АМИНОАЦИЛ-тРНК-СИНТЕТАЗЫ

Аминоацил-тРНК-синтетаза

Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент-синтетаза, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определённой аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК. Для каждой протеиногенной аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза.

АРСазы обеспечивают соответствие нуклеотидным триплетам генетического кода (антикодону тРНК) встраиваемых в белок аминокислот, и, таким образом, обеспечивают правильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосомах.

Аминоацилирование[ | ]

1. аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + PPi — АТФ активирует аминокислоту
2. аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ — активированная аминокислота соединяется с соответствующей тРНК

Суммарное уравнение двух реакций:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi

Механизм аминоацилирования[ | ]

Сначала в активном центре синтетазы связываются соответствующая аминокислота и АТФ. Из трёх фосфатных групп АТФ две отщепляются, образуя молекулу пирофосфата (PPi), а на их место становится аминокислота. Образованное соединение (аминоацил-аденилат) состоит из ковалентно связанных высокоэнергетической связью аминокислотного остатка и АМФ.

Энергии, содержащейся в этой связи, хватает на все дальнейшие этапы, необходимые для того, чтобы аминокислотный остаток занял своё место в полипептидной цепи (то есть в белке). Аминоацил-аденилаты нестабильны и легко гидролизуются, если диссоциируют из активного центра синтетазы.

Таким образом синтезируется аминоацил-тРНК, то есть тРНК, несущая ковалентно присоединённый аминокислотный остаток. От аминоацил-аденилата при этом остаётся только АМФ. И аминоацил-тРНК, и АМФ освобождаются активным центром.

Безошибочность узнавания аминокислот[ | ]

Каждая из 20 аминоацил-тРНК синтетаз должна всегда прикреплять к тРНК только свою аминокислоту, узнавая только одну из 20 протеиногенных аминокислот, и не связывая другие похожие молекулы, содержащиеся в цитоплазме клетки.

Аминокислоты значительно меньше тРНК по размерам, неизмеримо проще по структуре, поэтому их узнавание является значительно большей проблемой, чем узнавание нужной тРНК.

В действительности, ошибки имеют место, но их уровень не превышает одной на 10,000 — 100,000 синтезированных аминоацил-тРНК[1].

Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (изолейцин и валин, аланин и глицин). Для таких случаев во многих аминоацил-тРНК синтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты.

Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием. Избирательное расщепление аминоацил-аденилата называют претрансферным редактированием, так как оно происходит до переноса аминокислотного остатка на тРНК, а расщепление готовой аминоацил-тРНК — посттрансферным редактированием.

Претрансферное редактирование, как правило, происходит в том же активном центре, что и аминоацилирование. Посттрансферное редактирование требует попадания 3'-конца аминоацил-тРНК с прикреплённым к нему остатком аминокислоты во второй активный центр аминоацил-тРНК синтетазы — редактирующий.

После гидролиза разъединённые аминокислота и тРНК (или аминокислота и АМФ) высвобождаются в раствор[2].

Классификация[ | ]

Все аминоацил-тРНК-синтетазы произошли от двух предковых форм и объединены на основе структурного сходства в два класса. Эти классы отличаются по доменной организации, структуре главного (аминоацилирующего) домена, способу связывания и аминоацилирования тРНК[3].

Аминоацилирующий домен аминоацил-тРНК-синтетаз 1-го класса образован так называемой укладкой Россмана, в основе которой лежит параллельный β-лист. Ферменты 1-го класса являются в большинстве случаев мономерами. 76-й аденозин тРНК они аминоацилируют по 2'-ОН группе.

Ферменты 2-го класса имеют в основе структуры аминоацилирующего домена антипараллельный β-лист. Как правило, они являются димерами, то есть имеют четвертичную структуру. За исключением фенилаланил-тРНК синтетазы, все они аминоацилируют 76-й аденозин тРНК по 3'-ОН группе.

Каждый класс дополнительно делится на 3 подкласса — a, b и c по структурному сходству.Зачастую аминоацил-тРНК-синтетазы одной и той же специфичности (напр., пролил-тРНК синтетаза) существенно отличаются друг у друга у бактерий, архебактерий и эукариот.

Тем не менее, ферменты одной специфичности почти всегда более сходны между собой, чем с ферментами других специфичностей. Исключение составляют две различные лизил-тРНК синтетазы, одна из которых относится к 1-му классу, а другая — ко 2-му.

Доменная организация[ | ]

Каждая молекула аминоацил-тРНК синтетазы состоит из двух основных доменов — аминоацилирующего, в котором располагается активный центр и происходят реакции, и антикодон-связывающего, узнающего последовательность антикодона тРНК. Также часто встречаются редактирующие домены, служащие для гидролиза аминоацил-тРНК, несущих не тот аминокислотный остаток, и другие домены[4].

Эволюция[ | ]

В добелковой жизни (РНК-мире) функцию аминоацил-тРНК синтетаз выполняли, по всей видимости, рибозимы, то есть молекулы РНК, обладающие каталитическими свойствами. В настоящее время такие молекулы воссозданы в лаборатории методом «эволюции в пробирке»[5].

После становления основных элементов аппарата белкового синтеза функция аминоацилирования тРНК перешла к белковым молекулам, восходящим к двум предковым последовательностям. Первоначально эти ферменты состояли только из одного, аминоацилирующего, домена.

По мере становления генетического кода росло разнообразие аминоацил-тРНК синтетаз и повышались требования к их специфичности. Это и привело к включению в их структуру дополнительных доменов.

Первичная последовательность аминоацил-тРНК синтетаз за время их эволюции дивергировала очень существенно, что, впрочем, не помешало обнаружить в пределах каждого из классов гомологию как первичной последовательности, так и третичной (пространственной) структуры[4].

Технологические перспективы[ | ]

Мутантные аминоацил-тРНК синтетазы и тРНК используются для включения в белки аминокислот, не предусмотренных генетическим кодом[6].

См. также[ | ]

Пермеазы

Аминоацил-тРНК-синтетаза — WikiModern

Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент-синтетаза, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определённой аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК. Для каждой протеиногенной аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза.

АРСазы обеспечивают соответствие нуклеотиднымтриплетамгенетического кода (антикодонутРНК) встраиваемых в белок аминокислот, и, таким образом, обеспечивают правильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосомах.

1. аминокислота + АТФ → аминоацил-АМФ + PPi — АТФ активирует аминокислоту
2. аминоацил-AМФ + тРНК → аминоацил-тРНК + АМФ — активированная аминокислота соединяется с соответствующей тРНК

Суммарное уравнение двух реакций:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi

Механизм аминоацилирования

Сначала в активном центре синтетазы связываются соответствующая аминокислота и АТФ. Из трёх фосфатных групп АТФ две отщепляются, образуя молекулу пирофосфата (PPi), а на их место становится аминокислота. Образованное соединение (аминоацил-аденилат) состоит из ковалентно связанных высокоэнергетической связью аминокислотного остатка и АМФ.

Энергии, содержащейся в этой связи, хватает на все дальнейшие этапы, необходимые для того, чтобы аминокислотный остаток занял своё место в полипептидной цепи (то есть в белке). Аминоацил-аденилаты нестабильны и легко гидролизуются, если диссоциируют из активного центра синтетазы.

Таким образом синтезируется аминоацил-тРНК, то есть тРНК, несущая ковалентно присоединённый аминокислотный остаток. От аминоацил-аденилата при этом остаётся только АМФ. И аминоацил-тРНК, и АМФ освобождаются активным центром.

Безошибочность узнавания аминокислот

Каждая из 20 аминоацил-тРНК синтетаз должна всегда прикреплять к тРНК только свою аминокислоту, узнавая только одну из 20 протеиногенных аминокислот, и не связывая другие похожие молекулы, содержащиеся в цитоплазме клетки.

Аминокислоты значительно меньше тРНК по размерам, неизмеримо проще по структуре, поэтому их узнавание является значительно большей проблемой, чем узнавание нужной тРНК.

В действительности, ошибки имеют место, но их уровень не превышает одной на 10,000 — 100,000 синтезированных аминоацил-тРНК.

Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (изолейцин и валин, аланин и глицин). Для таких случаев во многих аминоацил-тРНК синтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты.

Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием. Избирательное расщепление аминоацил-аденилата называют претрансферным редактированием, так как оно происходит до переноса аминокислотного остатка на тРНК, а расщепление готовой аминоацил-тРНК — посттрансферным редактированием.

Претрансферное редактирование, как правило, происходит в том же активном центре, что и аминоацилирование. Посттрансферное редактирование требует попадания 3'-конца аминоацил-тРНК с прикреплённым к нему остатком аминокислоты во второй активный центр аминоацил-тРНК синтетазы — редактирующий.

После гидролиза разъединённые аминокислота и тРНК (или аминокислота и АМФ) высвобождаются в раствор.

Классификация

Все аминоацил-тРНК-синтетазы произошли от двух предковых форм и объединены на основе структурного сходства в два класса. Эти классы отличаются по доменной организации, структуре главного (аминоацилирующего) домена, способу связывания и аминоацилирования тРНК.

Аминоацилирующий домен аминоацил-тРНК-синтетаз 1-го класса образован так называемой укладкой Россмана, в основе которой лежит параллельный β-лист. Ферменты 1-го класса являются в большинстве случаев мономерами. 76-й аденозин тРНК они аминоацилируют по 2'-ОН группе.

Ферменты 2-го класса имеют в основе структуры аминоацилирующего домена антипараллельный β-лист. Как правило, они являются димерами, то есть имеют четвертичную структуру. За исключением фенилаланил-тРНК синтетазы, все они аминоацилируют 76-й аденозин тРНК по 3'-ОН группе.

Каждый класс дополнительно делится на 3 подкласса — a, b и c по структурному сходству.Зачастую аминоацил-тРНК-синтетазы одной и той же специфичности (напр., пролил-тРНК синтетаза) существенно отличаются друг у друга у бактерий, архебактерий и эукариот.

Тем не менее, ферменты одной специфичности почти всегда более сходны между собой, чем с ферментами других специфичностей. Исключение составляют две различные лизил-тРНК синтетазы, одна из которых относится к 1-му классу, а другая — ко 2-му.

Доменная организация

Каждая молекула аминоацил-тРНК синтетазы состоит из двух основных доменов — аминоацилирующего, в котором располагается активный центр и происходят реакции, и антикодон-связывающего, узнающего последовательность антикодона тРНК. Также часто встречаются редактирующие домены, служащие для гидролиза аминоацил-тРНК, несущих не тот аминокислотный остаток, и другие домены.

Эволюция

В добелковой жизни (РНК-мире) функцию аминоацил-тРНК синтетаз выполняли, по всей видимости, рибозимы, то есть молекулы РНК, обладающие каталитическими свойствами. В настоящее время такие молекулы воссозданы в лаборатории методом «эволюции в пробирке».

После становления основных элементов аппарата белкового синтеза функция аминоацилирования тРНК перешла к белковым молекулам, восходящим к двум предковым последовательностям. Первоначально эти ферменты состояли только из одного, аминоацилирующего, домена.

По мере становления генетического кода росло разнообразие аминоацил-тРНК синтетаз и повышались требования к их специфичности. Это и привело к включению в их структуру дополнительных доменов.

Первичная последовательность аминоацил-тРНК синтетаз за время их эволюции дивергировала очень существенно, что, впрочем, не помешало обнаружить в пределах каждого из классов гомологию как первичной последовательности, так и третичной (пространственной) структуры.

Технологические перспективы

Мутантные аминоацил-тРНК синтетазы и тРНК используются для включения в белки аминокислот, не предусмотренных генетическим кодом.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 4.0 license. Нетекстовые медиаданные доступны под собственными лицензиями. Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. Infosphere.top не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

План:

Введение
• 1 Аминоацилирование
• 2 Механизм аминоацилирования
• 3 Безошибочность узнавания аминокислот
• 4 Классификация
• 5 Доменная организация
• 6 Эволюция
• 7 Технологические перспективы

Аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) — фермент, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определенной аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК.

Для каждой аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза. Эти ферменты обеспечивают соответствие подготавливаемых ими к встраиванию в белок аминокислот нуклеотидным триплетам генетического кода (антикодону тРНК), и, таким образом, обеспечивают правильность происходящего в дальнейшем считывания генетической информации с мРНК при синтезе белков на рибосоме.

1. Аминоацилирование

1. на первом этапе происходит активация аминокислоты АТР
   аминокислота + ATP → аминоацил-AMP + PPi
2. на втором этапе активированная аминокислота соединяется с соответствующей тРНК
   аминоацил-AMP + тРНК → аминоацил-тРНК + AMP

Суммарное уравнение двух реакций:
аминокислота + тРНК + ATP → аминоацил-тРНК + AMP + PPi

2. Механизм аминоацилирования

Сначала в активном центре синтетазы связываются соответствующая аминокислота и АТФ. Из трёх фосфатных групп АТФ две отщепляются, образуя молекулу пирофосфата (PPi), а на их место становится аминокислота. Образованное соединение (аминоацил-аденилат) состоит из ковалентно связанных высокоэнергетической связью аминокислотного остатка и АМФ.

Энергии, содержащейся в этой связи, хватает на все дальнейшие этапы, необходимые для того, чтобы аминокислотный остаток занял своё место в полипептидной цепи (то есть в белке). Аминоацил-аденилаты нестабильны и легко гидролизуются, если диссоциируют из активного центра синтетазы.

Таким образом синтезируется аминоацил-тРНК, то есть тРНК несущая ковалентно присоединённый аминокислотный остаток. От аминоацил-аденилата при этом остаётся только АМФ. И аминоацил-тРНК, и АМФ освобождаются активным центром.

3. Безошибочность узнавания аминокислот

Каждая из 20-ти аминоацил-тРНК синтетаз должна всегда прикреплять к тРНК только свою аминокислоту, узнавая только одну из 20-ти протеиногенных аминокислот, и не связывая другие похожие молекулы, содержащихся в цитоплазме клетки.

Аминокислоты значительно меньше тРНК по размерам, неизмеримо проще по структуре, поэтому их узнавание является значительно большей проблемой, чем узнавание нужной тРНК. В действительности, ошибки имеют место, но их уровень не превышает одной на 10,000 — 100,000 синтезированных аминоацил-тРНК [1] .

Некоторые аминокислоты отличаются друг от друга очень слабо, например, лишь одной метильной группой (изолейцин и валин, аланин и глицин). Для таких случаев во многих аминоацил-тРНК синтетазах эволюционировали механизмы, избирательно расщепляющие ошибочно синтезированные продукты. Процесс их распознавания и гидролиза называют редактированием.

Избирательное расщепление аминоацил-аденилата называют претрансферным редактированием, так как оно происходит до переноса аминокислотного остатка на тРНК, а расщепление готовой аминоацил-тРНК — посттрансферным редактированием. Претрансферное редактирование, как правило, происходит в том же активном центре, что и аминоацилирование.

Посттрансферное редактирование требует попадания 3'-конца аминоацил-тРНК с прикрепнённым к нему остатком аминокислоты во второй активный центр аминоацил-тРНК синтетазы — редактирующий. Этот второй активный центр есть не у всех аминоацил-тРНК синтетаз, а у тех, у которых есть, находится в отдельном домене глобулы фермента.

Встречаются также свободно плавающие ферменты, участвующие в посттрансферном редактировании. После гидролиза разъединённые аминокислота и тРНК (или аминокислота и АМФ) высвобождаются в раствор [2] .

4. Классификация

Все аминоацил-тРНК синтетазы произошли от двух предковых форм, и объединены на основе структурного сходства в два класса. Эти классы отличаются по доменной организации, структуре главного (аминоацилирующего) домена, способу связывания и аминоацилирования тРНК [3] .

Аминоацилирующий домен аминоацил-тРНК синтетаз 1-го класса образован так называемой укладкой Россмана, в основе которой лежит параллельный β-лист. Ферменты 1-го класса являются в большинстве случаев мономерами. 76-й аденозин тРНК они аминоацилируют по 2'-ОН группе.

Ферменты 2-го класса имеют в основе структуры аминоацилирующего домена антипараллельный β-лист. Как правило они являются димерами, то есть имеют четвертичную структуру. За исключением фенилаланил-тРНК синтетазы все они аминоацилируют 76-й аденозин тРНК по 3'-ОН группе.

Тем не менее, ферменты одной специфичности почти всегда более сходны между собой, чем с ферментами других специфичностей. Исключение составляют две различные лизил-тРНК синтетазы, одна из которых относится к 1-му классу, а другая — ко 2-му.

5. Доменная организация

Глобула аминоацил-тРНК синтетазы состоит из двух основных доменов — аминоацилирующего, в котором располагается активный центр и происходят реакции, и антикодон-связывающего, узнающего последовательность антикодона тРНК. Также часто встречаются редактирующие домены, служащие для гидролиза аминоацил-тРНК, несущих не тот аминокислотный остаток, и другие домены [4] .

6. Эволюция

В добелковой жизни (РНК-мире) функцию аминоацил-тРНК синтетаз выполняли, по всей видимости, рибозимы, то есть молекулы РНК, обладающие каталитическими свойствами. В настоящее время такие молекулы воссозданы в лаборатории методом «эволюции в пробирке» [5] .

После становления основных элементов аппарата белкового синтеза функция аминоацилирования тРНК перешла к белковым молекулам, восходящим к двум предковым последовательностям. Первоначально эти ферменты состояли только из одного, аминоацилирующего, домена.

По мере становления генетического кода росло разнообразие аминоацил-тРНК синтетаз и повышались требования к их специфичности. Это и привело к включению в их структуру дополнительных доменов.

Первичная последовательность аминоацил-тРНК синтетаз за время их эволюции дивергировала очень существенно, что впрочем не помешало обнаружить в предалах каждого из классов гомологию как первичной последовательности, так и третичной (пространственной) структуры [4] .

7. Технологические перспективы

Мутантные аминоацил-тРНК синтетазы и тРНК используются для включения в белки аминокислот, не предусмотренных генетическим кодом [6] .

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 14.07.11 22:35:29
Похожие рефераты: ТРНК, Синтетаза цитрата.

Категории: Биосинтез белка, Ферменты.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.