氨酰-tRNA合成酶

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

氨酰tRNA合成酶(aminoacyl tRNA synthetase,通常简写为aaRS)是一类催化特定氨基酸或其前体与对应tRNA发生酯化反应而形成氨酰tRNA。由于每一种的氨基酸与tRNA的连接都需要专一性的氨酰tRNA合成酶来催化,因此氨酰tRNA合成酶的种类与标准氨基酸的数量一样都为20种。

氨酰tRNA合成酶也是自然界中最古老的蛋白质之一。[1]

功能[编辑]

翻译过程中,每种tRNA分子都需要与相应的氨基酸结合,然后将这些氨基酸运送到核糖体进行蛋白质合成。这种结合是在一系列氨酰tRNA合成酶的作用下完成的,这些酶通过酯化反应将正确的氨基酸与对应的tRNA分子相连接。连接反应的第一步是在合成酶作用下,ATP分子和对应的氨基酸(或其前体)结合形成氨酰-AMP(腺苷酸),并释放出无机焦磷酸(PPi)。然后,酶与氨酰-AMP复合物再与正确的tRNA分子结合,催化氨基酸从氨酰-AMP转移到tRNA的3'端最后一个碱基的2'-或3'-羟基上。一些合成酶还具有校对功能以确保tRNA结合的正确性:如果tRNA被发现与错误的氨基酸相连接,那么所形成氨酰tRNA会通过水解重新被打开。[2]

反应式[编辑]

氨酰tRNA合成酶所催化反应的反应式如下:[2]

  1. 氨基酸 + ATP → 氨酰-AMP + PPi
  2. 氨酰-AMP + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP

总反应式:氨基酸 + tRNA + ATP → 氨酰-tRNA + AMP + PPi

氨基酸是通过它们的羧基(-COOH)与腺苷上的羟基(-OH)连接。因此,连接反应是一个酯化反应

分类[编辑]

根据序列和活性位点的结构的不同,氨酰tRNA合成酶可以被分为两大类:[2][3]

  • 类型I含有两个高度保守的序列基序,这类酶所催化的氨酰化发生在tRNA上腺苷的2'-羟基上,并且酶分子通常的活性形式为单体二聚体
    • 包括GluRS、GlnRS、ArgRS、CysRS、MetRS、ValRS、IleRS、LeuRS、TyrRS和TrpRS,其中CysRS、MetRS、TyrRS和TrpRS为同源二聚体,其余为单体
  • 类型II含有三个高度保守的序列基序,这类酶所催化的氨酰化发生在tRNA上同一个腺苷的3'-羟基上,并且酶分子通常的活性形式为二聚体四聚体。例外的是苯丙氨酰tRNA合成酶,虽然被归类于类型II,它催化的氨酰化发生2'-羟基上。
    • 包括GlyRS、AlaRS、ProRS、SerRS、ThrRS、HisRS、AspRS、AsnRS、LysRS和PheRS,其中AlaRS为同源四聚体,GlyRS和PheRS异源四聚体,其余为同源二聚体

无论氨酰基开始被连接到腺苷上的哪一个羟基上,最终都会连接到3'羟基上,因为2'-O-氨酰-tRNA会通过酯交换反应(transesterification)转移到3'羟基上。

结构[编辑]

两类氨酰tRNA合成酶都是多结构域蛋白质。典型的情况下,一个氨酰tRNA合成酶是由一个催化结构域(以上反应发生的区域)和一个反密码子结合结构域(与tRNA上的反密码子作用的区域,来保证氨基酸结合到正确的tRNA分子上)。一些氨酰tRNA合成酶还具有RNA结合结构域和“编辑”结构域,负责将不正确连接的氨酰tRNA重新打开。[4]

同一类型中所有的氨酰tRNA合成酶的催化结构域都是同源的,但两个类型(类型I和II)之间却没有同源关系。类型I的氨酰tRNA合成酶普遍具有Rossmann折叠和反平行的β折叠结构,而类型II的酶则具有不同的由反平行的β折叠所形成的结构。

进化[编辑]

同一专一性中多数氨酰tRNA合成酶在进化上的相关性比而不同专一性之间要高得多。然而,天冬酰氨酰tRNA合成酶(AsnRS)和谷氨酰氨酰tRNA合成酶(GlnRS)则分别相似于天冬氨酰tRNA合成酶(AspRS)和谷氨酰tRNA合成酶(GluRS)。大多数氨酰tRNA合成酶属于类型I或II,而赖氨酰tRNA合成酶(LysRS)则具有两个版本:一个属于类型I,另一个属于类型II。[5]

多数氨酰tRNA合成酶的每一种都具有典型的进化分布规律,即可以古菌细菌真核生物来分组,相应组别中的酶进化关系接近。

参考文献[编辑]

  1. ^ (英文)Woese, C. R., Olsen, G. J., Ibba, M. & Söll, D. Aminoacyl-tRNA synthetases, the genetic code, and the evolutionary process. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2000, 64: 202–236. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 (英文)Ibba M, Soll D. Aminoacyl-tRNA synthesis. Annu Rev Biochem. 2000, 69: 617–50. PMID 10966471. 
  3. ^ (英文)tRNA Synthetases. [2007-08-18]. 
  4. ^ (英文)High Fidelity. [2007-08-18]. 
  5. ^ (英文)Ibba, M., Morgan, S., Curnow, A. W., Pridmore, D. R., Vothknecht, U. C., Gardner, W., Lin, W., Woese, C. R., and Söll, D. A Euryarchaeal Lysyl-tRNA Synthetase: Resemblance to Class I Synthetases. Science. 1997, 278: 1119–1122. 

外部链接[编辑]