Пирролизин — это нестандартная протеиногенная аминокислота , которая участвует в биосинтезе белка у ряда метаногенных архей . Был обнаружен в 2002 году на активном участке фермента , выделенной из метаногенной археи Methanosarcina barkeri , и является 22-й из найденных в природе аминокислот , которые входят в состав природных белков . В организме человека отсутствует.

Для обозначения пирролизина ИЮПАК рекомендует трёхбуквенное сокращение Pyl и однобуквенное O .

Пирролизин содержит в своей структуре карбоксильную группу и аминогруппу в α-положении к ней; в живых организмах существует в цвиттер-ионной форме. Имеет структурную аналогию с лизином по наличию азотсодержащего осно́вного фрагмента в 6-м положении углеводородной цепи .

Строение

Согласно данным рентгеноструктурного анализа и MALDI масс-спектрометрии , пирролизин является производным лизина , содержащим (4r, 5r)-4- пирролин -5-карбоксилатный заместитель, соединенный с ϵ-атомом азота пептидной связью .

Синтез

Синтез пирролизина in vivo протекает путем соединения двух молекул L -лизина с участием фермента пирролизил-тРНК- синтазы . Одна молекула лизина сначала изомеризуется в ( R )-3-метил- D - орнитин , который далее образует пептидную связь со второй молекулой лизина, с последующей циклизацией с удалением аминогруппы и дегидрированием с образованием пирролинового фрагмента .

Химический синтез пирролизина включает ацилирование по ε- аминогруппе лизина , предварительно защищенного по α-NH ₂ -группе, под действием (4 R , 5 R )-4-метилпирролин-5-карбоновой кислоты .

Генетическое кодирование

В биосинтезе белков у архей включение пирролизина в полипептидную цепь закодировано в мРНК кодоном UAG ( урацил – аденин – гуанин ), который для клеток большинства организмов является стоп-кодоном , т.е. не предполагает включение рибосомой в синтезируемую ей петидную цепь белка какой-либо аминокислоты – связывающаяся со стоп-кодоном тРНК поступает в рибосому без аминокислоты, что, как правило, влечет за собой обрыв полипетидной цепи и завершение синтеза белковой молекулы. Особенность трансляции кодона UAG в клетках архей обусловлено наличием у них гена pylT , который кодирует синтез необычной тРНК с антикодоном CUA – т-РНК _CUA (кодон CUA, цитозин –урацил–аденин, для большинства организмов кодирует лизин ), и гена pylS, который кодирует энзим pylRS, разновидность характерной для архей аминоацил-тРНК-синтазы – класса ферментов, ответственных за присоединение аминокислот к тРНК . pylRS катализирует присоединение именно пирролизина, а не лизина к нетипичной тРНК _CUA архей, которая доставляет его в рибосому за счет своей необычной способности присоединяться к участку мРНК с кодоном UAG и включает в процесс биосинтеза белка .

Оперон , содержащий гены pylT и pylS, найден при секвенировании геномов всех известных представителей архей из семейства Methanosarcinaceae . Гомологи генов pylS и pylT обнаружены также в геноме грам-положительной бактерии , хотя функции этих гомологов у данной бактерии неизвестны . Введение генов pylS и pylT в клетку e-coli привели к переопределению у неё функции UAG со стоп-кодона на кодон, отвечающий за включение в синтезируемый белок молекулы пирролизина, после чего бактерия получила возможность к использованию экзогенного пирролизина в составе синтезируемых ею белков. Это подтвердило, что использование пирролизина в биосинтезе белка в ответ на UAG кодон имеет генетические причины, т.е. определяется наличием у организма соответствующих генов .

Наличие генов pylT и pylS определяет использования пирролизина как результат трансляции кодона UAG с высокой селективностью . Так, при этом невозможно использовать вместо пирролизина его структурный аналог лизин , а многие ε- N -ацилпроизводные лизина удалось вовлечь в биосинтез белка в незначительных количествах . Однако разработаны аналоги лизина, например, с заменой пирролинового кольца на тетрагидрофурановое , способные при наличии генов pylT и pylS к связыванию с тРНК _CUA и включению в значительных колиечествах в синтезируемый белок. Считается, что эффективные аналоги пирролизина при этом должны иметь в своей структуре вместо пирролинового кольца пятичленный гетероцилический заместитель с гетероатомом во 2-ом положении .

Каталитическая функция

Фрагмент пирролизина входит в состав активного центра нескольких метилтрансфераз архей – ферментов , участвующих в процессе метаногенеза , обеспечивающего клетки архей энергией, и ответственных за процесс связывания N - метиламинов и отщепление их метильной группы , которая превращается в метан в процессе дальнейшего метаболизма . Считается, что конформационная подвижность пирролинового фрагмента пирролизина в структуре этих ферментов достаточно высока, и именно его иминная связь играет решающую роль в процессе расщепления связи С–N метиламина, захватываемого и удерживаемого внутри активного центра фрагментами двух других аминокислот – тирозина и глутаминовой кислоты . При этом метиламин присоединяется по двойной связи пирролинового цикла с образованием 1,1-диаминопроизводного, связь С–N метиламинового остатка гетеролитически расщепляется корриноидным кофактором , образующийся метилкатион связывается с атомом кобальта кофактора (с изменением степени окисления Co с +1 до +3) и передаётся далее в метаболическую цепь. Оставшаяся связанной с ферментом аминогруппа захватывает Н ⁺ из внешней среды и выводится в составе аммиака , а пирролиновый фрагмент фермента далее участвует в следующем каталитическом цикле .

См. также

• Генетический код
• Трансляция
• Селеноцистеин , 21-я аминокислота. Как и пирролизин, закодирована стоп-кодоном .

Примечания

Ссылки

• от 24 сентября 2018 на Wayback Machine