Аллопротеин
Аллопротеин — это новый синтетический белок, содержащий одну или несколько «неприродных» аминокислот . Неприродные в контексте означает аминокислоту, либо не встречающуюся в природе (новые и синтезированные аминокислоты), [1] или встречающиеся в природе, но не встречающиеся в белках (природные, но непротеиногенные аминокислоты). [2]
Возможность создания новых аминокислот и белков возникает потому, что в природе генетический код , ответственный за структуру белка, имеет 64 возможных кодона, доступных для кодирования всех аминокислот, используемых в белках (4 нуклеотида в каждом из 3 оснований ; 4 х 4 х 4 дает 64 возможные 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 . Это открывает двери для потенциального кодирования новых аминокислот. [4]
Один из подходов использует избыточность трех кодонов, кодирующих сигнал «стоп». Если один из них можно заменить другим стоп-кодоном, то этот кодон в принципе можно «переназначить» (вместе с необходимой тРНК , фактором высвобождения и модификациями 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 , включив в него дополнительные новые кодировки, используя недавно разработанные кодоны и связанные с ними тРНК ( транспортная РНК ) и тРНК- синтетазы ферменты ( аминоацил-тРНК-синтетаза ). Обычные механизмы, которые производят аминокислоты и объединяют их в белки, затем производят новые или непротеиногенные аминокислоты и таким же образом включают их в новые белки. В 2010 году этот метод был использован для переназначения кодона в генетическом коде бактерии E. coli , модифицировав его для производства и включения новой аминокислоты без негативного воздействия на существующие кодировки или сам организм. [5] [6]
Использование аллопротеинов включает включение необычных или тяжелых атомов для анализа дифракционной структуры , фотореактивных линкеров ( фотосшивающих агентов ), флуоресцентных групп (используемых в качестве меченых зондов) и молекулярных переключателей для сигнальных путей. [1] [7]
Определение и история
[ редактировать ]Современные методы аллопротеинов были впервые разработаны в конце 1980-х годов Миядзавой и Ёкоямой в Токийском университете для устранения ограничений существующих методов: генетические манипуляции были ограничены 20 стандартными аминокислотами, химический синтез был ограничен небольшими масштабами и низким выходом. [2]
Первое использование этого термина встречается в статье Койде, Ёкоямы и Миядзавы «Биосинтез аллопротеина» 1990 года. [8]
Рабочее описание предоставлено Budisa et al : [9]
- «Инженерия генетического кода — это новая область исследований, целью которой является перепрограммирование синтеза белков путем переназначения определенных кодонов на неканонические (в основном синтетические) аминокислоты. Полученные в результате белки представляют собой аллопротеины с специально разработанными свойствами, которые представляют огромный интерес для обеих сторон. , научные круги и промышленная биотехнология».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Расширенная исследовательская группа системы генетического кода , Иокогамский институт , Япония
- ^ Jump up to: а б Способ получения белка, содержащего небелковые аминокислоты - 1988, Miyazawa & Yokoyama et al. В описании говорится: Настоящее изобретение относится к способу получения белков, содержащих небелковые аминокислоты (далее называемые неприродными белками), с использованием организмов, продуцирующих белок. Термин «небелковые аминокислоты», используемый здесь, подразумевает все аминокислоты, за исключением вышеупомянутых 20 природных аминокислот. Таким образом, все аминокислоты, кроме вышеупомянутых 20 аминокислот, называются небелковыми аминокислотами, даже если они присутствуют в природе .
- ^ Крик, Фрэнсис (1988). «Глава 8: Генетический код». Какая безумная погоня: личный взгляд на научные открытия . Нью-Йорк: Основные книги. стр. 89–101 . ISBN 0-465-09138-5 .
- ^ Jump up to: а б Хан, Ульрих (2004). «Старые кодоны, новые аминокислоты». Angewandte Chemie, международное издание . 43 : 1190–1193. дои : 10.1002/anie.200301720 .
- ^ Jump up to: а б Первый генетический код организма, пересмотренный в исследовательской лаборатории - РИКЕН
- ^ Jump up to: а б Переназначение кодонов в генетическом коде Escherichia coli - 2010 г.
- ^ Центр Riken Systems и структурной биологии: синтез белка и функциональные исследования
- ^ Койде, Х; Ёкояма, С; Миядзава, Т. «[Биосинтез аллопротеина]». Нихон Ринсё . 48 : 208–13. ПМИД 2406480 .
- ^ Целостный подход к инженерии генетического кода - Вильчи, Меркель и Будиса, Институт биохимии Макса Планка.