гибкостью в диапазоне обрабатываемых аминокислот, что делает ее привлекательным инструментом для размещения возможно широкого диапазона функциональных химических групп в произвольно заданных местах в модифицированных белках. [8] [9] Например, система предоставила один из двух флуорофоров, сайт-специфически включенных в кальмодулин, что позволяет в реальном времени исследовать изменения в белке с помощью FRET- спектроскопии [10] и сайт-специфического введения фотокардируемого лизина. производная.[11] (См. Расширенный генетический код )

Эволюция [ править ]

В pylT и pylS генов являются частью оперона из Methanosarcina barkeri с гомологами в других секвенсированных членах Methanosarcinaceae семьи: М. acetivorans , М. Мази и М. thermophila . Известно, что гены, содержащие пирролизин, включают монометиламинметилтрансферазу (mtmB), диметиламинметилтрансферазу (mtbB) и триметиламинметилтрансферазу (mttB). Гомологи из pylS и pylT также были найдены в Антарктике archaeon,Methanosarcina barkeri и грамположительные бактерии , Desulfitobacterium hafniense . [12] [13]

Встречаемость Desulfitobacterium представляет особый интерес, потому что бактерии и археи - это отдельные домены в трехдоменной системе, по которой классифицируются живые существа. Когда оказалось, что использование аминокислоты ограничено Methanosarcinaceae , система была описана как «изобретение поздних архей», благодаря которому к генетическому коду была добавлена ​​21-я аминокислота. [14] Впоследствии был сделан вывод, что «PylRS уже присутствовал у последнего универсального общего предка» около 3 миллиардов лет назад, но он сохранялся только в организмах, использующих метиламины в качестве источников энергии. [15] Другая возможность заключается в том, что эволюция системы включала горизонтальный перенос генов.между неродственными микроорганизмами. [16] Другие гены оперона Pyl опосредуют биосинтез пирролизина, что привело к описанию оперона как «кассеты расширения природного генетического кода». [17]

Между изученными бактериальными и архейными системами существуют некоторые различия. Гомология pylS у D. hafniense разбита на два отдельных белка . В частности, кодон UAG, по-видимому, действует как стоп-кодон во многих белках этого организма, с единственным установленным применением для кодирования пирролизина в этом организме. Напротив, у метаногенных архей не удалось идентифицировать какой-либо однозначный стоп-сигнал UAG. [12] Поскольку был только один известный сайт, куда добавляется пирролизин у D. hafniense, было невозможно определить, есть ли какие-либо дополнительные свойства последовательности, аналогичные SECIS.элемент для включения селеноцистеина, может контролировать, когда добавляется пирролизин. Ранее было высказано предположение, что специфическая нижестоящая последовательность "PYLIS", формирующая петлю-стебель в мРНК , вынуждает включение пирролизина вместо прекращения трансляции в метаногенных архее. Однако модель PYLIS потеряла популярность ввиду отсутствия структурной гомологии между элементами PYLIS и отсутствия остановок UAG у этих видов.

Возможность альтернативного перевода [ править ]

ТРНК (CUA) может быть заряжена лизином in vitro за счет согласованного действия лизил-тРНК синтетаз M. barkeri класса I и класса II, которые не распознают пирролизин. Первоначально предполагалось, что заряд тРНК (CUA) лизином будет первым шагом в трансляции янтарных кодонов UAG в пирролизин, механизм, аналогичный тому, который используется для селеноцистеина . Более свежие данные свидетельствуют о прямой зарядке пирролизина на тРНК (CUA) белковым продуктом pylS.ген, что приводит к предположению, что комплекс LysRS1: LysRS2 может участвовать в параллельном пути, разработанном для обеспечения полной трансляции белков, содержащих кодон UAG, с использованием лизина в качестве замещающей аминокислоты в случае дефицита пирролизина. [18] Дальнейшее исследование показало, что гены, кодирующие LysRS1 и LysRS2, не требуются для нормального роста на метаноле и метиламинах с нормальным уровнем метилтрансферазы, и они не могут заменить pylS в рекомбинантной системе для подавления янтарного стоп-кодона UAG. [19]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов» . Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 .
  2. ^ Ричард Каммак, изд. (2009). «Информационный бюллетень 2009» . Комитет по биохимической номенклатуре IUPAC и NC-IUBMB. Пирролизин. Архивировано из оригинала на 2017-09-12 . Проверено 16 апреля 2012 .
  3. ^ a b Rother, Майкл; Кшицкий, Джозеф А. (01.01.2010). «Селеноцистеин, пирролизин и уникальный энергетический метаболизм метаногенных архей» . Археи . 2010 : 1–14. DOI : 10.1155 / 2010/453642 . ISSN 1472-3646 . PMC 2933860 . PMID 20847933 .   
  4. ^ Сринивасан, G; Джеймс, КМ; Krzycki, JA (2002-05-24). «Пирролизин, кодируемый UAG в архее: зарядка специализированной тРНК, декодирующей UAG». Наука . 296 (5572): 1459–1462. Bibcode : 2002Sci ... 296.1459S . DOI : 10.1126 / science.1069588 . PMID 12029131 . S2CID 28593085 .  
  5. ^ a b c Хао, Бин; Гонг; Фергюсон; Джеймс; Кшицкий; Чан (24 мая 2002 г.). «Новый UAG-кодированный остаток в структуре метаноген-метилтрансферазы». Наука . 296 (5572): 1462–1466. Bibcode : 2002Sci ... 296.1462H . DOI : 10.1126 / science.1069556 . PMID 12029132 . S2CID 35519996 .  
  6. ^ Соарес, JA; Чжан, Л; Питч, Р.Л .; Kleinholz, NM; Джонс, РБ; Вольф, JJ; Амстер, Дж; Грин-Черч, КБ; Krzycki, JA (2005-11-04). « Остаточная масса L- пирролизина в трех различных метиламинметилтрансферазах» . Журнал биологической химии . 280 (44): 36962–36969. DOI : 10.1074 / jbc.M506402200 . PMID 16096277 . 
  7. ^ Гастон, Марша А .; Чжан; Зеленая церковь; Кшицкий (31 марта 2011 г.). «Полный биосинтез генетически кодируемой аминокислоты пирролизина из лизина» . Природа . 471 (7340): 647–50. Bibcode : 2011Natur.471..647G . DOI : 10,1038 / природа09918 . PMC 3070376 . PMID 21455182 .  
  8. ^ Хао, B; Чжао, G; Kang, PT; Соареш, JA; Фергюсон, ТК; Gallucci, J; Krzycki, JA; Чан, МК (сентябрь 2004 г.). «Реакционная способность и химический синтез L- пирролизина - 22-й генетически кодируемой аминокислоты» . Химия и биология . 11 (9): 1317–24. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2004.07.011 . PMID 15380192 . 
  9. ^ Ли, WT; Махапатра, А; Longstaff, DG; Bechtel, J; Чжао, G; Kang, PT; Чан, МК; Krzycki, JA (январь 2009 г.). «Специфика пирролизил-тРНК синтетазы для пирролизина и аналогов пирролизина». Журнал молекулярной биологии . 385 (4): 1156–64. DOI : 10.1016 / j.jmb.2008.11.032 . PMID 19063902 . 
  10. ^ Фекнер, Т; Ли, Х; Ли, ММ; Чан, МК (2009). «Аналог пирролизина для химии щелчка белка». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 48 (9): 1633–5. DOI : 10.1002 / anie.200805420 . PMID 19156778 . 
  11. ^ Чен, PR; Грофф, Д; Guo, J; Оу, Вт; Cellitti, S; Geierstanger, BH; Шульц, П.Г. (2009). «Простая система для кодирования неприродных аминокислот в клетках млекопитающих» . Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 48 (22): 4052–5. DOI : 10.1002 / anie.200900683 . PMC 2873846 . PMID 19378306 .  
  12. ^ a b Проверено в Zhang, Y; Баранов П.В. Аткинс, JF; Гладышев В.Н. (27 мая 2005 г.). «Пирролизин и селеноцистеин используют разные стратегии декодирования» . Журнал биологической химии . 280 (21): 20740–20751. DOI : 10.1074 / jbc.M501458200 . PMID 15788401 . 
  13. ^ Чжан, Y; Гладышев, В.Н. (2007). «Высокое содержание белков, содержащих 21-ю и 22-ю аминокислоты, селеноцистеин и пирролизин, в симбиотических дельтапротеобактериях кишечного червя Olavius ​​algarvensis» . Исследования нуклеиновых кислот . 35 (15): 4952–4963. DOI : 10.1093 / NAR / gkm514 . PMC 1976440 . PMID 17626042 .  
  14. ^ Амброгелли, А; Gundllapalli, S; Селедка, S; Поликарпо, C; Frauer, C; Зёлль, Д. (27 февраля 2007 г.). «Пирролизин не предназначен для котрансляционной вставки в кодоны UAG» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (9): 3141–3146. Bibcode : 2007PNAS..104.3141A . DOI : 10.1073 / pnas.0611634104 . PMC 1805618 . PMID 17360621 .  
  15. ^ Нодзава, K; О'Донохью, П; Gundllapalli, S; Araiso, Y; Ishitani, R; Умехара, Т; Söll, D; Нуреки, О (26.02.2009). «Пирролизил-тРНК синтетаза: структура тРНКПила раскрывает молекулярную основу ортогональности» . Природа . 457 (7233): 1163–1167. Bibcode : 2009Natur.457.1163N . DOI : 10,1038 / природа07611 . PMC 2648862 . PMID 19118381 .  
  16. Перейти ↑ Fournier, G (2009). «Горизонтальный перенос генов и эволюция метаногенных путей». Горизонтальный перенос генов . Методы молекулярной биологии. 532 . С. 163–79. DOI : 10.1007 / 978-1-60327-853-9_9 . ISBN 978-1-60327-852-2. PMID  19271184 .
  17. ^ Longstaff, DG; Ларю, RC; Фауст, Дж. Э .; Махапатра, А; Чжан, Л; Грин-Черч, КБ; Кшицкий, Я. (16 января 2007 г.). «Кассета расширения естественного генетического кода делает возможным трансмиссивный биосинтез и генетическое кодирование пирролизина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (3): 1021–6. Bibcode : 2007PNAS..104.1021L . DOI : 10.1073 / pnas.0610294104 . PMC 1783357 . PMID 17204561 .  
  18. ^ Поликарпо, C; Амброгелли, А; Берубе, А; Winbush, SM; McCloskey, JA; Crain, PF; Дерево, JL; Зёлль, Д. (2004-08-24). «Аминоацил-тРНК синтетаза, которая специфически активирует пирролизин» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (34): 12450–12454. Bibcode : 2004PNAS..10112450P . DOI : 10.1073 / pnas.0405362101 . PMC 515082 . PMID 15314242 .  
  19. ^ Махапатра, А; Шринивасан, G; Рихтер, КБ; Мейер, А; Lienard, T; Чжан, JK; Чжао, G; Kang, PT; Чан, М; Gottschalk, G; Меткалф, WW; Krzycki, JA (июнь 2007 г.). «Мутанты лизил-тРНК синтетазы класса I и класса II и генетическое кодирование пирролизина в Methanosarcina spp». Молекулярная микробиология . 64 (5): 1306–18. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05740.x . PMID 17542922 . S2CID 26445329 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Аткинс, JF; Гестеланд, Р. (2002). «22-я аминокислота». Наука . 296 (5572): 1409–1410. DOI : 10.1126 / science.1073339 . PMID  12029118 . S2CID  82054110 .
  • Krzycki, JA (2005). «Прямое генетическое кодирование пирролизина». Текущее мнение в микробиологии . 8 (6): 706–712. DOI : 10.1016 / j.mib.2005.10.009 . PMID  16256420 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ярнелл, Аманда (27 мая 2002 г.). «Идентифицирована 22-я аминокислота» . Новости химии и техники . 80 (21): 13. DOI : 10.1021 / Сеп-v080n021.p013 . ISSN  0009-2347 .