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aaRS或ARS）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的酶。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 | |||||||||
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 嗜熱棲熱菌的白胺酰-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 | ||||||||
| Pfam | PF08264（舊版） | ||||||||
| InterPro | IPR013155 | ||||||||
| SCOP | 1ivs / SUPFAM | ||||||||
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| DALR反密碼子結合結構域1 | |||||||||
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 嗜熱棲熱菌的精胺酰-tRNA合成酶 | |||||||||
| 鑑定 | |||||||||
| 標誌 | DALR_1 | ||||||||
| Pfam | PF05746（舊版） | ||||||||
| Pfam宗系 | CL0258（舊版） | ||||||||
| InterPro | IPR008909 | ||||||||
| SCOP | 1bs2 / SUPFAM | ||||||||
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| DALR反密碼子結合結構域2 | |||||||||
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 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 | ||||||||
| Pfam | PF09190（舊版） | ||||||||
| Pfam宗系 | CL0258（舊版） | ||||||||
| InterPro | IPR015273 | ||||||||
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功能
在轉譯過程中，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
胺酰-tRNA合成酶所催化反應的反應式如下：[2]
- 氨基酸 + ATP → 胺酰-AMP + PPi
- 胺酰-AMP + tRNA → 胺酰-tRNA + AMP
總反應式：氨基酸 + tRNA + ATP → 胺酰-tRNA + AMP + PPi
分類
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或二聚體。
- 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或四聚體。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
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
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、細菌和真核生物來分組，相應組別中的酶進化關係接近。
參考文獻
- ^ （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.
- ^ 2.0 2.1 2.2 （英文）Ibba M, Soll D. Aminoacyl-tRNA synthesis. Annu Rev Biochem. 2000, 69: 617–50. PMID 10966471.
- ^ （英文）tRNA Synthetases. [2007-08-18]. （原始內容存檔於2012-08-04）.
- ^ （英文）High Fidelity. [2007-08-18]. （原始內容存檔於2011-06-08）.
- ^ （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.