| Antikodonia sitova domeeni | |
|---|---|
| leusyyli-tRNA-syntetaasi Thermus thermophiluksesta | |
| Tunnisteet | |
| Symboli | Antikodoni_1 |
| Pfam | PF08264 |
| Interpro | IPR013155 |
| SCOP | 1ivs |
| SUPERPERHE | 1ivs |
| Saatavilla olevat proteiinirakenteet | |
| Pfam | rakenteet |
| ATE | RCSB ATE ; PDBe ; ATEj |
| ATE-summa | 3D malli |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
| DALR:n antikodonia sitova domeeni 1 | |
|---|---|
| arginyyli-tRNA-syntetaasi Thermus thermophiluksesta | |
| Tunnisteet | |
| Symboli | DALR_1 |
| Pfam | PF05746 |
| Pfam- klaani | CL0258 |
| Interpro | IPR008909 |
| SCOP | 1bs2 |
| SUPERPERHE | 1bs2 |
| Saatavilla olevat proteiinirakenteet | |
| Pfam | rakenteet |
| ATE | RCSB ATE ; PDBe ; ATEj |
| ATE-summa | 3D malli |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
| DALR:n antikodonia sitova domeeni 2 | |
|---|---|
| Kysteinyyli-tRNA-syntetaasin rakenteet kompleksissa tRNA Cys :n kanssa | |
| Tunnisteet | |
| Symboli | DALR_2 |
| Pfam | PF09190 |
| Pfam- klaani | CL0258 |
| Interpro | IPR015273 |
| Saatavilla olevat proteiinirakenteet | |
| Pfam | rakenteet |
| ATE | RCSB ATE ; PDBe ; ATEj |
| ATE-summa | 3D malli |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
Aminoasyyli-tRNA-syntetaasi (ARSase) on entsyymi ( syntetaasi ), joka katalysoi aminoasyyli-tRNA: n muodostumista tietyn aminohapon esteröintireaktiossa sitä vastaavan tRNA -molekyylin kanssa . Jokaista proteinogeenistä aminohappoa kohden on vähintään yksi aminoasyyli-tRNA-syntetaasi.
ARSaasit varmistavat, että geneettisen koodin nukleotiditripletit ( tRNA - antikodoni ) vastaavat proteiiniin lisättyjä aminohappoja ja varmistavat siten geneettisen tiedon oikean lukemisen mRNA :sta proteiinisynteesin aikana ribosomeissa .
Kahden reaktion kokonaisyhtälö:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi
Ensin vastaava aminohappo ja ATP sitoutuvat syntetaasin aktiiviseen kohtaan . ATP : n kolmesta fosfaattiryhmästä kaksi irtoaa muodostaen pyrofosfaattimolekyylin (PP i ), ja niiden tilalle tulee aminohappo. Tuloksena oleva yhdiste (aminoasyyliadenylaatti) koostuu aminohappotähteestä ja AMP :sta , joka on kovalenttisesti liitetty korkeaenergisella sidoksella . Tässä yhteydessä oleva energia riittää kaikkiin lisävaiheisiin, jotka ovat välttämättömiä, jotta aminohappotähde ottaisi paikkansa polypeptidiketjussa (eli proteiinissa ). Aminoasyyliadenylaatit ovat epästabiileja ja helposti hydrolysoituvia, jos ne dissosioituvat syntetaasin aktiivisesta kohdasta. Kun aminoasyyliadenylaatti muodostuu, tRNA:n 3'-pää sitoutuu syntetaasin aktiiviseen keskukseen , jonka antikodoni vastaa tämän syntetaasin aktivoimaa aminohappoa. Aminohappojäännös siirtyy aminoasyyliadenylaatista riboosin 2'- tai 3'-OH-ryhmään , joka on osa jälkimmäistä tRNA - adeniinin 3'-päässä . Siten syntetisoidaan aminoasyyli-tRNA, eli tRNA , jossa on kovalenttisesti kiinnittynyt aminohappotähde. Tässä tapauksessa aminoasyyliadenylaatista jää jäljelle vain AMP . Sekä aminoasyyli-tRNA että AMP vapautuvat aktiivisesta kohdasta.
Jokaisen 20 aminoasyyli-tRNA-syntetaasista tulee aina kiinnittää vain oma aminohapponsa tRNA :han , tunnistaen vain yhden 20:stä proteinogeenisestä aminohaposta eikä sitoa muita samanlaisia solun sytoplasmassa olevia molekyylejä. Aminohapot ovat kooltaan paljon pienempiä kuin tRNA , rakenteeltaan mittaamattoman yksinkertaisempia, joten niiden tunnistaminen on paljon suurempi ongelma kuin halutun tRNA :n tunnistaminen . Todellisuudessa virheitä tapahtuu, mutta niiden taso ei ylitä yhtä 10 000-100 000 syntetisoitua aminoasyyli-tRNA:ta kohden [1] .
Jotkut aminohapot eroavat toisistaan hyvin vähän, esimerkiksi vain yhdellä metyyliryhmällä ( isoleusiini ja valiini , alaniini ja glysiini ). Tällaisia tapauksia varten monissa aminoasyyli-tRNA-syntetaaseissa on kehittynyt mekanismeja, jotka pilkkovat selektiivisesti virheellisesti syntetisoituja tuotteita. Niiden tunnistamis- ja hydrolyysiprosessia kutsutaan editoimiseksi. Aminoasyyliadenylaatin selektiivistä pilkkomista kutsutaan siirtoa edeltäväksi muokkaukseksi, koska se tapahtuu ennen aminohappotähteen siirtymistä tRNA :han , ja valmiin aminoasyyli-tRNA:n pilkkomista kutsutaan siirron jälkeiseksi muokkaukseksi. Siirtoa edeltävä muokkaus tapahtuu tyypillisesti samassa aktiivisessa kohdassa kuin aminoasylointi. Siirron jälkeinen muokkaus edellyttää, että aminoasyyli-tRNA:n 3'-pää ja siihen kiinnittynyt aminohappotähde menevät aminoasyyli-tRNA-syntetaasin toiseen aktiiviseen keskukseen, muokkauskohtaan. Kaikilla aminoasyyli-tRNA-syntetaaseilla ei ole tätä toista aktiivista kohtaa, mutta niissä, joissa on, se sijaitsee entsyymipallon erillisessä domeenissa. Siirron jälkeiseen editointiin osallistuu myös vapaasti kelluvia entsyymejä. Hydrolyysin jälkeen irrotettu aminohappo ja tRNA (tai aminohappo ja AMP) vapautuvat liuokseen [2] .
Kaikki aminoasyyli-tRNA-syntetaasit ovat peräisin kahdesta esi-isän muodosta ja ryhmitellään kahteen luokkaan rakenteellisen samankaltaisuuden perusteella. Nämä luokat eroavat toisistaan domeeniorganisaation, päädomeenin (aminoasyloivan) rakenteen ja tRNA:n sitoutumis- ja aminoasylointitavan suhteen. [3]
Ensimmäisen luokan aminoasyyli-tRNA-syntetaasit ovat entsyymejä, jotka siirtävät aminohappotähteen riboosin 2'-OH-ryhmään; toinen luokka - entsyymit, jotka siirtävät aminohappotähteen tRNA:n terminaalisen riboosin 3'-OH-ryhmään.
Luokan 1 aminoasyloivan domeenin aminoasyyli-tRNA-syntetaasien muodostaa ns. Rossmann-laskos , joka perustuu rinnakkaiseen β-arkkiin. Ensimmäisen luokan entsyymit ovat useimmissa tapauksissa monomeerejä. Ne aminoasyloivat 76. adenosiini-tRNA:ta 2'-OH-ryhmässä.
2. luokan entsyymeillä on antirinnakkais β-levy aminoasyloivan domeenin rakenteen pohjassa. Yleensä ne ovat dimeerejä, eli niillä on kvaternäärinen rakenne. Fenyylialanyyli-tRNA-syntetaasia lukuun ottamatta kaikki ne aminoasyloivat 76. adenosiinin tRNA:ta 3'-OH-ryhmästä.
Aminohapot aminoasyyli-tRNA-syntetaasien luokkien mukaan:
Aminohapon lysiinille on molempien luokkien aminoasyyli-tRNA-syntetaaseja.
Jokainen luokka on lisäksi jaettu 3 alaluokkaan - a, b ja c rakenteellisen samankaltaisuuden mukaan. Usein saman spesifisyyden omaavat aminoasyyli-tRNA-syntetaasit (esim. prolyyli-tRNA-syntetaasi) eroavat merkittävästi toisistaan bakteereissa, arkkibakteereissa ja eukaryooteissa. Yhden spesifisyyden omaavat entsyymit ovat kuitenkin lähes aina samankaltaisempia toistensa kanssa kuin muiden spesifisten entsyymien kanssa. Poikkeuksena on kaksi erilaista lysyyli-tRNA-syntetaasia, joista toinen kuuluu luokkaan 1 ja toinen luokkaan 2.
| KF | Entsyymi | Aminohappo | Gene , Homo sapiens |
|---|---|---|---|
| 6.1.1.1 | tyrosyyli-tRNA-syntetaasi | tyrosiini | YARS |
| 6.1.1.2 | tryptofanyyli-tRNA-syntetaasi | tryptofaani | SODAT |
| 6.1.1.3 | treonyyli-tRNA-syntetaasi | treoniini | TERVAAT |
| 6.1.1.4 | leusyyli-tRNA-syntetaasi | leusiini | LARS |
| 6.1.1.5 | isoleusyyli-tRNA-syntetaasi | isoleusiini | IARS |
| 6.1.1.6 | lysyyli-tRNA-syntetaasi | lysiini | KARS |
| 6.1.1.7 | alaniini-tRNA-syntetaasi | alaniini | AARS |
| 6.1.1.9 | valyyli-tRNA-syntetaasi | valiini | VARS |
| 6.1.1.10 | metionyyli-tRNA-syntetaasi | metioniini | MARS |
| 6.1.1.11 | seryyli-tRNA-syntetaasi | seriini | SARS |
| 6.1.1.12 | aspartyyli-tRNA-syntetaasi | aspartaatti | DARS |
| 6.1.1.14 | glysyyli-tRNA-syntetaasi | glysiini | GARS |
| 6.1.1.15 | prolyyli-tRNA-syntetaasi, glutamyyli-prolyyli-tRNA-syntetaasi | proliini | PARS2 , EPRS1 |
| 6.1.1.16 | kysteyyli-tRNA-syntetaasi | kysteiini | AUTOT |
| 6.1.1.17 | glutamyyli-tRNA-syntetaasi, glutamyyli-prolyyli-tRNA-syntetaasi | glutamaatti | EARS2 , EPRS1 |
| 6.1.1.18 | glutaminyyli-tRNA-syntetaasi | glutamiini | QRS |
| 6.1.1.19 | arginyyli-tRNA-syntetaasi | arginiini | RARS |
| 6.1.1.20 | fenyylialanyyli-tRNA-syntetaasi | fenyylialaniini | FARSA , FARSB |
| 6.1.1.21 | histidyyli-tRNA-syntetaasi | histidiini | HARS |
| 6.1.1.22 | asparaginyyli-tRNA-syntetaasi | asparagiini | NARS |
| 6.1.1.23 | aspartyyli-tRNA-Asn-syntetaasi | aspartaatti | ei miehellä ole |
| 6.1.1.24 | glutamyyli-tRNA-Gln-syntetaasi | glutamaatti | ei miehellä ole |
| 6.1.1.26 | pyrrolysyyli-tRNA-Pyl-syntetaasi | pyrrolysiini | ei miehellä ole |
| 6.1.1.27 | O-fosfo-L-seryyli-tRNA-syntetaasi | O-fosfo-L-seriini | ei miehellä ole |
Jokainen aminoasyyli-tRNA-syntetaasimolekyyli koostuu kahdesta päädomeenista - aminoasyloivasta domeenista, jossa aktiivinen keskus sijaitsee ja reaktioita tapahtuu, ja antikodonia sitovasta domeenista, joka tunnistaa tRNA - antikodonin sekvenssin. Usein löytyy myös editointidomeeneja, jotka palvelevat väärää aminohappotähdettä sisältävien aminoasyyli-tRNA:iden ja muiden domeenien hydrolyysiä [4] .
Proteiinia edeltävässä elämässä ( RNA-maailma ) aminoasyyli-tRNA-syntetaasien toiminnan suorittivat ilmeisesti ribotsyymit , eli RNA-molekyylit, joilla oli katalyyttisiä ominaisuuksia. Tällä hetkellä tällaisia molekyylejä on luotu uudelleen laboratoriossa " evoluutio koeputkessa" [5] -menetelmällä . Proteiinisynteesilaitteiston pääelementtien muodostumisen jälkeen tRNA :n aminoasylaatiotoiminto siirtyi proteiinimolekyyleihin noustaen kahteen esi-isän sekvenssiin. Aluksi nämä entsyymit koostuivat vain yhdestä aminoasyloivasta domeenista. Geneettisen koodin kehittyessä aminoasyyli-tRNA-syntetaasien monimuotoisuus lisääntyi ja vaatimukset niiden spesifisyydelle lisääntyivät. Tämä johti uusien verkkotunnusten sisällyttämiseen niiden rakenteeseen. Aminoasyyli-tRNA-syntetaasien primäärisekvenssi erosi hyvin merkittävästi niiden evoluution aikana, mikä ei kuitenkaan estänyt meitä havaitsemasta sekä primäärisekvenssin että tertiaarisen (spatiaalisen) rakenteen homologiaa kussakin luokassa [4] .
Mutantteja aminoasyyli-tRNA-syntetaaseja ja tRNA:ita käytetään sisällyttämään proteiineihin aminohappoja, joita geneettinen koodi ei tarjoa [6] .