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Aminoacil-tRNA sintetase

Uma aminoacil-tRNA sintetase (aaRS ou ARS), também chamada tRNA-ligase, é uma enzima que catalisa a esterificação de um específico aminoácido (ou de um seu precursor) em um dos possíveis tRNA correspondentes, com vista a formar um aminoacil-tRNA, ou seja, liga o aminoácido apropriado ao seu tRNA.

Domínio de ligação ao anticódon do tRNA
Aminoacil-tRNA sintetase
leucil-tRNA sintetase de Thermus thermophilus complexado com um análogo de substrato de edição pós-transferência
Indicadores
Símbolo Anticódon 2
Pfam PF08264
InterPro IPR013155
SCOP 1ivs
Domínio de ligação ao anticódon DALR 1
Aminoacil-tRNA sintetase
Thermus thermophilus arginil-tRNA sintetase
Indicadores
Símbolo DALR_1
Pfam PF05746
InterPro IPR008909
SCOP 1bs2
Domínio de ligação ao anticódon DALR 2
Aminoacil-tRNA sintetase
estrutura cristalina do complexo binário cisteinil-tRNA sintetase com tRNACys
Indicadores
Símbolo DALR_2
Pfam PF09190
InterPro IPR015273

Ela faz isso catalisando a transesterificação de um aminoácido cognato específico ou seu precursor para um de todos os seus tRNAs cognatos compatíveis para formar um aminoacil-tRNA. Em humanos, os 20 tipos diferentes de aa-tRNA são produzidos pelas 20 diferentes aminoacil-tRNA sintetases, uma para cada aminoácido do código genético.

A sintetase liga inicialmente uma molécula de ATP e o correspondente aminoácido (ou seu precursor), para formar un aminoacil-adenilato, com libertação de uma molécula de pirofosfato. O complexo adenilato-aaRS liga-se então à molécula de tRNA apropriada, e o aminoácido é transferido do aa-AMP para o 2'- oo 3'-OH da última base de tRNA (A76) no extremo 3' da molécula. Algumas sintetases também mediam a reacção de proofreading, para assegurar uma alta fidelidade no carregamento das moléculas de tRNA; se o tRNA for incorrectamente carregado, a ligação aminoacil-tRNA é hidrolizada.

aminoácido + ATP → aminoacil-tRNA + AMP
(aminoácido + ATP → aminoacil-AMP + PPi e aminoacil-AMP + tRNA → aminoacil-tRNA + AMP)

Isso às vezes é chamado de "carregar" ou "carregar" o tRNA com um aminoácido. Uma vez que o tRNA é carregado, um ribossomo pode transferir o aminoácido do tRNA para um peptídeo em crescimento, de acordo com o código genético. Aminoacil tRNA, portanto, desempenha um papel importante no tradução de RNA, a expressão de genes para criar proteínas.

Mecanismo editar

A sintetase primeiro liga ATP e o aminoácido correspondente (ou seu precursor) para formar um aminoacil-adenilato, liberando pirofosfato inorgânico (PPi ). O complexo adenilato-aaRS liga-se então ao braço D da molécula de tRNA apropriado e o aminoácido é transferido do aa-AMP para o OH 2'- ou 3' do último nucleotídeo de tRNA (A76) na extremidade final 3'.

O mecanismo pode ser resumido na seguinte série de reações:

  1. Aminoácido + ATP → Aminoacil-AMP + PPi
  2. Aminoacil-AMP + tRNA → Aminoacil-tRNA + AMP

Resumindo as reações, a reação geral altamente exergônica é a seguinte:

  • Aminoácido + tRNA + ATP → Aminoacil-tRNA + AMP + PPi

Algumas sintetases também medeiam uma reação de edição para garantir a alta fidelidade do carregamento do tRNA. Se o tRNA incorreto for adicionado (aka. o tRNA é considerado cobrado indevidamente), a ligação aminoacil-tRNA é hidrolisada. Isso pode acontecer quando dois aminoácidos têm propriedades diferentes, mesmo que tenham formas semelhantes—como é o caso com valina e treonina.

A precisão de aminoacil-tRNA sintetase é tão alto que muitas vezes é emparelhado com a palavra "superespecificidade" quando comparada com outras enzimas que estão envolvidas no metabolismo. Embora nem todas as sintetases possuam um domínio com a finalidade única de edição, elas o compensam por possuírem ligação e ativação específicas de seus aminoácidos afiliados. Outra contribuição para a precisão dessas sintetases é a razão entre as concentrações de aminoacil-tRNA sintetase e seu tRNA cognato. Como o tRNA sintetase acila indevidamente o tRNA quando a sintetase é produzida em excesso, deve existir um limite nos níveis de aaRSs e tRNAs in vivo.[1][2]

Classes editar

Existem duas classes de aminoacil-tRNA sintetases, cada uma composta por dez enzimas:[3][4]

  • A Classe II apresenta três motivos de sequências altamente conservados. Ela aminoacila o 3'-OH de uma adenosina terminal no tRNA, e é geralmente dimérica ou tetramérica (duas ou quatro subunidades, respectivamente).

A única excepção é a fenilalanil-tRNA sintetase (PheRS), enzima de classe II que liga a fenilalanina ao 2'-OH do tRNAPhe.

Os aminoácidos estão ligados ao grupo hidroxila (-OH) da adenosina através do grupo carboxila (-COOH).

Independentemente de onde o aminoacil está inicialmente ligado ao nucleotídeo, o 2'-O-aminoacil-tRNA acabará por migrar para a posição 3' via transesterificação.

 
Uma estrutura geral de uma aminoacil-tRNA sintetase é mostrada aqui com um local de edição, bem como um local de ativação. A principal diferença entre sintetases classe I e classe II é o local de ativação. Aqui você pode ver a estrutura geral da dobra de Rossmann observada nos aaRSs de classe I e a estrutura geral das folhas beta antiparalelas observadas nos aaRSs de classe II.
 
Alinhamento dos domínios centrais das aminoacil-tRNA sintetases classe I e classe II. Resíduos do sítio de ligação essencial (suportes de espinha dorsal e pinças de arginina) são coloridos. Resíduos N-terminais são destacados em azul, C-terminal em vermelho.

Estruturas editar

Ambas as classes de aminoacil-tRNA sintetases são proteínas multidomínio. Em um cenário típico, um aaRS consiste em um domínio catalítico (onde ocorrem ambas as reações acima) e um domínio de ligação do anticódon (que interage principalmente com a região do anticódon do tRNA). Os RNAs de transferência para diferentes aminoácidos diferem não apenas em seu anticódon, mas também em outros pontos, dando a eles configurações globais ligeiramente diferentes. As aminoacil-tRNA sintetases reconhecem os tRNAs corretos principalmente por meio de sua configuração geral, não apenas por meio de seu anticódon.[5] Além disso, alguns aaRSs possuem domínios de ligação de RNA adicionais e domínios de edição que clivam moléculas de aminoacil-tRNA pareadas incorretamente.[6]

Referências

  1. ↑ McClain, WH (novembro de 1993). «Rules that govern tRNA identity in protein synthesis». Journal of Molecular Biology. 234 (2): 257–80. PMID 8230212. doi:10.1006/jmbi.1993.1582 
  2. ↑ Swanson, R; Hoben, P; Sumner-Smith, M; Uemura, H; Watson, L; Söll, D (dezembro de 1988). «Accuracy of in vivo aminoacylation requires proper balance of tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase». Science. 242 (4885): 1548–51. Bibcode:1988Sci...242.1548S. PMID 3144042. doi:10.1126/science.3144042 
  3. ↑ «tRNA Synthetases». Consultado em 18 de agosto de 2007. Arquivado do original em 4 de agosto de 2012 
  4. ↑ Delarue, M (1995). «Aminoacyl-tRNA synthetases». Structural Biology. 5 (1): 48–55. PMID 7773747. doi:10.1016/0959-440x(95)80008-o 
  5. ↑ Schimmel, P; Giegé, R; Moras, D; Yokoyama, S (Outubro 1993). «An operational RNA code for amino acids and possible relationship to genetic code». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (19): 8763–8. Bibcode:1993PNAS...90.8763S. PMC 47440 . PMID 7692438. doi:10.1073/pnas.90.19.8763  
  6. ↑ «Molecule of the Month: Aminoacyl-tRNA Synthetases High Fidelity». Consultado em 4 de agosto de 2013. Arquivado do original em 20 de outubro de 2013 
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