 |
Этап рекогниции в синтезе белка. Аминоацил-тРНК-синтетазы и их биологическая роль.
|
|
|
|
Биосинтез аминокислот и его регуляция. Биологическая роль свободных аминокислот.
В организме человека возможен синтез восьми заменимых аминокислот: Аланин, Аспартат, Аспарагин, Серин, Глицин, Глутамат, Глутамин, Пролин. Углеродный скелет этих аминокислот образуется из глюкозы. α-Аминогруппа вводится в соответствующие α-кетокислоты в результате реакций трансаминирования. Универсальным донором α-аминогруппы служит глутамат. Путём трансаминирования α-кетокислот, образующихся из глюкозы, синтезируются аминокислоты.
Глутамат также образуется при восстановительном аминировании α-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой. Эти реакции обратимы и играют большую роль как в процессе синтеза аминокислот, так и при их катаболизме. Такие реакции, выполняющие двойную функцию, называют амфиболическими.
Амиды глутамин и аспарагин синтезируются из соответствующих дикарбоновых аминокислот Глу и Асп. Серин образуется из 3-фосфоглицерата - промежуточного продукта гликолиза, который окисляется до 3-фосфопирувата и затем трансаминируется с образованием серина. Существует 2 пути синтеза глицина:
1) из серина с участием производного фолиевой кислоты в результате действия се-риноксиметилтрансферазы:
2) в результате действия фермента глицинсинтазы в реакции:
Пролин синтезируется из глутамата в цепи обратимых реакций. Эти же реакции используются и при катаболизме пролина.
Кроме восьми перечисленных заменимых аминокислот, в организме человека могут синтезироваться ещё четыре аминокислоты. Частично заменимые аминокислоты Apr и Гис синтезируются сложным путём в небольших количествах. Большая их часть должна поступать с пищей. Синтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла; Гистидин синтезируется из АТФ и рибозы. Часть имидазольного цикла гистидина - N=CH-NH- образуется из пуринового ядра аденина, источником которого служит АТФ, остальная часть молекулы - из атомов рибозы. При этом образуется 5-фосфорибозиламин, который кроме синтеза гистидина необходим для синтеза пуринов.
|
|
|
Для синтеза условно заменимых аминокислот тирозина и цистеина требуются незаменимые аминокислоты фенилаланин и метионин соответственно. Образование других аминокислот также возможно при наличии соответствующих α-кетокислот, которые могут трансаминироваться с глутаматом. Таким образом, незаменимой частью молекулы аминокислот является их углеродный скелет. Источником таких незаменимых α-кетокислот служат только белки пищи. Исключение составляют лизин и треонин, которые не подвергаются трансаминированию, их α-кетоаналоги с пищей практически не поступают и в организме не синтезируются. Единственный источник этих аминокислот - пищевые белки.
Аминокислоты - это строительные блоки белковых молекул, но необходимость их изучения кроется не только в данной функции.Несколько из них являются источником для образования нейромедиаторов в ЦНС (гистамин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, дофамин, норадреналин), другие сами являются нейромедиаторами (глицин, глутаминоваякислота).Те или иные группы аминокислот необходимы для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований без которых нет нуклеиновых кислот, используются для синтеза низкомолекулярных биологически важных соединений (креатин, карнитин, карнозин, ансерин и др.).Аминокислота тирозин целиком входит в состав гормонов щитовидной железы и мозгового вещества надпочечников.
Этап рекогниции в синтезе белка. Аминоацил-тРНК-синтетазы и их биологическая роль.
|
|
|
Процесс синтеза белка в основном разделяется на три основных этапа: 1) передача генетической информации, закодированной в структуре молекулы ДНК через иРНК (транскрипция); 2) активирование аминокислот и присоединение их в виде аминоациладенилатов к тРНК (рекогниция); 3) синтез белковой молекулы на белоксинтезирующих частицах клетки — рибосомах (трансляция).
Итак, в цитозоле клеток 20 различных аминокислот присоединяются α-карбоксильной группой к 3'-гидроксильному акцепторному концу соответствующих тРНК с образованием сложноэфирной связи. Эти реакции катализирует семейство ферментов, носящее название аминоацил-тРНК синтетаз (аа-тРНК-синтетаз). Каждый член этого семейства узнаёт только одну определённую аминокислоту и те тРНК, которые способны связываться с этой аминокислотой. Из этого следует, что в группу тРНК синтетаз входит 20 различных ферментов. Они осуществляют активацию аминокислот в 2 стадии: на первой стадии аминокислота присоединяется к ферменту и реагирует с АТФ с образованием богатого энергией промежуточного соединения - аминоацил-АМФ. На второй стадии аминоацильный остаток аминоациладенилата, оставаясь связанным с ферментом, взаимодействует с молекулой соответствующей тРНК с образованием аминоацил-тРНК
Суммарную реакцию, катализируемую аминоацил-тРНК синтетазами в присутствии ионов Mg2+, можно представить следующим образом:
Аминокислота +тРНК + АТФ -" аминоацил - тРНК + АМФ + PPi.
Для каждой аминокислоты существует свой фермент - своя аминоацил тРНК синтетаза: для глутамата - глутамил-тРНК синтетаза, гистидина - гистидил-тРНК синтетаза и т.д.
Аминокислоты присоединяются к 3'- или 2'-ОН группам рибозы на 3'-конце тРНК, где все тРНК имеют общую нуклеотидную последовательность -ССА.
Энергия, заключённая в макроэргической сложноэфирной связи аминоацил-тРНК, впоследствии используется на образование пептидной связи в ходе синтеза белка.
Пирофосфат, выделяющийся в ходе этой реакции, гидролитически расщепляется с образованием двух молекул ортофосфата и выделением энергии, что делает реакцию активации аминокислот необратимой.
Чрезвычайно высокая специфичность аа-тРНК синтетаз в связывании аминокислоты с соответствующими тРНК лежит в основе точности трансляции генетической информации. В активном центре этих ферментов есть 4 специфических участка для узнавания: аминокислоты, тРНК, АТФ и четвёртый - для присоединения молекулы Н2О, которая участвует в гидролизе неправильных аминоациладенилатов. За счёт существования в активном центре этих ферментов корректирующего механизма, обеспечивающего немедленное удаление ошибочно присоединённого аминокислотного остатка, достигается поразительно высокая точность работы: на 1300 связанных с тРНК аминокислот встречается только одна ошибка.
|
|
|
Аминокислота, присоединяясь к тРНК, в дальнейшем не определяет специфических свойств аа-тРНК, так как её структуру не узнаёт ни рибосома, ни мРНК. Участие в синтезе белка зависит только от структуры тРНК, а точнее, от комплементарного взаимодействия антикодона аминоацил-тРНК с кодоном мРНК.
Антикодон расположен в центральной (антикодоновой) петле тРНК. Узнавание тРНК аа-тРНК синтетазами не всегда происходит по антикодоновой петле. Активный центр некоторых ферментов обнаруживает комплементарное соответствие другим участкам пространственной структуры тРНК.
|
|
|
