胺醯-tRNA合成酶

氨基酸酰基轉運核醣核酸合成酶,又稱胺酰-tRNA合成酶(aminoacyl tRNA synthetase,通常簡寫為aaRSARS)是一類催化特定氨基酸或其前體與對應tRNA發生酯化反應而形成胺酰tRNA。由於每一種的氨基酸與tRNA的連接都需要專一性的胺酰tRNA合成酶來催化,因此胺酰tRNA合成酶的種類與標準氨基酸的數量一樣都為20種。

tRNA反密碼子結合結構域
嗜熱棲熱菌英語Thermus thermophilus的白胺酰-tRNA合成酶與轉移後編輯基質相似物(post-transfer editing substrate analogue)所結合成的複合體
鑑定
標誌Anticodon_2
PfamPF08264舊版
InterPro英語InterProIPR013155
SCOP英語Structural Classification of Proteins1ivs / SUPFAM
DALR反密碼子結合結構域1
嗜熱棲熱菌的精胺酰-tRNA合成酶
鑑定
標誌DALR_1
PfamPF05746舊版
Pfam宗系CL0258舊版
InterPro英語InterProIPR008909
SCOP英語Structural Classification of Proteins1bs2 / SUPFAM
DALR反密碼子結合結構域2
半胱胺酰-tRNA合成酶與半胱胺酸tRNA(tRNACys)複合體的晶體結構
鑑定
標誌DALR_2
PfamPF09190舊版
Pfam宗系CL0258舊版
InterPro英語InterProIPR015273

胺酰-tRNA合成酶也是自然界中最古老的蛋白質之一。[1]

功能

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轉譯過程中,每種tRNA分子都需要與相應的氨基酸結合,然後將這些氨基酸運送到核糖體進行蛋白質合成。這種結合是在一系列胺酰-tRNA合成酶的作用下完成的,這些酶通過酯化反應將正確的氨基酸與對應的tRNA分子相連接。連接反應的第一步是在合成酶作用下,ATP分子和對應的氨基酸(或其前體)結合形成胺酰-AMP(腺苷酸),並釋放出無機焦磷酸(PPi)。然後,酶與胺酰-AMP複合物再與正確的tRNA分子結合,催化氨基酸從胺酰-AMP轉移到tRNA的3'端最後一個鹼基的2'-或3'-羥基上。一些合成酶還具有校對功能以確保tRNA結合的正確性:如果tRNA被發現與錯誤的氨基酸相連接,那麼所形成的胺酰-tRNA會經由水解重新被打開。[2]

反應式

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胺酰-tRNA合成酶所催化反應的反應式如下:[2]

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

總反應式:氨基酸 + tRNA + ATP → 胺酰-tRNA + AMP + PPi

氨基酸是透過其羧基(-COOH)與腺苷上的羥基(-OH)連接。因此,連接反應是一個酯化反應

分類

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根據序列和活性位點的結構的不同,胺酰-tRNA合成酶可以被分為兩大類:[2][3]

  • 類型I含有兩個高度保守的序列基序,這類酶所催化的胺酰化發生在tRNA上腺苷的2'-羥基上,並且酶分子通常的活性形式為單體二聚體
    • 包括GluRS、GlnRS、ArgRS、CysRS、MetRS、ValRS、IleRS、LeuRS、TyrRS和TrpRS,其中CysRS、MetRS、TyrRS和TrpRS為同源二聚體,其餘為單體
  • 類型II含有三個高度保守的序列基序,這類酶所催化的胺酰化發生在tRNA上同一個腺苷的3'-羥基上,並且酶分子通常的活性形式為二聚體四聚體。例外的是苯丙胺酰tRNA合成酶,雖然被歸類於類型II,它催化的胺酰化發生2'-羥基上。
    • 包括GlyRS、AlaRS、ProRS、SerRS、ThrRS、HisRS、AspRS、AsnRS、LysRS和PheRS,其中AlaRS為同源四聚體,GlyRS和PheRS異源四聚體,其餘為同源二聚體

無論胺酰基開始被連接到腺苷上的哪一個羥基上,最終都會連接到3'羥基上,因為2'-O-胺酰-tRNA會通過酯交換反應(transesterification)轉移到3'羥基上。

結構

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兩類胺酰-tRNA合成酶都是多結構域蛋白質。典型的情況下,一個胺酰tRNA合成酶是由一個催化結構域(以上反應發生的區域)和一個反密碼子結合結構域(與tRNA上的反密碼子作用的區域,來保證氨基酸結合到正確的tRNA分子上)。一些胺酰-tRNA合成酶還具有RNA結合結構域和「編輯」結構域,負責將不正確連接的胺酰-tRNA重新打開。[4]

同一類型中所有的胺酰-tRNA合成酶的催化結構域都是同源的,但兩個類型(類型I和II)之間卻沒有同源關係。類型I的胺酰-tRNA合成酶普遍具有羅斯曼摺疊和反平行的β摺疊結構,而類型II的酶則具有不同的由反平行的β摺疊所形成的結構。

進化

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同一專一性中多數胺醯-tRNA合成酶在進化上的相關性比而不同專一性之間要高得多。然而,天門冬醯胺醯-tRNA合成酶(AsnRS)和谷胺酰胺酰-tRNA合成酶(GlnRS)則分別相似於天冬胺酰-tRNA合成酶(AspRS)和麩胺醯-tRNA合成酶(GluRS)。大多數胺酰-tRNA合成酶屬於類型I或II,而離胺醯-tRNA合成酶(LysRS)則具有兩個版本:一個屬於類型I,另一個屬於類型II。[5]

多數胺酰-tRNA合成酶的每一種都具有典型的進化分佈規律,即可以古菌細菌真核生物來分組,相應組別中的酶進化關係接近。

參考文獻

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  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]. (原始內容存檔於2012-08-04). 
  4. ^ (英文)High Fidelity. [2007-08-18]. (原始內容存檔於2011-06-08). 
  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. 

外部連結

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