As aminoacil-tRNA sintetases (abreviatura aaRS) formam uma família de ligases ( EC ), que catalisam a esterificação de aminoácidos proteinogênicos (aa abreviado) na extremidade 3 'do RNA de transferência (abreviatura tRNA). Esta etapa é essencial para a tradução de RNAs mensageiros em proteínas , os aminoácidos assim adicionados ao final dos tRNAs sendo incorporados pelos ribossomos na cadeia polipeptídica que está sendo sintetizada. Eles são proteínas essenciais, preservadas em todos os seres vivos .
Na maioria dos organismos, existe uma aminoacil-tRNA sintetase para cada um dos aminoácidos proteinogênicos, exceto para a selenocisteína , ligada ao seu RNA de transferência por um mecanismo indireto que passa pela serina . Cada uma dessas enzimas reconhece um aminoácido e um ou mais tRNAs isoaceitadores. Sua função é essencial para a fidelidade da tradução do código genético , pois são elas que garantem que o aminoácido assim esterificado no final do tRNA corresponda ao anticódon correto . Nenhuma verificação é então realizada no nível do ribossomo.
As aminoacil-tRNA sintetases catalisam a reação de aminoacilação em duas etapas, elas primeiro ativam o aminoácido formando um aminoacil-adenilato com ATP, com liberação de pirofosfato. O aminoácido assim ativado permanece ligado à enzima e é transferido para a função 2'-OH ou 3'-OH da ribose de adenosina localizada na extremidade 3 'do tRNA:
A maioria das aminoacil-tRNA sintetases pode realizar a primeira dessas duas reações na ausência de tRNA, mas a glutamil-tRNA sintetase , glutaminil-tRNA sintetase , arginil-tRNA sintetase e lisil-tRNA sintetase I são incapazes de fazê-lo se o tRNA for ausente. A ativação desses aminoácidos ( glutamato , glutamina , lisina , arginina ) é considerada tRNA-dependente.
Em termos de nomenclatura enzimática , as aminoacil-tRNA sintetases são ligases e são classificadas como EC . Eles estão disponíveis de acordo com a natureza do aminoácido para o qual são específicos: alanil-tRNA sintetase para alanina , metionil-tRNA sintetase para metionina , etc.
Na bactéria Escherichia coli e na levedura Saccharomyces cerevisiae (um eucariota ), existem de fato 20 aminoacil-tRNA sintetases, uma para cada aminoácido padrão.
Embora esses organismos modelo possuam todas as aminoacil-tRNA sintetases, nem todos os organismos as possuem. Na verdade, não é incomum que a glutaminil-tRNA sintetase (GlnRS) esteja ausente, especialmente em 90% das bactérias e em todas as arquéias . Também foi demonstrado que as mitocôndrias também são desprovidas dessa enzima. Em bactérias e arquéias, a asparaginil-tRNA sintetase também pode estar ausente. Em todos os casos (e uma vez que a síntese dos dois aminoacil-tRNAs, Asn-tRNA (Asn) e Gln-tRNA (Gln), é essencial ), os organismos usam uma via alternativa, que envolve duas etapas enzimáticas sucessivas.
Existem duas classes de aminoacil-tRNA sintetases (aaRS), chamadas de classe I e classe II , com propriedades estruturais e funcionais muito distintas. As aminoacil-tRNA sintetases classe I esterificam o aminoácido no 2'-OH do tRNA da adenosina terminal e se ligam a este pelo sulco menor do braço aceitador. Sua estrutura é organizada em torno de um domínio que consiste em uma folha beta paralela, rodeada por hélices alfa denominadas dobra de Rossmann e comum a muitas enzimas que usam um cofator de nucleotídeo ( ATP , NAD + ). As aminoacil-tRNA sintetases classe II esterificam o aminoácido em 3'-OH da adenosina terminal do tRNA e se ligam ao sulco principal do braço aceitador. Eles têm uma estrutura construída em torno de uma folha beta antiparalela.
Com exceção da lisil-tRNA sintetase , para a qual existem formas de classe I ou classe II , dependendo da espécie , para todos os outros aminoácidos, apenas uma forma de enzima é sistematicamente encontrada, a saber, classe I ou classe II . Essas duas classes de enzimas estruturalmente distintas parecem ser o resultado de um processo evolutivo convergente .
Entre as enzimas da classe I , encontramos a sintetase leucil-tRNA (seus), a sintetase isoleucil tRNA (IleRS), a sintetase valil-tRNA (ValRS), a sintetase cisteinil tRNA (CysRS), a metionil-tRNA sintetase (MetRS), arginil-tRNA sintetase (ArgRS), glutamil-tRNA sintetase (GluRS), glutaminil-tRNA sintetase (GlnRS), lisil-tRNA sintetase tipo I (LysRSI), tirosil-tRNA sintetase (TyrRS) e triptofanil-tRNA sintetase (TrpRS).
As enzimas de classe II incluem seril-tRNA sintetase (SerRS), treonil-tRNA sintetase (ThrRS), histidil-tRNA sintetase (HisRS), prolil-tRNA sintetase (ProRS), glicil-tRNA sintetase (GlyRS), alanil-tRNA sintetase (Alars ) sintetase aspartil-tRNA (AspRS) sintetase asparaginil-tRNA (AsnRS), lisil-tRNA sintetase tipo II (LysRSII) fenilalanil-tRNA sintetase (PheRS) sintetase pirrolisil-tRNA (PylRS) e O - Sepphoseryl-tRNA sintetase (LysRSII).
Ambas as classes de aminoacil-tRNA sintetases são proteínas de múltiplos domínios. Eles geralmente consistem em um domínio catalítico e um domínio de ligação de anticódon . Alguns deles também têm outro domínio de ligação de RNA que desempenha uma função de revisão clivando a ligação com aminoácidos que não correspondem ao RNA de transferência .
O domínio catalítico de todas as aminoacil-tRNA sintetases são homólogos entre si, enquanto as enzimas de classe I e classe II não estão relacionadas. Aqueles da classe I têm a dobra de Rossmann , bem como uma arquitetura com fitas β paralelas, enquanto os da classe II têm um dobramento particular com fitas β antiparalelas .
O domínio helicoidal α que se liga ao anticódon das sintetases de arginil- , glicil- e cisteinil-tRNA é chamado de domínio DALR por causa dos aminoácidos conservados ( Asp , Ala , Leu e Arg ) que são característicos dele.
Domínio de ligação de anticódon Leucil-tRNA sintetase de Thermus thermophilus (en) HB27 ( PDB 1OBC )Pfam | PF08264 |
---|---|
InterPro | IPR013155 |
SCOP | 1ivs |
SUPERFAMÍLIA | 1ivs |
Pfam | PF05746 |
---|---|
Clan Pfam | CL0258 |
InterPro | IPR008909 |
SCOP | 1bs2 |
SUPERFAMÍLIA | 1bs2 |
Pfam | PF09190 |
---|---|
Clan Pfam | CL0258 |
InterPro | IPR015273 |
Certas aminoacil-tRNA sintetases têm que distinguir entre aminoácidos estruturalmente muito semelhantes, como a isoleucil-tRNA sintetase, que deve distinguir isoleucina de valina , que diferem apenas por um grupo metil - CH 3. A diferença de afinidade entre o substrato natural, isoleucina, e um substrato incorreto, neste caso a valina, é insuficiente para evitar que a valina às vezes seja esterificada no tRNA Ile por esta enzima. Se esse evento ocorresse com muita frequência, levaria à frequente incorporação de valina em vez de isoleucina no ribossomo e, portanto, à síntese de proteínas anormais.
Essas aminocil-tRNA sintetases possuem, portanto, geralmente um mecanismo de revisão (em inglês: revisão ), que permite que a enzima seja verificada, após a reação, se o aminoácido esterificado ao final do tRNA é o aminoácido correto. Há um segundo local de controle de aminoácido esterificado de tRNA na enzima. Se um erro tiver sido cometido, a ligação éster formada é hidrolisada , permitindo que uma correção seja feita. Essa correção de um aminoacil-tRNA incorreto corresponde a um chamado mecanismo de pós-transferência , simplesmente porque o aminoácido incorreto foi transferido para o tRNA. Existe também um outro tipo de correção, denominado "pré-transferência", que ocorre quando o aminoácido incorreto é ativado para aminoacil-adenilato. Este último é então hidrolisado antes de sua transferência para o tRNA.
São mecanismos enzimáticos que permitem aumentar a fidelidade da tradução da mensagem genética.