Пирролизин - Pyrrolysine
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК
N 6 - {[(2 R , 3 R ) -3-метил-3,4-дигидро-2 H- пиррол-2-ил] карбонил} - L- лизин
|
|
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol )
|
|
ЧЭБИ | |
ChemSpider | |
КЕГГ | |
PubChem CID
|
|
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Характеристики | |
C 12 H 21 N 3 O 3 | |
Молярная масса | 255,313 г / моль |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Пирролизин (символ Pyl или O ; кодируется «янтарным» стоп- кодоном UAG ) представляет собой α-аминокислоту, которая используется в биосинтезе белков у некоторых метаногенных архей и бактерий ; его нет у людей. Он содержит α-аминогруппу (которая находится в протонированной - NH+
3образуют при биологических условиях ), в карбоновую кислоту группу (которая находится в депротонированной -COO - вид в биологических условиях). Его пирролиновая боковая цепь аналогична лизину в том, что она является основной и положительно заряженной при нейтральном pH.
Генетика
Почти все гены транслируются с использованием только 20 стандартных аминокислотных строительных блоков. Две необычные генетически кодируемые аминокислоты - это селеноцистеин и пирролизин. Пирролизин был открыт в 2002 году в активном центре фермента метилтрансферазы из метан-продуцирующего археона Methanosarcina barkeri . Эта аминокислота кодируется UAG (обычно стоп-кодоном), и ее синтез и включение в белок опосредуются биологическим механизмом, кодируемым кластером генов pylTSBCD .
Состав
Как было определено с помощью рентгеновской кристаллографии и MALDI масс - спектрометрии , пирролизин состоит из 4-метил - пирролин -5- карбоновой кислоты в амид связи с е N из лизина .
Синтез
Пирролизин синтезируется in vivo путем соединения двух молекул L- лизина. Одна молекула лизина сначала превращается в (3 R ) -3-метил- D -орнитин , который затем лигируется со вторым лизином. Группа NH 2 удаляется с последующей стадией циклизации и дегидратации с получением L- пирролизина.
Каталитическая функция
Дополнительное пирролиновое кольцо включено в активный центр нескольких метилтрансфераз , где, как полагают, оно вращается относительно свободно. Считается, что кольцо участвует в позиционировании и отображении метильной группы метиламина для атаки корриноидным кофактором. Предлагаемая модель состоит в том, что соседний остаток, несущий карбоновую кислоту , глутамат , становится протонированным , и протон затем может быть перенесен на азот иминного кольца, подвергая соседний углерод кольца нуклеофильному присоединению метиламином. Положительно заряженный азот, созданный этим взаимодействием, может затем взаимодействовать с депротонированным глутаматом, вызывая сдвиг в ориентации кольца и подвергая метильную группу, полученную из метиламина, в связывающую щель, где она может взаимодействовать с корриноидом. Таким образом, чистый CH+
3передается на атом кобальта кофактора с изменением степени окисления с I на III. Затем высвобождается аммиак, производный от метиламина , и восстанавливается исходный имин.
Генетическое кодирование
В отличие от посттрансляционных модификаций лизина, таких как гидроксилизин , метиллизин и гипусин , пирролизин включается во время трансляции ( синтез белка ) в соответствии с указаниями генетического кода , как и стандартные аминокислоты . Он кодируется в мРНК кодоном UAG , который у большинства организмов является «янтарным» стоп-кодоном . Для этого требуется только присутствие pylT гена, который кодирует необычный РНК передачи (тРНК) с CUA антикодоном, и pylS ген, который кодирует класс II аминоацила-тРНК - синтетазы , который заряжает pylT -derived тРНКа с пирролизином.
Эта новая пара тРНК-aaRS («ортогональная пара») не зависит от других синтетаз и тРНК в Escherichia coli и, кроме того, обладает некоторой гибкостью в диапазоне обрабатываемых аминокислот, что делает ее привлекательным инструментом для размещения возможно широкого диапазона функциональных химических групп в произвольно заданных местах в модифицированных белках. Например, система предоставила один из двух флуорофоров, сайт-специфически включенных в кальмодулин, чтобы обеспечить возможность изучения изменений в белке в режиме реального времени с помощью FRET- спектроскопии и сайт-специфического введения производного лизина с фотоклеткой . (См. Расширенный генетический код )
Эволюция
В pylT и pylS генов являются частью оперона из Methanosarcina barkeri с гомологами в других секвенсированных членах Methanosarcinaceae семьи: М. acetivorans , М. Мази и М. thermophila . Известно, что гены, содержащие пирролизин, включают монометиламинметилтрансферазу (mtmB), диметиламинметилтрансферазу (mtbB) и триметиламинметилтрансферазу (mttB). Гомологи из pylS и pylT также были найдены в Антарктике archaeon, Methanosarcina barkeri и грамположительные бактерии , Desulfitobacterium hafniense .
Встречаемость Desulfitobacterium представляет особый интерес, потому что бактерии и археи - это отдельные домены в трехдоменной системе, по которой классифицируются живые существа. Когда оказалось, что использование аминокислоты ограничено Methanosarcinaceae , система была описана как «изобретение поздних архей», благодаря которому к генетическому коду была добавлена 21-я аминокислота. Впоследствии был сделан вывод, что «PylRS уже присутствовал у последнего универсального общего предка» около 3 миллиардов лет назад, но он сохранился только в организмах, использующих метиламины в качестве источников энергии. Другая возможность заключается в том, что эволюция системы включала горизонтальный перенос генов между неродственными микроорганизмами. Другие гены оперона Pyl опосредуют биосинтез пирролизина, что привело к описанию оперона как «кассеты расширения природного генетического кода».
Между изученными бактериальными и архейными системами существуют некоторые различия. Гомология pylS у D. hafniense разбита на два отдельных белка . В частности, кодон UAG, по-видимому, действует как стоп-кодон во многих белках этого организма, с единственным установленным применением для кодирования пирролизина в этом организме. Напротив, у метаногенных архей не удалось идентифицировать какой-либо однозначный стоп-сигнал UAG. Поскольку был только один известный сайт, где пирролизин добавляется в D. hafniense, было невозможно определить, может ли некоторая дополнительная функция последовательности, аналогичная элементу SECIS для включения селеноцистеина, контролировать, когда добавляется пирролизин. Ранее предполагалось, что специфическая нижестоящая последовательность «PYLIS», образующая петлю-стебель в мРНК , вынуждает включение пирролизина вместо прекращения трансляции в метаногенных архее. Однако модель PYLIS потеряла популярность ввиду отсутствия структурной гомологии между элементами PYLIS и отсутствия остановок UAG у этих видов.
Возможность альтернативного перевода
ТРНК (CUA) может быть заряжена лизином in vitro за счет согласованного действия лизил-тРНК синтетаз M. barkeri класса I и класса II, которые не распознают пирролизин. Первоначально предполагалось, что заряд тРНК (CUA) лизином будет первым шагом в трансляции янтарных кодонов UAG в пирролизин, механизм, аналогичный тому, который используется для селеноцистеина . Более свежие данные подтверждают прямую зарядку пирролизина на тРНК (CUA) белковым продуктом гена pylS , что позволяет предположить, что комплекс LysRS1: LysRS2 может участвовать в параллельном пути, предназначенном для обеспечения того, чтобы белки, содержащие кодон UAG, могли быть полностью переведенным с использованием лизина в качестве замены аминокислоты в случае дефицита пирролизина. Дальнейшее исследование показало, что гены, кодирующие LysRS1 и LysRS2, не требуются для нормального роста на метаноле и метиламинах с нормальным уровнем метилтрансферазы, и они не могут заменить pylS в рекомбинантной системе для подавления стоп-кодона UAG.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Аткинс, JF; Гестеланд, Р. (2002). «22-я аминокислота». Наука . 296 (5572): 1409–1410. DOI : 10.1126 / science.1073339 . PMID 12029118 . S2CID 82054110 .
- Krzycki, JA (2005). «Прямое генетическое кодирование пирролизина». Текущее мнение в микробиологии . 8 (6): 706–712. DOI : 10.1016 / j.mib.2005.10.009 . PMID 16256420 .
внешние ссылки
- Ярнелл, Аманда (27 мая 2002 г.). «Идентифицирована 22-я аминокислота» . Новости химии и техники . 80 (21): 13. DOI : 10.1021 / Сеп-v080n021.p013 . ISSN 0009-2347 .