Pirrolisina - Pyrrolysine
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| Nombres | |
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Nombre IUPAC
N 6 - {[(2 R , 3 R ) -3-metil-3,4-dihidro- 2H -pirrol-2-il] carbonil} - L- lisina
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Modelo 3D ( JSmol )
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PubChem CID
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Tablero CompTox ( EPA )
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| Propiedades | |
| C 12 H 21 N 3 O 3 | |
| Masa molar | 255,313 g / mol |
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar ( ¿qué es ?)
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| Referencias de Infobox | |
La pirrolisina (símbolo Pyl u O ; codificada por el codón de parada 'ámbar' UAG ) es un α-aminoácido que se utiliza en la biosíntesis de proteínas en algunas arqueas y bacterias metanogénicas ; no está presente en humanos. Contiene un grupo α-amino (que se encuentra en el protonado - NH+
3formar bajo condiciones biológicas ), un ácido carboxílico grupo (que se encuentra en la -COO desprotonada - forma en condiciones biológicas). Su cadena lateral de pirrolina es similar a la de la lisina en que es básica y tiene carga positiva a pH neutro.
Genética
Casi todos los genes se traducen utilizando solo 20 componentes básicos de aminoácidos estándar . Dos aminoácidos codificados genéticamente inusuales son la selenocisteína y la pirrolisina. La pirrolisina se descubrió en 2002 en el sitio activo de la enzima metiltransferasa de un arqueón productor de metano, Methanosarcina barkeri . Este aminoácido está codificado por UAG (normalmente un codón de terminación) y su síntesis e incorporación a la proteína está mediada por la maquinaria biológica codificada por el grupo de genes pylTSBCD .
Composición
Como se determinó por cristalografía de rayos X y MALDI espectrometría de masas , pyrrolysine se compone de 4-metil pirrolina -5- carboxilato en amida de ligamiento con el ε N de lisina .
Síntesis
La pirrolisina se sintetiza in vivo uniendo dos moléculas de L- lisina. Una molécula de lisina se convierte primero en (3 R ) -3-metil- D -ornitina , que luego se liga a una segunda lisina. Se elimina un grupo NH 2 , seguido de la etapa de ciclación y deshidratación para producir L- pirrolisina.
Función catalítica
El anillo de pirrolina adicional se incorpora al sitio activo de varias metiltransferasas , donde se cree que gira con relativa libertad. Se cree que el anillo participa en la colocación y visualización del grupo metilo de la metilamina para el ataque de un cofactor de corrinoides . El modelo propuesto es que un residuo que lleva ácido carboxílico cercano , glutamato , se protona , y el protón se puede transferir al nitrógeno del anillo de imina , exponiendo el carbono del anillo adyacente a la adición nucleofílica por metilamina. El nitrógeno cargado positivamente creado por esta interacción puede entonces interactuar con el glutamato desprotonado, provocando un cambio en la orientación del anillo y exponiendo el grupo metilo derivado de la metilamina a la hendidura de unión donde puede interactuar con el corrinoide. De esta manera un CH neto+
3se transfiere al átomo de cobalto del cofactor con un cambio de estado de oxidación de I a III. Luego se libera el amoníaco derivado de metilamina , restaurando la imina original.
Codificación genética
A diferencia de las modificaciones postraduccionales de la lisina como la hidroxilisina , la metilisina y la hipusina , la pirrolisina se incorpora durante la traducción ( síntesis de proteínas ) como lo indica el código genético , al igual que los aminoácidos estándar . Está codificado en el ARNm por el codón UAG , que en la mayoría de los organismos es el codón de parada "ámbar" . Esto requiere sólo la presencia de la pylT gen, que codifica una inusual ARN de transferencia (ARNt) con un anticodón CUA, y la pylS gen, que codifica una clase II aminoacil-ARNt sintetasa que carga la pylT derivada de ARNt con pyrrolysine.
Este nuevo par tRNA-aaRS ("par ortogonal") es independiente de otras sintetasas y tRNA en Escherichia coli , y además posee cierta flexibilidad en el rango de aminoácidos procesados, lo que lo convierte en una herramienta atractiva para permitir la colocación de un rango posiblemente amplio de grupos químicos funcionales en ubicaciones arbitrariamente especificadas en proteínas modificadas. Por ejemplo, el sistema proporcionó uno de los dos fluoróforos incorporados específicamente en el sitio dentro de la calmodulina para permitir el examen en tiempo real de los cambios dentro de la proteína mediante espectroscopía FRET , y la introducción específica del sitio de un derivado de lisina fotoenjaulado . (Ver código genético ampliado )
Evolución
Los genes pylT y pylS son parte de un operón de Methanosarcina barkeri , con homólogos en otros miembros secuenciados de la familia Methanosarcinaceae : M. acetivorans , M. mazei y M. thermophila . Se sabe que los genes que contienen pirrolisina incluyen monometilamina metiltransferasa (mtmB), dimetilamina metiltransferasa (mtbB) y trimetilamina metiltransferasa (mttB). Los homólogos de pylS y pylT también se han encontrado en una archaea Antártico, Methanosarcina barkeri y una Gram-positivas bacteria , Desulfitobacterium hafniense .
La aparición de Desulfitobacterium es de especial interés, porque las bacterias y las arqueas son dominios separados en el sistema de tres dominios mediante el cual se clasifican los seres vivos. Cuando el uso del aminoácido parecía confinado a las Methanosarcinaceae , el sistema se describió como una "invención de arquea tardía" mediante la cual se añadió un aminoácido 21 al código genético. Posteriormente se concluyó que "PylRS ya estaba presente en el último ancestro común universal" hace unos 3 mil millones de años, pero solo persistía en organismos que usaban metilaminas como fuentes de energía. Otra posibilidad es que la evolución del sistema implique una transferencia horizontal de genes entre microorganismos no relacionados. Los otros genes del operón Pyl median en la biosíntesis de pirrolisina, lo que lleva a la descripción del operón como un "casete de expansión del código genético natural".
Existen algunas diferencias entre los sistemas bacterianos y arqueales estudiados. La homología con pylS se divide en dos proteínas separadas en D. hafniense . En particular, el codón UAG parece actuar como un codón de terminación en muchas de las proteínas de ese organismo, con un solo uso establecido para codificar la pirrolisina en ese organismo. Por el contrario, en las arqueas metanogénicas no fue posible identificar ninguna señal de parada UAG inequívoca. Debido a que solo había un sitio conocido donde se agrega pirrolisina en D. hafniense, no fue posible determinar si alguna característica de secuencia adicional, análoga al elemento SECIS para la incorporación de selenocisteína, podría controlar cuándo se agrega pirrolisina. Se propuso previamente que una secuencia secuencia abajo específica "PYLIS", que forma un tallo-bucle en el ARNm , forzaba la incorporación de pirrolisina en lugar de terminar la traducción en arqueas metanogénicas. Sin embargo, el modelo PYLIS ha perdido popularidad en vista de la falta de homología estructural entre los elementos PYLIS y la falta de paradas UAG en esas especies.
Potencial de una traducción alternativa
El ARNt (CUA) puede cargarse con lisina in vitro mediante la acción concertada de las lisil-ARNt sintetasas de M. barkeri Clase I y Clase II, que no reconocen la pirrolisina. La carga de un ARNt (CUA) con lisina se planteó originalmente como la hipótesis de que era el primer paso en la traducción de los codones ámbar UAG como pirrolisina, un mecanismo análogo al utilizado para la selenocisteína . Los datos más recientes favorecen la carga directa de pirrolisina en el ARNt (CUA) por el producto proteico del gen pylS , lo que lleva a la sugerencia de que el complejo LysRS1: LysRS2 puede participar en una vía paralela diseñada para asegurar que las proteínas que contienen el codón UAG puedan traducirse completamente utilizando lisina como aminoácido sustituto en caso de deficiencia de pirrolisina. Un estudio adicional encontró que los genes que codifican LysRS1 y LysRS2 no son necesarios para el crecimiento normal en metanol y metilaminas con niveles normales de metiltransferasa, y no pueden reemplazar pylS en un sistema recombinante para la supresión del codón de parada ámbar UAG.
Referencias
Otras lecturas
- Atkins, JF; Gesteland, R. (2002). "El 22º aminoácido". Ciencia . 296 (5572): 1409–1410. doi : 10.1126 / science.1073339 . PMID 12029118 . S2CID 82054110 .
- Krzycki, JA (2005). "La codificación genética directa de la pirrolisina". Opinión actual en microbiología . 8 (6): 706–712. doi : 10.1016 / j.mib.2005.10.009 . PMID 16256420 .
enlaces externos
- Yarnell, Amanda (27 de mayo de 2002). "22 aminoácido identificado" . Noticias de Química e Ingeniería . 80 (21): 13. doi : 10.1021 / cen-v080n021.p013 . ISSN 0009-2347 .