Jump to content

Непротеиногенные аминокислоты

Диаграмма Венна, показывающая, что 22 протеиногенные аминокислоты составляют небольшую часть всех аминокислот.

В биохимии . некодированные или непротеиногенные аминокислоты отличаются от 22 протеиногенных аминокислот (21 у эукариот) [примечание 1] ), которые естественным образом закодированы в геноме организмов для сборки белков. Однако более 140 непротеиногенных аминокислот встречаются в белках в природе, а еще тысячи могут встречаться в природе или быть синтезированы в лаборатории. [1] Химически синтезированные аминокислоты можно назвать неприродными аминокислотами. Неприродные аминокислоты можно получить синтетически из их нативных аналогов посредством модификаций, таких как алкилирование амина, замена боковой цепи, циклизация удлинения структурных связей и изостерические замены в основной цепи аминокислоты. [2] Важны многие непротеиногенные аминокислоты:

Определение отрицанием

[ редактировать ]
Лизин

Технически любое органическое соединение с амина (–NH 2 ) и карбоновой кислоты (–COOH) функциональной группой является аминокислотой. Протеиногенные аминокислоты представляют собой небольшую подгруппу этой группы, которая имеет центральный атом углерода (α- или 2-), несущий аминогруппу, карбоксильную группу, боковую цепь и α-водородную левоконформацию , за исключением глицина , который ахиральный и пролин , аминогруппа которого является вторичным амином и, следовательно, по традиционным причинам часто упоминается как иминокислота , хотя и не имино.

Генетический код кодирует 20 стандартных аминокислот для включения в белки во время трансляции . Однако есть две дополнительные протеиногенные аминокислоты: селеноцистеин и пирролизин . Эти нестандартные аминокислоты не имеют специального кодона, но добавляются вместо стоп-кодона при наличии определенной последовательности, кодона UGA и элемента SECIS для селеноцистеина. [5] UAG Последующая последовательность PYLIS для пирролизина. [6] Все остальные аминокислоты называются «непротеиногенными».

Существуют различные группы аминокислот: [7]

  • 20 стандартных аминокислот
  • 22 протеиногенные аминокислоты
  • более 80 аминокислот, созданных абиотически в высоких концентрациях
  • около 900 производятся естественным путем
  • более 118 инженерных аминокислот были помещены в белок

Эти группы пересекаются, но не идентичны. Все 22 протеиногенные аминокислоты биосинтезируются организмами, а некоторые, но не все, из них также являются абиотическими (обнаружены в пребиотических экспериментах и ​​метеоритах). Некоторые природные аминокислоты, такие как норлейцин , неправильно включаются в белки трансляционно из-за неправильного процесса синтеза белка. Многие аминокислоты, такие как орнитин , являются промежуточными продуктами метаболизма, вырабатываемыми биосинтетически, но не включающимися трансляционно в белки. Посттрансляционная модификация аминокислотных остатков в белках приводит к образованию многих белковых, но непротеиногенных аминокислот. Другие аминокислоты встречаются исключительно в абиотических смесях (например, α-метилнорвалин). Более 30 неприродных аминокислот были вставлены трансляционно в белок в инженерных системах, но не являются биосинтетическими. [7]

Номенклатура

[ редактировать ]

В дополнение к системе нумерации ИЮПАК, позволяющей различать различные атомы углерода в органической молекуле, путем последовательного присвоения номера каждому углероду, включая те, которые образуют карбоксильную группу, атомы углерода вдоль боковой цепи аминокислот также могут быть помечены греческими буквами. , где α-углерод представляет собой центральный хиральный углерод, обладающий карбоксильной группой, боковой цепью и, в α-аминокислотах, аминогруппой – углерод в карбоксильных группах не учитывается. [8] (Следовательно, названия многих непротеиногенных α-аминокислот в ИЮПАК начинаются с 2-амино- и заканчиваются на -ic кислоту .)

Природные не- L -α-аминокислоты

[ редактировать ]

Большинство природных аминокислот представляют собой α-аминокислоты в L- конфигурации, но существуют и некоторые исключения.

Сравнение структур аланина и бета-аланина.

Некоторые не-α-аминокислоты существуют в организмах. В этих структурах аминогруппа смещена дальше от карбонового конца молекулы аминокислоты. Таким образом, у β-аминокислоты аминогруппа связана со вторым атомом углерода, а у γ-аминокислоты она находится на третьем атоме углерода. Примеры включают β-аланин , ГАМК и δ- аминолевулиновую кислоту .

Причина, по которой α-аминокислоты используются в белках, связана с их частотой в метеоритах и ​​экспериментах с пребиотиками. [10] Первоначальные предположения о вредных свойствах β-аминокислот с точки зрения вторичной структуры. [10] оказалось неправильным. [11]

D-аминокислоты

[ редактировать ]

Некоторые аминокислоты содержат противоположную абсолютную хиральность, химические вещества, которые недоступны в обычном рибосомальном аппарате трансляции и транскрипции. Стенки большинства бактериальных клеток образованы пептидогликаном , полимером, состоящим из аминосахаров, сшитых короткими олигопептидами, соединенными между собой мостиками. Олигопептид синтезируется нерибосомально и содержит несколько особенностей, включая D-аминокислоты , обычно D -аланин и D -глутамат. Еще одной особенностью является то, что первый рацемизируется PLP -связывающими ферментами (кодируемыми alr или гомологом dadX ), тогда как последний рацемизируется независимым от кофактора ферментом ( murI ). Некоторые варианты присутствуют у Thermotoga spp. D Присутствует -лизин, а в некоторых устойчивых к ванкомицину бактериях D присутствует vanT ). -серин ( ген [12] [13]

Без водорода на α-углероде

[ редактировать ]

Все протеиногенные аминокислоты имеют по крайней мере один водород на α-углероде. У глицина два атома водорода, а у всех остальных — один водород и одна боковая цепь. Замена оставшегося водорода более крупным заместителем, например метильной группой, искажает основную цепь белка. [10]

У некоторых грибов α-аминоизомасляная кислота вырабатывается как предшественник пептидов, некоторые из которых проявляют антибиотические свойства. [14] Это соединение похоже на аланин, но имеет дополнительную метильную группу на α-углероде вместо водорода. Следовательно, оно ахирально. Другое соединение, похожее на аланин без α-водорода, — это дегидроаланин , имеющий метиленовую боковую цепь. Это одна из нескольких встречающихся в природе дегидроаминокислот .

Двойные аминокислотные стереоцентры

[ редактировать ]

Подмножество L -α-аминокислот неоднозначно относительно того, какой из двух концов является α-углеродом. В белках остаток цистеина может образовывать дисульфидную связь с другим остатком цистеина, тем самым сшивая белок. Два сшитых цистеина образуют молекулу цистина . Цистеин и метионин обычно производятся путем прямого сульфурилирования, но у некоторых видов они могут быть получены путем транссульфурации , когда активированный гомосерин или серин сплавляется с цистеином или гомоцистеином, образуя цистатионин . Аналогичным соединением является лантионин , который можно рассматривать как две молекулы аланина, соединенные тиоэфирной связью, и он встречается в различных организмах. Аналогично, джэнколевая кислота , растительный токсин из бобов дженгколь , состоит из двух цистеинов, соединенных метиленовой группой. Диаминопимелиновая кислота используется как мостик в пептидогликане, так и в качестве предшественника лизина (посредством его декарбоксилирования).

Пребиотические аминокислоты и альтернативная биохимия

[ редактировать ]

В метеоритах и ​​в экспериментах с пребиотиками (например, эксперимент Миллера-Юри ) обнаруживается гораздо больше аминокислот, чем двадцать стандартных аминокислот, некоторые из которых находятся в более высоких концентрациях, чем стандартные. Было высказано предположение, что если бы жизнь, основанная на аминокислотах, возникла где-то во Вселенной, не более 75% аминокислот были бы общими. [10] Наиболее заметной аномалией является отсутствие аминомасляной кислоты.

Доля аминокислот по отношению к глицину (%)
Молекула Электрический разряд Мерчинсонский метеорит
глицин 100 100
аланин 180 36
α-амино- н -масляная кислота 61 19
норвалин 14 14
валин 4.4
норлейцин 1.4
лейцин 2.6
изолейцин 1.1
аллоизолейцин 1.2
т-лейцин < 0,005
α-амино- н -гептановая кислота 0.3
пролин 0.3 22
пипеколиновая кислота 0.01 11
α,β-диаминопропионовая кислота 1.5
α,γ-диаминомасляная кислота 7.6
орнитин < 0,01
лизин < 0,01
аспарагиновая кислота 7.7 13
глутаминовая кислота 1.7 20
серин 1.1
треонин 0.2
аллотреонин 0.2
метионин 0.1
гомоцистеин 0.5
гомосерин 0.5
β-аланин 4.3 10
β-амино- н -масляная кислота 0.1 5
β-аминоизомасляная кислота 0.5 7
γ-аминомасляная кислота 0.5 7
α-аминоизомасляная кислота 7 33
изовалин 1 11
саркозин 12.5 7
N -этилглицин 6.8 6
N- пропилглицин 0.5
N -изопропилглицин 0.5
N -метилаланин 3.4 3
N -этилаланин < 0,05
N -метил-β-аланин 1.0
N -этил-β-аланин < 0,05
изосерин 1.2
α-гидрокси-γ-аминомасляная кислота 17

Прямая боковая цепь

[ редактировать ]

Генетический код был описан как замороженная случайность, и причиной того, что существует только одна стандартная аминокислота с прямой цепью, аланином, может быть просто избыточность валина, лейцина и изолейцина. [10] Однако сообщается, что аминокислоты с прямой цепью образуют гораздо более стабильные альфа-спирали. [15]

халькоген

[ редактировать ]

Серин, гомосерин , О -метилгомосерин и О -этилгомосерин обладают гидроксиметильной, гидроксиэтильной, О -метилгидроксиметильной и О- метилгидроксиэтильной боковой цепью; тогда как цистеин, гомоцистеин , метионин и этионин обладают тиоловыми эквивалентами. Эквивалентами селенола являются селеноцистеин, селеногомоцистеин, селенометионин и селенэтионин. Аминокислоты со следующим халькогеном встречаются и в природе: некоторые виды, такие как Aspergillus fumigatus , Aspergillus terreus и Penicillium chrysogenum, в отсутствие серы способны продуцировать и включаться в белок теллуроцистеин и теллурометионин. [16]

Расширенный генетический код

[ редактировать ]

В клетках, особенно автотрофных, в качестве промежуточных продуктов метаболизма обнаруживаются некоторые непротеиногенные аминокислоты. Однако, несмотря на каталитическую гибкость PLP-связывающих ферментов, многие аминокислоты синтезируются в виде кетокислот (например, 4-метил-2-оксопентаноат в лейцин) и аминируются на последней стадии, таким образом сохраняя количество непротеиногенных аминокислот. промежуточные продукты довольно низкие.

Орнитин и цитруллин участвуют в цикле мочевины аминокислот , являясь частью катаболизма (см. ниже). [17]

Помимо первичного метаболизма , некоторые непротеиногенные аминокислоты являются предшественниками или конечными продуктами вторичного метаболизма для образования небольших соединений или нерибосомальных пептидов (например, некоторых токсинов ).

Посттрансляционно включается в белок

[ редактировать ]

Несмотря на то, что некоторые нестандартные аминокислоты не кодируются генетическим кодом как протеиногенные аминокислоты, тем не менее они обнаруживаются в белках. Они образуются путем посттрансляционной модификации боковых цепей стандартных аминокислот, присутствующих в целевом белке. Эти модификации часто необходимы для функционирования или регуляции белка; например, в γ-карбоксиглутамате карбоксилирование связывать глутамата кальция позволяет лучше катионы , [18] в гидроксипролине гидроксилирование пролина а тканей имеет решающее значение для поддержания соединительных . [19] Другим примером является образование гипузина в факторе инициации трансляции EIF5A посредством модификации остатка лизина. [20] Такие модификации могут также определять локализацию белка, например, добавление длинных гидрофобных групп может привести к связыванию белка с фосфолипидной мембраной. [21]

Имеются некоторые предварительные доказательства того, что аминомалоновая кислота может присутствовать в белке, возможно, в результате неправильного включения. [22] [23]

Токсичные аналоги

[ редактировать ]

Некоторые непротеиногенные аминокислоты токсичны из-за их способности имитировать определенные свойства протеиногенных аминокислот, таких как тиализин . Некоторые непротеиногенные аминокислоты нейротоксичны, имитируя аминокислоты, используемые в качестве нейротрансмиттеров (то есть не участвующих в биосинтезе белка), включая кискваловую кислоту , канаванин и азетидин-2-карбоновую кислоту . [24] Цефалоспорин C имеет основу α-аминоадипиновой кислоты (гомоглутамата), амидированную цефалоспориновым фрагментом. [25] Пеницилламин — терапевтическая аминокислота, механизм действия которой неизвестен.

Природные цианотоксины также могут включать непротеиногенные аминокислоты. микроцистин и нодуларин Например, являются производными ADDA , β-аминокислоты.

Не аминокислоты

[ редактировать ]

Таурин представляет собой аминосульфоновую кислоту , а не аминокарбоновую кислоту, однако иногда его считают таковым, поскольку количества, необходимые для подавления ауксотрофа у некоторых организмов (например, у кошек), ближе к количествам «незаменимых аминокислот» (аминокислотная ауксотрофия). ), чем витаминов (кофакторная ауксотрофия).

Осмолиты, саркозин и глицин-бетаин происходят из аминокислот, но содержат вторичный и четвертичный амин соответственно.

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ плюс формилметионин у эукариот с прокариотными органеллами, такими как митохондрии
  1. ^ Амброгелли, А.; Палиура, С.; Зёлль, Д. (2007). «Естественное расширение генетического кода». Химическая биология природы . 3 (1): 29–35. дои : 10.1038/nchembio847 . ПМИД   17173027 .
  2. ^ Аван, Илькер; Холл, К. Деннис; Катрицки, Алан Р. (22 апреля 2014 г.). «Пептидомиметика путем модификации аминокислот и пептидных связей» . Обзоры химического общества . 43 (10): 3575–3594. дои : 10.1039/C3CS60384A . ПМИД   24626261 .
  3. ^ Сараса, Сабна Б.; Махендран, Рамасами; Мутхусами, Гаятри; Сакаппан, Бенси; Сельта, Дэниел Раджа Фемил; Ангаярканни, Джаяраман (2020). «Краткий обзор небелковой аминокислоты гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК): ее производство и роль в микробах». Современная микробиология . 77 (4): 534–544. дои : 10.1007/s00284-019-01839-w . ПМИД   31844936 .
  4. ^ Остойич, Сергей М. (01 августа 2021 г.). «Креатин как пищевая добавка для населения» . Журнал функциональных продуктов питания . 83 : 104568. doi : 10.1016/j.jff.2021.104568 . ISSN   1756-4646 .
  5. ^ Бёк, А.; Форчхаммер, К.; Хайдер, Дж.; Барон, К. (1991). «Синтез селенопротеина: расширение генетического кода». Тенденции биохимических наук . 16 (12): 463–467. дои : 10.1016/0968-0004(91)90180-4 . ПМИД   1838215 .
  6. ^ Теобальд-Дитрих, А.; Жье, Р.; Рюдингер-Тирион, Дж.Л. (2005). «Доказательства существования в мРНК шпильечного элемента, ответственного за рибосомно-зависимую вставку пирролизина в белки». Биохимия . 87 (9–10): 813–817. дои : 10.1016/j.biochi.2005.03.006 . ПМИД   16164991 .
  7. ^ Jump up to: а б Лу, Ю.; Фриланд, С. (2006). «Об эволюции стандартного аминокислотного алфавита» . Геномная биология . 7 (1): 102. doi : 10.1186/gb-2006-7-1-102 . ПМК   1431706 . ПМИД   16515719 .
  8. ^ Фут, Д.; Фут, Дж. Г. (2004). Биохимия (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0471193500 .
  9. ^ Чакауя, Э.; Коксон, КМ; Оттенхоф, ХХ; Уитни, HM; Бланделл, ТЛ; Абель, К.; Смит, АГ (2005). «Биосинтез пантотената у высших растений». Труды Биохимического общества . 33 (4): 743–746. дои : 10.1042/BST0330743 . ПМИД   16042590 .
  10. ^ Jump up to: а б с д и Вебер, Алабама; Миллер, С.Л. (1981). «Причины появления двадцати кодируемых в белке аминокислот». Журнал молекулярной эволюции . 17 (5): 273–284. Бибкод : 1981JMolE..17..273W . дои : 10.1007/BF01795749 . ПМИД   7277510 . S2CID   27957755 .
  11. ^ Койак, MJ; Ченг, Р.П. (2006). «Дизайн и синтез β-пептидов с биологической активностью». Белковый дизайн . Методы молекулярной биологии. Том. 340. стр. 95–109. дои : 10.1385/1-59745-116-9:95 . ISBN  978-1-59745-116-1 . ПМИД   16957334 .
  12. ^ Бонифаций, А.; Паркет, К.; Артур, М.; Менжен-Лекрель, Д.; Бланот, Д. (2009). «Выяснение структуры пептидогликана Thermotoga maritima выявило два новых типа поперечных связей» . Журнал биологической химии . 284 (33): 21856–21862. дои : 10.1074/jbc.M109.034363 . ПМЦ   2755910 . ПМИД   19542229 .
  13. ^ Ариас, Калифорния; Мартин-Мартинес, М.; Бланделл, ТЛ; Артур, М.; Курвален, П.; Рейнольдс, ЧП (1999). «Характеристика и моделирование vanT: новая мембраносвязанная сериновая рацемаза из устойчивого к ванкомицину Enterococcus Gallinarum BM4174» . Молекулярная микробиология . 31 (6): 1653–1664. дои : 10.1046/j.1365-2958.1999.01294.x . ПМИД   10209740 . S2CID   25796469 .
  14. ^ Гао, X.; Чуй, Ю.Х.; Эймс, Б.Д.; Ван, П.; Уолш, Коннектикут; Тан, Ю. (2011). «Биосинтез грибковых индольных алкалоидов: генетическое и биохимическое исследование триптоквиаланинового пути у Penicillium aethiopicum » . Журнал Американского химического общества . 133 (8): 2729–2741. дои : 10.1021/ja1101085 . ПМК   3045477 . ПМИД   21299212 .
  15. ^ Падманабхан, С.; Болдуин, Р.Л. (1991). «Неполярные аминокислоты с прямой цепью являются хорошими спиралеобразователями в воде» . Журнал молекулярной биологии . 219 (2): 135–137. дои : 10.1016/0022-2836(91)90553-I . ПМИД   2038048 .
  16. ^ Рамадан, ЮВ; Разак, А.А.; Рагаб, AM; Эль-Мелиджи, М. (1989). «Включение теллура в аминокислоты и белки у устойчивых к теллуру грибов». Исследование биологических микроэлементов . 20 (3): 225–232. дои : 10.1007/BF02917437 . ПМИД   2484755 . S2CID   9439946 .
  17. ^ Курис, Э.; Николис, И.; Муанар, К.; Осовска, С.; Зеррук, Н.; Бенасет, С.; Кинобер, Л. (2005). «Почти все о цитруллине у млекопитающих». Аминокислоты . 29 (3): 177–205. дои : 10.1007/s00726-005-0235-4 . ПМИД   16082501 . S2CID   23877884 .
  18. ^ Вермеер, К. (1990). «Гамма-карбоксиглутаматсодержащие белки и витамин К-зависимая карбоксилаза» . Биохимический журнал . 266 (3): 625–636. дои : 10.1042/bj2660625 . ПМЦ   1131186 . ПМИД   2183788 .
  19. ^ Бхаттачарджи, А; Бансал, М. (2005). «Структура коллагена: тройная спираль Мадраса и текущий сценарий» . ИУБМБ Жизнь . 57 (3): 161–172. дои : 10.1080/15216540500090710 . ПМИД   16036578 . S2CID   7211864 .
  20. ^ Парк, Миннесота (2006). «Посттрансляционный синтез аминокислоты, полученной из полиамина, гипузина, в эукариотическом факторе инициации трансляции 5А (eIF5A)» . Журнал биохимии . 139 (2): 161–169. дои : 10.1093/jb/mvj034 . ПМК   2494880 . ПМИД   16452303 .
  21. ^ Бленис, Дж; Реш, доктор медицины (1993). «Субклеточная локализация, определяемая ацилированием и фосфорилированием белков». Современное мнение в области клеточной биологии . 5 (6): 984–989. дои : 10.1016/0955-0674(93)90081-з . ПМИД   8129952 .
  22. ^ Копли, С.Д.; Франк, Э.; Кирш, В.М.; Кох, TH (1992). «Обнаружение и возможное происхождение аминомалоновой кислоты в белковых гидролизатах». Аналитическая биохимия . 201 (1): 152–157. дои : 10.1016/0003-2697(92)90188-D . ПМИД   1621954 .
  23. ^ Ван Бускирк, Джей-Джей; Кирш, В.М.; Клейер, Д.Л.; Баркли, РМ; Кох, TH (1984). «Аминомалоновая кислота: Идентификация в Escherichia coli и атеросклеротических бляшках» . Труды Национальной академии наук . 81 (3): 722–725. Бибкод : 1984PNAS...81..722V . дои : 10.1073/pnas.81.3.722 . ПМК   344907 . ПМИД   6366787 .
  24. ^ Дасури, К.; Эбенезер, П.Дж.; Уранга, РМ; Гавилан, Э.; Чжан, Л.; Фернандес-Ким, СОК; Брюс-Келлер, AJ; Келлер, Дж. Н. (2011). «Токсичность аналогов аминокислот в первичных культурах нейронов и астроцитов крыс: последствия для неправильного сворачивания белка и регуляции TDP-43» . Журнал нейробиологических исследований . 89 (9): 1471–1477. дои : 10.1002/jnr.22677 . ПМК   3175609 . ПМИД   21608013 .
  25. ^ Траун, П.В.; Смит, Б.; Авраам, EP (1963). «Биосинтез цефалоспорина С из аминокислот» . Биохимический журнал . 86 (2): 284–291. дои : 10.1042/bj0860284 . ПМК   1201751 . ПМИД   13994319 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1c00fb75f54e86b2d3564cef56ffebb5__1713785280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1c/b5/1c00fb75f54e86b2d3564cef56ffebb5.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Non-proteinogenic amino acids - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)