Pyrrolysine (abgekürzt als Pyl oder O) ist ein natürlich Auftreten, genetisch codierte Aminosäure, die durch einen methanogenic archaea und eine bekannte Bakterie in Enzymen verwendet ist, die ein Teil ihres Methan erzeugenden Metabolismus sind. Es ist lysine, aber mit einem zusätzlichen mit dem Ende der lysine Seitenkette verbundenen Pyrroline-Ring ähnlich. Erzeugt durch einen spezifischen tRNA und aminoacyl tRNA synthetase bildet es einen Teil eines ungewöhnlichen genetischen Codes in diesen Organismen, und wird als die 22. proteinogenic Aminosäure betrachtet.

Das gemeinsame Nomenklatur-Komitee des IUPAC/IUBMB hat das dreistellige Symbol Pyl und das einstellige Symbol O für pyrrolysine offiziell empfohlen.

Einführung und Zusammenhang

Eine Schlüsselfunktion des Genoms ist zur direkten Produktion von Proteinen mit genetischen Folgen, die bestimmen, wenn oder ob jedes Protein erzeugt wird; welche Zellen es erzeugen werden; und wo es in der Zelle gelegen wird. Proteine bilden viel von der physischen Struktur des Körpers und katalysieren ein großes Angebot an chemischen Reaktionen, dem Genom die Fähigkeit gebend, die Biochemie des Körpers zu kontrollieren. Fast alle Proteine werden mit nur 20 Standardbausteinen genannt Aminosäuren gemacht, die häufig in sehr langen Folgen gemäß einem genetischen Standardcode gesammelt werden. Chemische Spezialreaktionen verlangen häufig Modifizierungen von Proteinen nach der Tatsache durch die Postübersetzungsmodifizierung oder Protein, das zu spezifischem cofactors bindet. Und doch ist der genetische Code selbst genau dasselbe unter sehr vielen Organismen, so dass, wenn Forscher-Folge-DNA von neuen oder unbekannten Quellen sie häufig Schlüsse über die chemische Tätigkeit sofort ziehen können, es gestützt ausführt in der Annahme, dass ein genetischer Standardcode gilt. Die Entdeckung von ungewöhnlichen durch eine Vergrößerung des genetischen Codes angegebenen Aminosäuren kann diese Annahme in Zweifel ziehen, so ist es wichtig, irgendwelche solche Abweichungen zu verstehen. Zusätzlich zeigen diese Schwankungen an, dass der Prozess der Evolution, die zur Errichtung des genetischen Codes geführt hat, vor dem universalen gemeinsamen Ahnen vielleicht vor ungefähr drei bis vier Milliarden Jahren nicht geendet hat, aber zugänglich bleibt, um sogar am heutigen Tag zu studieren.

Zusammensetzung

Wie bestimmt, durch die Röntgenstrahl-Kristallographie und MALDI Massenspektrometrie wird pyrrolysine aus 4 methylpyrroline 5 carboxylate in der amide Verbindung mit dem N von lysine zusammengesetzt.

Katalytische Funktion

Der Extrapyrroline-Ring wird in die aktive Seite von mehreren methyltransferases vereinigt, wo, wie man glaubt, es relativ frei rotiert. Es wird geglaubt, dass der Ring an der Positionierung und dem Anzeigen der Methyl-Gruppe von methylamine für den Angriff durch einen corrinoid cofactor beteiligt wird. Das vorgeschlagene Modell ist, dass eine nahe gelegene carboxylic Säure, die Rückstand, glutamate trägt, protonated wird, und das Proton dann dem Imine-Ringstickstoff übertragen werden kann, den angrenzenden Ringkohlenstoff zur nucleophilic Hinzufügung durch methylamine ausstellend. Der positiv beladene durch diese Wechselwirkung geschaffene Stickstoff kann dann mit dem deprotonated glutamate aufeinander wirken, das Verursachen einer Verschiebung in der Ringorientierung und das Herausstellen der Methyl-Gruppe sind auf den methylamine zur bindenden Spalte zurückzuführen gewesen, wo es mit corrinoid aufeinander wirken kann. Auf diese Weise wird ein Netto-CH3 dem Kobalt-Atom des cofactor mit einer Änderung des Oxydationsstaates von mir bis III übertragen. Das methylamine-abgeleitete Ammoniak wird dann veröffentlicht, den ursprünglichen imine wieder herstellend.

Das genetische Codieren

Verschieden von Postübersetzungsmodifizierungen von lysine wie hydroxylysine, methyllysine, und hypusine, wird pyrrolysine während der Übersetzung (Protein-Synthese), wie geleitet, durch den genetischen Code gerade wie die 20 Standardaminosäuren vereinigt. Es wird in mRNA durch den UAG codon verschlüsselt, der in den meisten Organismen der 'Bernstein'-Halt codon ist. Das verlangt nur die Anwesenheit des pylT Gens, das eine ungewöhnliche Übertragungs-RNS (tRNA) mit einem CUA anticodon und dem pylS Gen verschlüsselt, das eine Klasse II aminoacyl-tRNA synthetase verschlüsselt, der den pylT-abgeleiteten tRNA mit pyrrolysine belädt. Dem UAG codon wird von einem PYLIS abwärts gelegene Folge gefolgt, die eine Struktur der Stamm-Schleife bildet.

Dieser Roman tRNA-aaRS Paar ("orthogonales Paar") ist anderen synthetases und tRNAs in Escherichia coli unabhängig, und besitzt weiter etwas Flexibilität im Rahmen bearbeiteter Aminosäuren, es ein attraktives Werkzeug machend, um das Stellen einer vielleicht breiten Reihe von funktionellen chemischen Gruppen an willkürlich angegebenen Positionen in modifizierten Proteinen zu erlauben. Zum Beispiel hat das System eine von vereinigter Seite spezifisch von zwei fluorophores innerhalb von calmodulin zur Verfügung gestellt, um die Echtzeitüberprüfung von Änderungen innerhalb des Proteins durch die VERÄRGERUNGS-Spektroskopie und mit der Seite spezifische Einführung einer photoeingesperrten lysine Ableitung zu erlauben. (Sieh Ausgebreiteten genetischen Code)

Evolution

Der pylT und die pylS Gene sind ein Teil eines operon von Methanosarcina barkeri mit homologues in anderen sequenced Mitgliedern der Familie von Methanosarcinaceae:M. Acetivorans, M. mazei und M. thermophila. Wie man bekannt, schließt das Pyrrolysine-Enthalten von Genen monomethylamine methyltransferase (mtmB), dimethylamine methyltransferase (mtbB), und trimethylamine methyltransferase (mttB) ein. Homologs von pylS und pylT sind auch in einem Antarktischen archaeon, Methanococcoides burtoni und einer mit dem Gramm positiven Bakterie, Desulfitobacterium hafniense gefunden worden.

Das Ereignis in Desulfitobacterium ist von speziellem Interesse, weil Bakterien und archaea getrennte Gebiete im Drei-Gebiete-System sind, durch das Wesen klassifiziert werden. Als der Gebrauch der Aminosäure beschränkt zu Methanosarcinaceae geschienen ist, wurde das System als eine "späte archaeal Erfindung" beschrieben, durch die eine 21. Aminosäure zum genetischen Code hinzugefügt wurde. Später wurde es beschlossen, dass "PylRS bereits im letzten anwesend gewesen

universaler gemeinsamer Ahne" vor ungefähr 3 Milliarden Jahren, aber hat es nur auf Organismen mit methylamines als Energiequellen angedauert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Evolution des Systems mit einer horizontalen Genübertragung zwischen Kleinstlebewesen ohne Beziehung verbunden gewesen ist. Die anderen Gene von Pyl operon vermitteln pyrrolysine Biosynthese, zu Beschreibung des operon als eine "natürliche genetische Codevergrößerungskassette" führend.

Einige Unterschiede bestehen zwischen den bakteriellen und archaeal studierten Systemen. Die Homologie zu pylS wird in zwei getrennte Proteine in D. hafniense gebrochen. Am meisten namentlich scheint der UAG codon, als ein Halt codon in vielen Proteinen dieses Organismus, mit nur einem einzelnen feststehenden Gebrauch im Codieren pyrrolysine in diesem Organismus zu handeln. Im Vergleich, in methanogenic archaea es war nicht möglich, jedes eindeutige UAG-Halt-Signal zu identifizieren. Weil es nur eine bekannte Seite gab, wo pyrrolysine in D. hafniense hinzugefügt wird, war es nicht möglich zu bestimmen, ob eine zusätzliche Folge-Eigenschaft, die dem SECIS Element für die selenocysteine Integration analog ist, kontrollieren könnte, wenn pyrrolysine hinzugefügt wird. Es wurde vorher vorgeschlagen, dass eine spezifische abwärts gelegene Folge "PYLIS", eine Stamm-Schleife im mRNA bildend, die Integration von pyrrolysine gezwungen hat, anstatt Übersetzung in methanogenic archaea zu begrenzen. Jedoch hat das PYLIS Modell Bevorzugung im Hinblick auf den Mangel an der Strukturhomologie zwischen PYLIS Elementen und den Mangel am UAG-Halt in jenen Arten verloren.

Potenzial für eine abwechselnde Übersetzung

Der tRNA (CUA) kann wegen lysine in vitro durch die gemeinsame Handlung des M. barkeri Klasse I und Klasse II Lysyl-tRNA synthetases angeklagt werden, die pyrrolysine nicht anerkennen. Wie man ursprünglich Hypothese aufstellte, war die Aufladung eines tRNA (CUA) mit lysine der erste Schritt im Übersetzen des UAG Bernsteins codons als pyrrolysine, ein Mechanismus, der dem analog ist, das für selenocysteine verwendet ist. Neuere Daten bevorzugen direkte Aufladung von pyrrolysine auf dem tRNA (CUA) durch das Protein-Produkt des pylS Gens, zum Vorschlag führend, dass der LysRS1:LysRS2 Komplex an einem parallelen Pfad teilnehmen kann, der entworfen ist, um sicherzustellen, dass Proteine, die den UAG codon enthalten, mit lysine als eine Ersatz-Aminosäure im Falle des pyrrolysine Mangels völlig übersetzt werden können. Weitere Studie hat gefunden, dass die Gene, die LysRS1 und LysRS2 verschlüsseln, für das normale Wachstum auf dem Methanol und methylamines mit normalen methyltransferase Niveaus nicht erforderlich sind, und sie pylS in einem recombinant System für den UAG Bernsteinhalt codon Unterdrückung nicht ersetzen können.

Siehe auch

• Genetischer Code
• Übersetzung
• selenocysteine, die 21. genetisch verschlüsselte Aminosäure.

Links

• Chemisch und Artikel Engineering News (am 27. Mai 2002) über die Entdeckung der Aminosäure