| Domeniul de legare a anticodonului | |
|---|---|
| leucil-ARNt sintetaza din Thermus thermophilus | |
| Identificatori | |
| Simbol | Anticodon_1 |
| Pfam | PF08264 |
| InterPro | IPR013155 |
| SCOP | 1ivs |
| SUPERFAMILIE | 1ivs |
| Structuri proteice disponibile | |
| Pfam | structurilor |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | Model 3D |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
| Domeniul de legare a anticodonului DALR 1 | |
|---|---|
| arginil-ARNt sintetaza din Thermus thermophilus | |
| Identificatori | |
| Simbol | DALR_1 |
| Pfam | PF05746 |
| Clanul Pfam | CL0258 |
| InterPro | IPR008909 |
| SCOP | 1bs2 |
| SUPERFAMILIE | 1bs2 |
| Structuri proteice disponibile | |
| Pfam | structurilor |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | Model 3D |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
| Domeniul de legare a anticodonului DALR 2 | |
|---|---|
| Structuri ale cisteinil-ARNt sintetazei în complex cu ARNt Cys | |
| Identificatori | |
| Simbol | DALR_2 |
| Pfam | PF09190 |
| Clanul Pfam | CL0258 |
| InterPro | IPR015273 |
| Structuri proteice disponibile | |
| Pfam | structurilor |
| PDB | RCSB PDB ; PDBe ; PDBj |
| PDBsum | Model 3D |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Aminoacil-ARNt sintetaza (ARSase) este o enzimă ( sintetază ) care catalizează formarea aminoacil-ARNt în reacția de esterificare a unui anumit aminoacid cu molecula de ARNt corespunzătoare . Pentru fiecare aminoacid proteinogen, există cel puțin o aminoacil-ARNt sintetază.
ARSases asigură că tripletele nucleotidice ale codului genetic ( tRNA anticodon ) corespund aminoacizilor inserati în proteină și, astfel, asigură citirea corectă a informațiilor genetice din ARNm în timpul sintezei proteinelor pe ribozomi .
Ecuația generală a celor două reacții:
аминокислота + тРНК + АТФ → аминоацил-тРНК + АМФ + PPi
În primul rând, aminoacidul corespunzător și ATP se leagă la locul activ al sintetazei . Dintre cele trei grupări fosfat ale ATP , două sunt scindate, formând o moleculă de pirofosfat (PP i ), iar un aminoacid le ia locul. Compusul rezultat (aminoacil-adenilat) constă dintr-un rest de aminoacid și AMP legate covalent printr-o legătură de înaltă energie . Energia conținută în această legătură este suficientă pentru ca toți pașii suplimentari necesari pentru ca reziduul de aminoacizi să -și ia locul în lanțul polipeptidic (adică în proteină ). Adenilații de aminoacil sunt instabili și ușor hidrolizați dacă se disociază de locul activ al sintetazei. Când se formează aminoacil-adenilatul, capătul 3’ al ARNt se leagă de centrul activ al sintetazei , al cărui anticodon corespunde aminoacidului activat de această sintetază. Există un transfer al reziduului de aminoacid de la aminoacil-adenilat la gruparea 2’- sau 3’-OH a ribozei , care face parte din aceasta din urmă la capătul 3’ al adeninei ARNt . Astfel, aminoacil-ARNt este sintetizat, adică tARN purtând un rest de aminoacid atașat covalent. În acest caz, din aminoacil-adenilat rămâne doar AMP . Atât aminoacil-ARNt, cât și AMP sunt eliberate de situsul activ.
Fiecare dintre cele 20 de aminoacil-ARNt sintetaze trebuie să-și atașeze întotdeauna doar propriul aminoacid la ARNt , recunoscând doar unul dintre cei 20 de aminoacizi proteinogeni și fără a lega alte molecule similare conținute în citoplasma celulei. Aminoacizii sunt mult mai mici decât ARNt ca dimensiune, nemăsurat de mai simpli ca structură, astfel încât recunoașterea lor este o problemă mult mai mare decât recunoașterea ARNt -ului dorit . În realitate, apar erori, dar nivelul lor nu depășește unul la 10.000-100.000 de aminoacil-ARNt sintetizat [1] .
Unii aminoacizi diferă unul de celălalt foarte puțin, de exemplu, printr-o singură grupare metil ( izoleucină și valină , alanină și glicină ). Pentru astfel de cazuri, mecanismele au evoluat în multe aminoacil-ARNt sintetaze care scindează selectiv produsele sintetizate eronat. Procesul de recunoaștere și hidroliză a acestora se numește editare. Scindarea selectivă a aminoacil-adenilatului se numește editare pre-transfer, deoarece are loc înainte de transferul reziduului de aminoacid la ARNt , iar clivajul aminoacil-ARNt finit se numește editare post-transfer. Editarea pre-transfer are loc de obicei în același loc activ ca și aminoacilarea. Editarea post-transfer necesită ca capătul 3’ al aminoacil-ARNt cu restul de aminoacid atașat la acesta să intre în al doilea centru activ al aminoacil-ARNt sintetazei, locul de editare. Nu toate sintetazele aminoacil-ARNt au acest al doilea situs activ, dar în cele care o au, acesta este situat într-un domeniu separat al globului enzimatic. Există, de asemenea, enzime care plutesc liber implicate în editarea post-transfer. După hidroliză, aminoacidul decuplat și ARNt (sau aminoacidul și AMP) sunt eliberați în soluție [2] .
Toate sintetazele aminoacil-ARNt provin din două forme ancestrale și sunt grupate în două clase pe baza similitudinii structurale. Aceste clase diferă în organizarea domeniului , structura domeniului principal (aminoacilant) și modul de legare și aminoacilare a ARNt. [3]
Aminoacil-ARNt sintetazele de prima clasă sunt enzime care transferă restul de aminoacizi în grupa 2′-OH a ribozei; clasa a doua - enzime care transferă restul de aminoacizi în grupa 3′-OH a ribozei terminale a ARNt.
Domeniul de aminoacilare al sintetazelor aminoacil-ARNt de clasa 1 este format din așa-numita pliază de Rossmann , care se bazează pe o foaie paralelă β. Enzimele de clasa I sunt în majoritatea cazurilor monomeri. Ele aminoacilează al 76-lea ARNt de adenozină la grupa 2′-OH.
Enzimele de clasa a 2-a au o foaie β antiparalelă la baza structurii domeniului aminoacilant. De regulă, sunt dimeri, adică au o structură cuaternară. Cu excepția fenilalanil-ARNt sintetazei, toate acestea aminoacilează al 76-lea ARNt de adenozină la grupa 3'-OH.
Aminoacizi conform claselor de aminoacil-ARNt sintetaze:
Pentru aminoacidul lizină , există aminoacil-ARNt sintetaze din ambele clase.
Fiecare clasă este împărțită suplimentar în 3 subclase - a, b și c în funcție de similitudinea structurală. Adesea, sintetazele aminoacil-ARNt cu aceeași specificitate (de exemplu, prolil-ARNt sintetaza) diferă semnificativ între ele în bacterii, arhebacterii și eucariote. Cu toate acestea, enzimele cu o specificitate sunt aproape întotdeauna mai asemănătoare între ele decât cu enzimele cu alte specificități. Excepție fac două sintetaze lisil-ARNt diferite, dintre care una aparține clasei 1 și cealaltă clasei 2.
| CE FACI | Enzimă | Amino acid | Gene , Homo sapiens |
|---|---|---|---|
| 6.1.1.1 | tirozil-ARNt sintetaza | tirozină | ANI |
| 6.1.1.2 | triptofanil-ARNt sintetaza | triptofan | RĂZBOIILE |
| 6.1.1.3 | treonil-ARNt sintetaza | treonina | TARS |
| 6.1.1.4 | leucil-ARNt sintetaza | leucina | LARS |
| 6.1.1.5 | izoleucil-ARNt sintetaza | izoleucina | IARS |
| 6.1.1.6 | lisil-ARNt sintetaza | lizina | KARS |
| 6.1.1.7 | alanin-ARNt sintetaza | alanina | AARS |
| 6.1.1.9 | valil-ARNt sintetaza | valină | VARS |
| 6.1.1.10 | metionil-ARNt sintetaza | metionină | MARTE |
| 6.1.1.11 | seril-ARNt sintetaza | serină | SARS |
| 6.1.1.12 | aspartil-ARNt sintetaza | aspartat | DARS |
| 6.1.1.14 | glicil-ARNt sintetaza | glicina | GARS |
| 6.1.1.15 | prolil-ARNt sintetaza, glutamil-prolil-ARNt sintetaza | prolina | PARS2 , EPRS1 |
| 6.1.1.16 | cisteil-ARNt sintetaza | cisteină | MAȘINI |
| 6.1.1.17 | glutamil-ARNt sintetaza, glutamil-prolil-ARNt sintetaza | glutamat | EARS2 , EPRS1 |
| 6.1.1.18 | glutaminil-ARNt sintetaza | glutamina | QRS |
| 6.1.1.19 | arginil-ARNt sintetaza | arginina | RARS |
| 6.1.1.20 | fenilalanil-ARNt sintetaza | Fenilalanină | FARSA , FARSB |
| 6.1.1.21 | histidil-ARNt sintetaza | histidină | HARS |
| 6.1.1.22 | asparaginil-ARNt sintetaza | asparagină | NARS |
| 6.1.1.23 | aspartil-ARNt-Asn sintetaza | aspartat | niciun om nu are |
| 6.1.1.24 | glutamil-ARNt-Gln sintetaza | glutamat | niciun om nu are |
| 6.1.1.26 | pirolizil-ARNt-Pil sintetaza | pirolizină | niciun om nu are |
| 6.1.1.27 | O-fosfo-L-seril-ARNt sintetaza | O-fosfo-L-serină | niciun om nu are |
Fiecare moleculă de aminoacil-ARNt sintetază constă din două domenii principale - domeniul aminoacilant, în care se află centrul activ și au loc reacțiile, și domeniul de legare a anticodonului, care recunoaște secvența anticodonului tARN . Se găsesc, de asemenea, domenii de editare, care servesc pentru hidroliza aminoacil-ARNt care poartă restul de aminoacid greșit și alte domenii [4] .
În viața pre-proteică ( lumea ARN ), funcția aminoacil-ARNt sintetazelor a fost aparent îndeplinită de ribozime , adică molecule de ARN cu proprietăți catalitice. În prezent, astfel de molecule au fost recreate în laborator prin metoda „ evoluției într-o eprubetă” [5] . După formarea principalelor elemente ale aparatului de sinteză a proteinelor , funcția de aminoacilare a ARNt a trecut la moleculele proteice, urcând la două secvențe ancestrale. Inițial, aceste enzime au constat dintr-un singur domeniu de aminoacilare. Pe măsură ce codul genetic a evoluat, diversitatea aminoacil-ARNt sintetazelor a crescut și cerințele pentru specificitatea lor au crescut. Acest lucru a condus la includerea unor domenii suplimentare în structura lor. Secvența primară a sintetazelor aminoacil-ARNt a diverjat foarte semnificativ în timpul evoluției lor, ceea ce, totuși, nu ne-a împiedicat să detectăm omologie atât a secvenței primare, cât și a structurii terțiare (spațiale) în cadrul fiecăreia dintre clase [4] .
Aminoacil-ARNt sintetazele și ARNt-urile mutante sunt folosite pentru a încorpora aminoacizi în proteine care nu sunt prevăzute de codul genetic [6] .