Tyto aminoacyl-tRNA syntetázy (výročních zprávách zkratka) tvoří rodinu ligázy ( EC ), které katalyzují na esterifikaci v proteinogenních aminokyselin (aa) zkrácený na ‚konci 3 transferová RNA (tRNA zkratka). Tento krok je nezbytný pro překlad z mRNA do proteinů , tedy přidány do konce tRNA jsou začleněné aminokyseliny ribosomy do polypeptidového řetězce , která je syntetizována. Jsou to esenciální bílkoviny zachované ve všem živém .
Ve většině organismů existuje aminoacyl-tRNA syntetáza pro každou z proteinogenních aminokyselin, s výjimkou selenocysteinu , spojená s jeho přenosovou RNA nepřímým mechanismem procházejícím serinem . Každý z těchto enzymů rozpoznává aminokyselinu a jednu nebo více izoakceptorových tRNA. Jejich funkce je nezbytná pro věrnost překladu genetického kódu , protože právě ony zaručují, že aminokyselina, která je takto esterifikována na konci tRNA, odpovídá správnému antikodonu . Poté se neprovádí žádné ověření na úrovni ribozomu.
Aminoacyl-tRNA syntetázy katalyzují dvoustupňovou aminoacylační reakci, nejprve aktivují aminokyselinu tvorbou aminoacyl-adenylátu s ATP za uvolnění pyrofosfátu. Takto aktivovaná aminokyselina zůstává vázána na enzym a je přenesena na 2'-OH nebo 3'-OH funkci ribózy adenosinu umístěného na 3 'konci tRNA:
Většina aminoacyl-tRNA syntetáz může provádět první z těchto dvou reakcí v nepřítomnosti tRNA, ale glutamyl-tRNA syntetáza , glutaminyl-tRNA syntetáza , arginyl-tRNA syntetáza a lysyl-tRNA syntetáza I to nedokážou, pokud je tRNA chybí. Aktivace těchto aminokyselin ( glutamát , glutamin , lysin , arginin ) je považována za závislou na tRNA.
Z hlediska nomenklatury enzymů jsou aminoacyl-tRNA syntetázy ligázy a jsou klasifikovány jako EC . Jsou k dispozici podle povahy aminokyseliny, pro kterou jsou specifické: alanyl-tRNA syntetáza pro alanin , methionyl-tRNA syntetáza pro methionin atd.
V bakterii Escherichia coli a kvasinkách Saccharomyces cerevisiae ( eukaryot ) skutečně existuje 20 aminoacyl-tRNA syntetáz, jedna pro každou standardní aminokyselinu.
Ačkoli tyto modelové organismy vlastní všechny aminoacyl-tRNA syntetázy, ne všechny organismy. Ve skutečnosti není neobvyklé, že chybí glutaminyl-tRNA syntetáza (GlnRS), zejména u 90% bakterií a ve všech archaeách . Rovněž bylo prokázáno, že mitochondrie také tento enzym postrádají. V bakteriích a archaeách může také chybět asparaginyl-tRNA syntetáza. Ve všech případech (a jelikož je nezbytná syntéza dvou aminoacyl-tRNA, Asn-tRNA (Asn) a Gln-tRNA (Gln) ), organismy používají alternativní cestu, která zahrnuje dva po sobě následující enzymatické kroky.
Existují dvě třídy aminoacyl-tRNA syntetáz (aaRS), nazývané třída I a třída II , s velmi odlišnými strukturálními a funkčními vlastnostmi. The aminoacyl-tRNA syntetázy třídy I esterifikovat aminokyselinu na 2'-OH tRNA koncového adenosinu, a váží se na druhé o malém zářezu akceptorového ramene. Jejich struktura je organizována kolem domény sestávající z paralelního beta listu , obklopeného alfa helixy nazývanými Rossmannův záhyb a společné pro mnoho enzymů využívajících nukleotidový kofaktor ( ATP , NAD + ). The aminoacyl-tRNA syntetázy třídy II esterifikovat aminokyseliny na 3'-OH tRNA terminálu adenosinu a vážou hlavní drážce akceptorového ramene. Mají strukturu postavenou kolem antiparalelního beta listu.
S výjimkou lysyl-tRNA syntetázy , pro kterou existují formy třídy I nebo třídy II , v závislosti na druhu , pro všechny ostatní aminokyseliny, je systematicky nalezena pouze jedna forma enzymu, a to třída I nebo třída II . Tyto dvě strukturně odlišné třídy enzymů se zdají být výsledkem konvergentního evolučního procesu .
Mezi enzymy třídy I najdeme syntetázovou leucyl-tRNA (jejich), syntetázovou isoleucyl tRNA (IleRS), syntetázovou valyl-tRNA (ValRS), syntetázovou cysteinyl-tRNA (CysRS), methionyl-tRNA syntetázu (MetRS) arginyl-tRNA syntetázy (ArgRS), glutamyl-tRNA syntetázy (GluRS), glutaminyl-tRNA syntetáza (GlnRS), lysyl-tRNA syntetáza typu i (LysRSI), tyrosyl-tRNA syntetáza (TyrRS) a tryptofanyl-tRNA syntetáza (TrpRS).
Enzymy třídy II zahrnují seryl-tRNA syntetázu (SerRS), threonyl-tRNA syntetázu (ThrRS), histidyl -tRNA syntetázu (HisRS), prolyl-tRNA syntetázu (ProRS), glycyl-tRNA syntetázu (GlyRS), alanyl- tR ) syntetáza aspartyl-tRNA (AspRS) syntetáza asparaginyl-tRNA (AsnRS), lysyl-tRNA syntetáza typu II (LysRSII) fenylalanyl-tRNA syntetáza (PheRS) syntetáza pyrrolysyl-tRNA (PylRS) a O - fosna
Obě třídy aminoacyl-tRNA syntetáz jsou proteiny více domén. Obvykle se skládají z katalytické domény a antikodonové vazebné domény . Některé z nich také mají jinou doménu vázající RNA, která provádí funkci korektury štěpením vazby na aminokyseliny, které neodpovídají přenosové RNA .
Katalytická doména všech aminoacyl-tRNA syntetáz je navzájem homologní, zatímco enzymy třídy I a třídy II nesouvisí. Ti ze třídy I mají Rossmannův záhyb , stejně jako architekturu s paralelními β vlákny, zatímco ti ze třídy II mají zvláštní skládání s antiparalelními β vlákny .
Vazba a helikální domény vázající se na antikodon arginyl- , glycyl- a cysteinyl-tRNA syntetáz se nazývá doména DALR kvůli konzervovaným aminokyselinám ( Asp , Ala , Leu a Arg ), které jsou pro ni charakteristické.
Antikodonová vazebná doména Leucyl-tRNA syntetáza z Thermus thermophilus (en) HB27 ( PDB 1OBC )Pfam | PF08264 |
---|---|
InterPro | IPR013155 |
SCOP | 1ivs |
SUPERFAMILY | 1ivs |
Pfam | PF05746 |
---|---|
Klan Pfam | CL0258 |
InterPro | IPR008909 |
SCOP | 1bs2 |
SUPERFAMILY | 1bs2 |
Pfam | PF09190 |
---|---|
Klan Pfam | CL0258 |
InterPro | IPR015273 |
Některé aminoacyl-tRNA syntetázy musí rozlišovat mezi strukturně velmi podobné aminokyseliny, jako je například isoleucyl-tRNA syntetázy , která musí odlišit isoleucinu z valinu , které se liší pouze methylovou skupinu - CH 3. Rozdíl v afinitě mezi přírodním substrátem, isoleucinem a nesprávným substrátem, v tomto případě valinem, je nedostatečný, aby zabránil tomu, aby byl valin někdy enzymem esterifikován na tRNA Ile . Pokud by k této události došlo příliš často, vedlo by to k častému začlenění valinu namísto isoleucinu do ribozomu, a tedy k syntéze abnormálních proteinů.
Tyto aminocyl-tRNA syntetázy proto mají obecně mechanismus korektury (anglicky: proofreading ), který umožňuje kontrolu enzymu, po reakci je aminokyselina esterifikovaná na konec tRNA správnou aminokyselinou. Na enzymu je druhé kontrolní místo esterifikované aminokyseliny tRNA. Pokud dojde k chybě, vytvořená esterová vazba se hydrolyzuje , což umožňuje provést korekci. Tato korekce nesprávné aminoacyl-tRNA odpovídá takzvanému post-transferovému mechanismu , jednoduše proto, že nesprávná aminokyselina byla přenesena do tRNA. Existuje také další typ korekce, nazývaný „před přenosem“, ke kterému dochází, když je nesprávná aminokyselina aktivována na aminoacyl-adenylát. Ten se potom hydrolyzuje před přenosem do tRNA.
Jedná se o enzymatické mechanismy, které umožňují zvýšit věrnost překladu genetické zprávy.