Свободные аминокислоты проблемы кодирования и пути синтеза Лекция

Свободные аминокислоты: проблемы кодирования и пути синтеза Лекция 9

Повторение пройденного

Незаменимые аминокислоты (человек, min в сут) • НО: для птиц незаменим глицин…

Аминокислоты • Протеиногенные (белковые) – именно они кодируются в ДНК. Это всегда α, L-аминокислоты • Небелковые – в ДНК не кодируются Серин Гомосерин

Mucuna (сем. Бобовые) – зудящие бобы 3, 4 -дигидроксифенилаланин Гриффония (Griffonia simplicifolia, сем. Бобовые) 5 -гидрокситриптофан Ландыш, юкки

Аланин и его вариации (более 30 в разных организмах) α-аланин β-аланин цианаланин

Белковые аминокислоты: нарушения однозначности кода • • • 1) глицин 2) аланин 3) валин 4) лейцин 5) изолейцин 6) триптофан 7) фенилаланин 8) тирозин 9) серин 10) треонин • • • 11) цистеин 21) СЕЛЕНОЦИСТЕИН 12) метионин 13) аргинин 14) лизин 15) глутамат 16) глутамин 22) ПИРРОЛИЗИН ТОЛЬКО У РЯДА 17) аспартат АРХЕБАКТЕРИЙ И 18) аспарагин ЭУБАКТЕРИЙ 19) пролин 20) гистидин

Триплеты м. РНК - аминокислоты

Почему рибосома правильно считывает “двусмысленные” кодоны? • Метионин или начало синтеза? • 2 вида метиониновой т. РНК – т. РНКи. Мет только для инициации трансляции, т. РНКм. Мет для ее элонгации • Фактор инициации e. IF 2 опознает только т. РНКи. Мет • Окружение AUGкодона на м. РНК. Оптимально: для животных GCC(A/G)CCAUGG для дрожжей AAAAAUGUCU и для растений AA(A/C)AAUGGC. Зеленым цветом – наиболее важные нуклеотиды.

УГА: селеноцистеин или окончание синтеза? Терминация: Селеноцистеин встает в цепь: В А-сайте рибосомы – УГА, с ним 1) Особая т. РНК, нагруженная взаимодействуют белковые факторы селеноцистеином и несущая терминации RF 1 или RF 2, что в итоге антикодон к УГА приводит к разъединению субъединиц 2) на м. РНК – цис-элемент SECIS (в рибосомы, м. РНК и готового белка. нетранслируемом регионе м. РНК с 3`-края от УГА) 3) специальный белковый фактор элонгации Sel B, связывающийся с SECIS и с т. РНК, нагруженной селеноцистеином. Другие т. РНК он игнорирует. “Четверной” комплекс успешнее присоединяется к УГА, чем RF 1 и RF 2, поэтому терминации нет, зато в цепь белка включается селеноцистеин.

Селеноцистеин образуется из серина прямо на т. РНК!

Какие пути синтеза аминокислот вам известны? • 1) прямое восстановительное аминирование • 1 а) – образование амидов • 2) переаминирование • 3) ферментативные превращения

Семейства аминокислот 1 -4

Семейство 5 (ароматические) – по шикиматному пути • 1) синтез дегидрохинной кислоты (дегидрохинната), у большинства видов - из эритрозо 4 Ф и ФЕП. • 2) синтез шикимовой кислоты из дегидрохинната • 3) синтез фенилаланина, тирозина, триптофана

Основной путь синтеза дегидрохинната • В 2006 г. открыт другой путь – из ГАФ и L-асп

Шикиматный путь

Главные ступени синтеза аминокислот из шикимата

Гистидин – особый путь

3 версии установления кода: • (так случайно получилось, но • 1) “Застывшая осталось неизменным в силу случайность” – "a fro- стабилизирующего отбора) zen accident" • (кодоны таковы, чтобы при самых частых ошибках • 2) Оптимизация на аминокислота менялась на минимум ошибок похожую по свойствам • 3) Кодоны (или • антикодоны) соответствуют путям синтеза аминокислот (в РНК-мире каждую аминокислоту синтезировал свой особый рибозим, и часть его последовательности стала кодоном м. РНК или антикодоном т. РНК)

Аминокислоты, синтезируемые прямым аминированием кетокислот или переаминированием ГЛУ • • Аланин (ГЦУ, ГЦА, ГЦГ, ГЦЦ) – из ПВК Аспартат (ГАУ, ГАЦ) – из ЩУК Глутамат (ГАА, ГАГ) – из α-кетоглутарата Глицин (ГГХ) – из глиоксалата, сейчас синтез не так! Но еще на Г - валин (ГУХ), разветвленная цепь

• Кетокислота - к 2’-ОН рибозы Г. Г встраивается в рибозим. Г при С 2 - NH 2 -группа на подходящем расстоянии для катализа (через стадию основания Шиффа) восстановительного аминирования аминокислоты (Copleu et al. , 2005).

Многостадийные синтезы требуют фосфорилирования • Аминокислоты семейства ЩУК – асп, тре, илей – кодоны на А, • Из семейства α-кетоглутарата – арг, про, глн – кодоны на С • Из семейства ПВК – цис, сер, лей – кодоны на У. • • Фосфорилирование катализируется NH 2 -группами этих нуклеотидов, причем расстояние от 2’-ОН до NH 2 -групп разных нуклеотидов соответствует трем разным кетокислотам-родоначальницам семейств. Дальше – роль 2 го нуклеотида. Так, для α-кетоглутарата NH 2 -группа А(денин) способствует амидированию СООН-группы радикала α-кетоглутарата и аминированию кетогруппы – получается глутамин. Если 2 -ой Ц или Г – сначала с помощью предполагаемого катализатора – восстановление СООН до С=О H Ц аминирует кетогруппу, продукт циклизуется, двойная связь восстанавливается – получился пролин. Г восстановительно аминирует концевую альдегидную группу – получим орнитин (в древности предположительно мог входить в состав белков)

Древний генетический код…. • 3 -ий нуклеотид не кодирующий, асп и глу не различались, а АГ (есть и у сер, и у арг) – ныне исчезнувшая аминокислота (диаминобутират? ). ЦУ (лей) –видимо, тоже исчезнувшая акта или СТОП. УА, видимо, тоже был СТОП.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Путь синтеза дегидрохинната у ряда архей, не имеющих ДАГФ-синтазы

Н 2 О Метионин АТФ PPi + Pi S-Аденозилметионин

Редко встречающиеся и небелковые аминокислоты D-фенилаланин и орнитин в пептидном антибиотике грамицидине S, выделяемом Bacilus brevis