Аминоацил-трна
Аминоацил-тРНК (также аа-тРНК или заряженная тРНК ) представляет собой тРНК , к которой его родственная аминокислота химически связана (заряженная). АА-тРНК, наряду с конкретными факторами удлинения , доставляет аминокислоту в рибосому для включения в полипептидную цепь, которая производится во время трансляции.
В одиночку аминокислота не является субстратом, необходимым для обеспечения образования пептидных связей в растущей полипептидной цепи. Вместо этого аминокислоты должны быть «заряжены» или аминоацилированы с помощью тРНК, чтобы сформировать их соответствующую AA-тРНК. [ 1 ] Каждая аминокислота имеет свою специфическую аминоацил-тРНК-синтетазу , которая используется для химической связывания с тРНК, к которой она специфична или, другими словами, «родственными». Паража тРНК с его родственной аминокислотой имеет решающее значение, поскольку оно гарантирует, что только конкретная аминокислота, соответствующая антикодону тРНК, и, в свою очередь, соответствует кодону мРНК , используется во время синтеза белка.
Чтобы предотвратить трансляционные ошибки, в которых неправильная аминокислота включена в полипептидную цепь, эволюция обеспечила для корректуру функциональности аа-тРНК-синтетаз; Эти механизмы обеспечивают правильное сочетание аминокислоты с его родственной тРНК. [ 2 ] Аминокислоты, которые мирация, с помощью надлежащего субстрата тРНК, подвергаются гидролизу с помощью механизмов дацилирования, обладающих аа-тРНК-синтетазами. [ 3 ]
Из -за вырождения генетического кода несколько тРНК будут иметь одинаковую аминокислоту, но разные антикодоны. Эти разные тРНК называются изоакреторами. При определенных обстоятельствах будут предъявлены обвинительные аминокислоты, что приведет к неправильной или мираминоацилированной тРНК. Эти неправильные заряженные тРНК должны быть гидролизованы, чтобы предотвратить неправильный синтез белка.
В то время как AA-тРНК служит главным образом как промежуточная связь между кодирующей цепью мРНК и кодируемой полипептидной цепью во время синтеза белка, также обнаруживается, что AA-TRNA выполняет функции в нескольких других биосинтетических путях. Обнаружено, что AA-TRNAS функционируют в качестве субстратов в биосинтетических путях для клеточных стен, антибиотиков, липидов и деградации белка.
Понятно, что AA-TRNAs могут функционировать как доноры аминокислот, необходимые для модификации липидов и биосинтеза антибиотиков. Например, микробные биосинтетические кластеры могут использовать AA-TRNAS в синтезе нерибосомных пептидов и других аминокислотных метаболитов. [ 4 ]
Синтез
[ редактировать ]Аминоацил-трна продуцируется в два этапа. Во-первых, аденилирование аминокислоты, которая образует аминоацил-ампер:
- Аминокислота + АТФ → Аминоацил-Амп + Пп I
Second, the amino acid residue is transferred to the tRNA:
- Aminoacyl-AMP + tRNA → Aminoacyl-tRNA + AMP
The overall net reaction is:
- Amino Acid + ATP + tRNA → Aminoacyl-tRNA + AMP + PPi
The net reaction is energetically favorable only because the pyrophosphate (PPi) is later hydrolyzed. The hydrolysis of pyrophosphate to two molecules of inorganic phosphate (Pi) reaction is highly energetically favorable and drives the other two reactions. Together, these highly exergonic reactions take place inside the aminoacyl-tRNA synthetase specific for that amino acid.[5][6]
Stability and hydrolysis
[edit]Research into the stability of aa-tRNAs illustrates that the acyl (or ester) linkage is the most important conferring factor, as opposed to the sequence of the tRNA itself. This linkage is an ester bond that chemically binds the carboxyl group of an amino acid to the terminal 3'-OH group of its cognate tRNA.[7] It has been discovered that the amino acid moiety of a given aa-tRNA provides for its structural integrity; the tRNA moiety dictates, for the most part, how and when the amino acid will be incorporated into a growing polypeptide chain.[8]
The different aa-tRNAs have varying pseudo-first-order rate constants for the hydrolysis of the ester bond between the amino acid and tRNA.[9] Such observations are due to, primarily, steric effects. Steric hindrance is provided for by specific side chain groups of amino acids, which aids in inhibiting intermolecular attacks on the ester carbonyl; these intermolecular attacks are responsible for hydrolyzing the ester bond.
Branched and aliphatic amino acids (valine and isoleucine) prove to generate the most stable aminoacyl-tRNAs upon their synthesis, with notably longer half lives than those that possess low hydrolytic stability (for example, proline). The steric hindrance of valine and isoleucine amino acids is generated by the methyl group on the β-carbon of the side chain. Overall, the chemical nature of the bound amino acid is responsible for determining the stability of the aa-tRNA.[10]
Increased ionic strength resulting from sodium, potassium, and magnesium salts has been shown to destabilize the aa-tRNA acyl bond. Increased pH also destabilizes the bond and changes the ionization of the α-carbon amino group of the amino acid. The charged amino group can destabilize the aa-tRNA bond via the inductive effect.[11] The elongation factor EF-Tu has been shown to stabilize the bond by preventing weak acyl linkages from being hydrolyzed.[12]
All together, the actual stability of the ester bond influences the susceptibility of the aa-tRNA to hydrolysis within the body at physiological pH and ion concentrations. It is thermodynamically favorable that the aminoacylation process yield a stable aa-tRNA molecule, thus providing for the acceleration and productivity of polypeptide synthesis.[13]
Drug targeting
[edit]Certain antibiotics, such as tetracyclines, prevent the aminoacyl-tRNA from binding to the ribosomal subunit in prokaryotes. It is understood that tetracyclines inhibit the attachment of aa-tRNA within the acceptor (A) site of prokaryotic ribosomes during translation. Tetracyclines are considered broad-spectrum antibiotic agents; these drugs exhibit capabilities of inhibiting the growth of both gram-positive and gram-negative bacteria, as well as other atypical microorganisms.
Furthermore, the TetM protein (P21598) is found to allow aminoacyl-tRNA molecules to bind to the ribosomal acceptor site, despite being concentrated with tetracyclines that would typically inhibit such actions. The TetM protein is regarded as a ribosomal protection protein, exhibiting GTPase activity that is dependent upon ribosomes. Research has demonstrated that in the presence of TetM proteins, tetracyclines are released from ribosomes. Thus, this allows for aa-tRNA binding to the A site of ribosomes, as it is no longer precluded by tetracycline molecules.[14] TetO is 75% similar to TetM, and both have some 45% similarity with EF-G. The structure of TetM in complex with E. coli ribosome has been resolved.[15]
See also
[edit]References
[edit]- ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (June 2014). "Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA". RNA. 20 (6): 758–64. doi:10.1261/rna.044123.113. PMC 4024630. PMID 24751649.
- ^ Kelly P, Ibba M (January 2018). "Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong". Journal of Molecular Biology. 430 (1): 17–19. doi:10.1016/j.jmb.2017.10.025. PMID 29111345.
- ^ Francklyn CS, Mullen P (April 2019). "Progress and challenges in aminoacyl-tRNA synthetase-based therapeutics". The Journal of Biological Chemistry. 294 (14): 5365–5385. doi:10.1074/jbc.REV118.002956. PMC 6462538. PMID 30670594.
- ^ Ulrich EC, van der Donk WA (December 2016). "Cameo appearances of aminoacyl-tRNA in natural product biosynthesis". Current Opinion in Chemical Biology. 35: 29–36. doi:10.1016/j.cbpa.2016.08.018. PMC 5161580. PMID 27599269.
- ^ Swanson R, Hoben P, Sumner-Smith M, Uemura H, Watson L, Söll D (December 1988). "Accuracy of in vivo aminoacylation requires proper balance of tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase". Science. 242 (4885): 1548–51. Bibcode:1988Sci...242.1548S. doi:10.1126/science.3144042. PMID 3144042.
- ^ McClain WH (November 1993). "Rules that govern tRNA identity in protein synthesis". Journal of Molecular Biology. 234 (2): 257–80. doi:10.1006/jmbi.1993.1582. PMID 8230212.
- ^ Kelly P, Ibba M (January 2018). "Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong". Journal of Molecular Biology. 430 (1): 17–19. doi:10.1016/j.jmb.2017.10.025. PMID 29111345.
- ^ Francklyn CS, Mullen P (April 2019). "Progress and challenges in aminoacyl-tRNA synthetase-based therapeutics". The Journal of Biological Chemistry. 294 (14): 5365–5385. doi:10.1074/jbc.REV118.002956. PMC 6462538. PMID 30670594.
- ^ Hentzen D, Mandel P, Garel JP (October 1972). "Relation between aminoacyl-tRNA stability and the fixed amino acid". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Nucleic Acids and Protein Synthesis. 281 (2): 228–32. doi:10.1016/0005-2787(72)90174-8. PMID 4629424.
- ^ Kelly P, Ibba M (January 2018). "Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong". Journal of Molecular Biology. 430 (1): 17–19. doi:10.1016/j.jmb.2017.10.025. PMID 29111345.
- ^ Schuber F, Pinck M (May 1974). "On the chemical reactivity of aminoacyl-tRNA ester bond. I. Influence of pH and nature of the acyl group on the rate of hydrolysis". Biochimie. 56 (3): 383–90. doi:10.1016/S0300-9084(74)80146-X. PMID 4853442.
- ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (June 2014). "Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA". RNA. 20 (6): 758–64. doi:10.1261/rna.044123.113. PMC 4024630. PMID 24751649.
- ^ Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM (June 2014). "Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA". RNA. 20 (6): 758–64. doi:10.1261/rna.044123.113. PMC 4024630. PMID 24751649.
- ^ Chopra I, Roberts M (June 2001). "Tetracycline antibiotics: mode of action, applications, molecular biology, and epidemiology of bacterial resistance". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 65 (2): 232–60, second page, table of contents. doi:10.1128/MMBR.65.2.232-260.2001. PMC 99026. PMID 11381101.
- ^ Arenz, S; Nguyen, F; Beckmann, R; Wilson, DN (28 April 2015). "Cryo-EM structure of the tetracycline resistance protein TetM in complex with a translating ribosome at 3.9-Å resolution". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (17): 5401–6. Bibcode:2015PNAS..112.5401A. doi:10.1073/pnas.1501775112. PMC 4418892. PMID 25870267.