بيروليزين

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
بيروليزين
الأسماء
اسم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
بيروليزين [1]
الاسم المنهجي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
N 6 - {[(2 R ،3 R )-3-ميثيل-3،4-ديهيدرو-2 H - بيرول-2-يل] كاربونيل}- L - ليسين
أسماء أخرى
(2 S )-2-أمينو-6-{[(2 R ،3 R )-3-ميثيل-3،4-ديهيدرو-2 H - بيرول-2-كربونيل]- أمينو}-حمض الهكسانويك
N 6 -(4-ميثيل-1،2-ديديهيدروبيروليدين-5-كربوكسيل)- L- ليسين
مونوميثيل أمين ميثيل ترانسفيراز عامل مساعد ناتج إضافة ليسين
المعرفات
  • 448235-52-7 يفحصي
نموذج ثلاثي الأبعاد ( JSmol )
  • صورة تفاعلية
  • Zwitterion : صورة تفاعلية
تشيبي
  • تشيبي:21860 ☒ن
كيم سبايدر
  • 4574156 يفحصي
كيج
  • ج16138 يفحصي
معرف PubChem
  • 5460671
جامعة يوني
  • ه3214Y96LP يفحصي
  • رقم DTXSID70420110
  • InChI=1S/C12H21N3O3/c1-8-5-7-14-10(8)11(16)15-6-3-2-4-9(13)12(17)18/h7-10H,2- 6,13H2,1H3,(H,15,16)(H,17,18)/t8-,9+,10-/m1/s1 يفحصي
    المفتاح: ZFOMKMMPBOQKMC-KXUCPTDWSA-N يفحصي
  • InChI=1/C12H21N3O3/c1-8-5-7-14-10(8)11(16)15-6-3-2-4-9(13)12(17)18/h7-10H,2- 6,13H2,1H3,(H,15,16)(H,17,18)/t8-,9+,10-/m1/s1
    المفتاح: ZFOMKMMPBOQKMC-KXUCPTDWBO
  • C[C@@H]1CC=N[C@H]1C(=O)NCCCC[C@@H](C(=O)O)N
  • زويتريوم : O=C(NCCC[C@@H](C(=O)[O-])[NH3+])[C@@H]1/N=C\C[C@H]1C
ملكيات
ج 12 ح 21 ن 3 أ 3
الكتلة المولية 255.313 جرام/مول
باستثناء ما هو مذكور خلافًا لذلك، يتم تقديم البيانات للمواد في حالتها القياسية (عند 25 درجة مئوية [77 درجة فهرنهايت]، 100 كيلو باسكال).
☒ن التحقق  ( ما هو   ؟) يفحصي☒ن
مراجع صندوق المعلومات

البيروليزين (الرمز Pyl أو O ؛ [2] المشفر بواسطة كود التوقف "العنبري" UAG ) هو حمض أميني ألفا يستخدم في التخليق الحيوي للبروتينات في بعض البكتيريا والعتائق المولدة للميثان ؛ [3] [4] وهو غير موجود في البشر. يحتوي على مجموعة أمينية ألفا (توجد في بروتونات - NH+
3يتكون من مجموعة حمض كربوكسيلي (توجد في شكل منزوع البروتون -COO − في ظل الظروف البيولوجية ). تشبه سلسلة البيرولين الجانبية تلك الموجودة في الليسين في كونها قاعدية ومشحونة إيجابيا عند درجة حموضة محايدة. [ بحاجة لمصدر ]

علم الوراثة

تُترجم جميع الجينات تقريبًا باستخدام 20 كتلة بناء من الأحماض الأمينية القياسية فقط . هناك حمضان أمينيان غير عاديين يتم ترميزهما وراثيًا وهما السيلينوسيستين والبيرولايسين. تم اكتشاف البيرولايسين في عام 2002 في الموقع النشط لإنزيم ميثيل ترانسفيراز من الأركيون المنتج للميثان، ميثانوسارسينا باركيري . [5] [6] يتم ترميز هذا الحمض الأميني بواسطة UAG (عادةً كودون توقف)، ويتم توسط تخليقها ودمجها في البروتين من خلال الآلية البيولوجية المشفرة بواسطة مجموعة جينات pylTSBCD . [4]

تعبير

كما تم تحديده بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية [6] ومطياف الكتلة MALDI ، فإن البيرولايسين يتكون من 4-ميثيل بيرولين -5- كربوكسيلات في ارتباط أميد مع ε N من اللايسين . [7]

توليف

يتم تصنيع البيروليزين في الجسم الحي عن طريق ربط جزيئين من L -lysine. يتم تحويل جزيء واحد من الليسين أولاً إلى (3 R )-3-methyl- D -ornithine ، والذي يتم بعد ذلك ربطه بالليسين الثاني. يتم التخلص من مجموعة NH 2 ، تليها خطوة التحليق والتجفيف للحصول على L -pyrrolysine. [8]

الوظيفة التحفيزية

يتم دمج حلقة البيرولين الإضافية في الموقع النشط للعديد من ميثيل ترانسفيراز ، حيث يُعتقد أنها تدور بحرية نسبية. يُعتقد أن الحلقة تشارك في وضع وعرض مجموعة الميثيل في ميثيل أمين للهجوم بواسطة عامل مساعد كورينويد . النموذج المقترح هو أن بقايا حمض الكربوكسيل القريبة، الغلوتامات ، تصبح بروتونية ، ويمكن بعد ذلك نقل البروتون إلى نيتروجين حلقة الإيمين ، مما يعرض كربون الحلقة المجاورة للإضافة النووية بواسطة ميثيل أمين. قد يتفاعل النيتروجين المشحون إيجابياً الناتج عن هذا التفاعل بعد ذلك مع الغلوتامات منزوعة البروتون، مما يتسبب في تحول في اتجاه الحلقة وتعريض مجموعة الميثيل المشتقة من ميثيل أمين لشق الارتباط حيث يمكنها التفاعل مع كورينويد. بهذه الطريقة، يتم الحصول على CH3 الصافي+
3يتم نقله إلى ذرة الكوبالت للعامل المساعد مع تغيير حالة الأكسدة من I إلى III. ثم يتم إطلاق الأمونيا المشتقة من الميثيلامين ، مما يؤدي إلى استعادة الإيمين الأصلي. [6]

الترميز الجيني

على عكس التعديلات ما بعد الترجمة لليسين مثل هيدروكسي ليسين وميثيل ليسين وهيبوسين ، يتم دمج البيرولايسين أثناء الترجمة ( تخليق البروتين ) وفقًا لتوجيهات الشفرة الوراثية ، تمامًا مثل الأحماض الأمينية القياسية . يتم ترميزه في mRNA بواسطة كودون UAG ، والذي يكون في معظم الكائنات الحية كودون التوقف "الكهرماني" . يتطلب هذا فقط وجود جين pylT ، الذي يشفر RNA ناقل غير عادي (tRNA) مع مضاد كودون CUA، وجين pylS ، الذي يشفر إنزيم aminoacyl-tRNA synthetase من الدرجة الثانية الذي يشحن tRNA المشتق من pylT بالبيرولايسين.

هذا الزوج الجديد من tRNA-aaRS ("الزوج المتعامد") مستقل عن غيره من الإنزيمات التركيبية وtRNA في Escherichia coli ، كما أنه يتمتع ببعض المرونة في نطاق الأحماض الأمينية المعالجة، مما يجعله أداة جذابة للسماح بوضع نطاق واسع محتمل من المجموعات الكيميائية الوظيفية في مواقع محددة بشكل تعسفي في البروتينات المعدلة. [9] [10] على سبيل المثال، قدم النظام أحد الفلوروفورين المدمجين في موقع محدد داخل الكالموديولين للسماح بالفحص في الوقت الحقيقي للتغيرات داخل البروتين عن طريق مطيافية FRET ، [11] وإدخال مشتق ليسين محصور في مكان محدد . [12] (انظر الكود الجيني الموسع )

تم اقتراح في الأصل أن تسلسلًا محددًا في اتجاه مجرى النهر "PYLIS" ، والذي يشكل حلقة جذعية في mRNA ، يجبر على دمج البيروليزين بدلاً من إنهاء الترجمة في العتائق المولدة للميثان. سيكون هذا مشابهًا لعنصر SECIS لدمج السيلينوسيستين. [13] ومع ذلك، فقد نموذج PYLIS شعبيته نظرًا لعدم وجود تشابه بنيوي بين عناصر PYLIS وعدم وجود توقفات UAG في تلك الأنواع. [14]

تطور

جينات pylT (tRNA) و pylS (aa- tRNA synthase) هي جزء من أوبيرون Methanosarcina barkeri ، مع نظائر في أعضاء متسلسلة أخرى من عائلة Methanosarcinaceae : M. acetivorans و M. mazei و M. thermophila . ومن المعروف أن البروتينات المحتوية على البيرولايسين تشمل ميثيل ترانسفيراز أحادي ميثيل أمين ( mtmB) وديميثيل أمين ميثيل ترانسفيراز (mtbB) وثلاثي ميثيل أمين ميثيل ترانسفيراز (mttB). كما تم العثور على نظائر pylS وpylT في كائنات قديمة من القارة القطبية الجنوبية ، Methanosarcina barkeri وبكتيريا إيجابية الجرام ، Desulfitobacterium hafniense . [13] [15] تتوسط الجينات الأخرى للأوبرون بيل عملية تخليق البايروليزين، مما يؤدي إلى وصف الأوبرون بأنه "شريط توسيع الشفرة الوراثية الطبيعية". [16]

تم اقتراح عدد من السيناريوهات التطورية لنظام البيرولايسين. الرأي الحالي (2022)، بالنظر إلى التسلسلات المتاحة لجينات سينثاز tRNA وPyl-tRNA (PylRS)، هو أن: [17]

  • انحرف tRNA(Pyl) عن tRNA(Phe) في وقت ما بين تباعد المجالات الثلاثة (~ LUCA ) وتباعد الشُعب العتيقة، لكنه فقد في الأنساب غير العتيقة؛ [17]
  • نشأت PylRS داخل سلف مشترك لجميع العتائق . ومن المعروف عدد من المنظمات المجالية لـ PylRS: تتكون pylS نفسها من مجال ربط tRNA الطرفي الأميني ومجال سينثاز الطرفي الكربوكسيلي، ولكن المنظمات الأخرى تتكون من مجالين في بروتينات منفصلة أو بروتين يتكون من مجال طرفي كربوكسيلي وحيد. من المحتمل أن يكون CTD قد نشأ من PheRS. NTD هو ابتكار عتيق ليس له قريب معروف. من المحتمل أن PylRS الأسلاف تبنى تكوين "البروتينين المنفصلين". [17]
  • تم نقل "شريط توسيع الشفرة الجينية" لاحقًا إلى أنواع مختلفة من البكتيريا . يحتوي PylRS الخاص بهذا الشريط على تكوين مجال منقسم. [17]

كانت السيناريوهات التطورية السابقة محدودة بالمدى التصنيفي للمركبات التركيبية المعروفة:

  • في عام 2007، عندما ظهر أن استخدام الأحماض الأمينية يقتصر على عائلة Methanosarcinaceae ، وُصف النظام بأنه "اختراع متأخر في العصور القديمة" حيث تمت إضافة حمض أميني رقم 21 إلى الشفرة الوراثية. [18] ومن المعروف الآن أن مجموعة واسعة من بدائيات النوى لديها هذين الجينين. [17]
  • في عام 2009، اقترحت مقارنة البنية أن PylRS ربما نشأ في LUCA ، لكنه استمر فقط في الكائنات الحية التي تستخدم الميثيلامينات كمصدر للطاقة. [19] ومن المعروف الآن أن بعض الكائنات غير الميثانوجينية لديها أيضًا هذين الجينين، لكن التأريخ لم يكن بعيدًا جدًا. [17]
  • في عام 2009، اقترح أن النظام ربما انتقل إلى البكتيريا عن طريق النقل الجيني الأفقي . [20] ربما يكون هذا صحيحًا بناءً على دراسة عام 2022، على الرغم من أن الورقة افترضت في الأصل وجود صلة بتكوين الميثان. [17]

إمكانية وجود ترجمة بديلة

يمكن شحن tRNA(CUA) باللايسين في المختبر من خلال العمل المتضافر لـ lysyl-tRNA synthetases من الفئة الأولى والثانية في M. barkeri ، والتي لا تتعرف على البيرولايسين. تم افتراض شحن tRNA(CUA) باللايسين في الأصل ليكون الخطوة الأولى في ترجمة كودونات العنبر UAG إلى بيرولايسين، وهي آلية مماثلة لتلك المستخدمة للسيلينوسيستين . تؤيد البيانات الأحدث الشحن المباشر للبيرولايسين على tRNA(CUA) بواسطة المنتج البروتيني لجين pylS ، مما يؤدي إلى اقتراح أن مجمع LysRS1:LysRS2 قد يشارك في مسار موازٍ مصمم لضمان إمكانية ترجمة البروتينات التي تحتوي على كودون UAG بالكامل باستخدام الليسين كحمض أميني بديل في حالة نقص البيرولايسين. [21] وجدت دراسة أخرى أن الجينات التي تشفر LysRS1 وLysRS2 ليست مطلوبة للنمو الطبيعي على الميثانول والميثيلامينات بمستويات ميثيل ترانسفيراز طبيعية، ولا يمكنها استبدال pylS في نظام معاد التركيب لقمع كودون توقف العنبر UAG. [22]

مراجع

  1. ^ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2014). تسمية الكيمياء العضوية: توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والأسماء المفضلة 2013. الجمعية الملكية للكيمياء . ص. 1392. doi :10.1039/9781849733069. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ "التسمية والرمزية للأحماض الأمينية والببتيدات". اللجنة المشتركة للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتسمية الكيميائية الحيوية. 1983. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2008. تم الاسترجاع في 5 مارس 2018 .
  3. ^ ريتشارد كاماك، محرر. (2009). "نشرة إخبارية 2009". لجنة التسمية الكيميائية الحيوية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية واللجنة الوطنية لتسمية البيوكيميائيات. بيروليزين. مؤرشف من الأصل في 2017-09-12 . تم الاسترجاع في 2012-04-16 .
  4. ^ ab Rother, Michael; Krzycki, Joseph A. (2010-01-01). "Selenocysteine, Pyrrolysine, and the Unique Energy Metabolism of Methanogenic Archaea". Archaea . 2010 : 1–14. doi : 10.1155/2010/453642 . ISSN  1472-3646. PMC 2933860. PMID 20847933  . 
  5. ^ Srinivasan, G; James, CM; Krzycki, JA (2002-05-24). "Pyrrolysine encoded by UAG in Archaea: charging of a UAG-decoding specialist tRNA". Science . 296 (5572): 1459–1462. Bibcode :2002Sci...296.1459S. doi :10.1126/science.1069588. PMID  12029131. S2CID  28593085.
  6. ^ abc Hao, Bing; Gong; Ferguson; James; Krzycki; Chan (2002-05-24). "بقايا جديدة مشفرة بـ UAG في بنية ميثيل ترانسفيراز الميثانوجين". Science . 296 (5572): 1462–1466. Bibcode :2002Sci...296.1462H. doi :10.1126/science.1069556. PMID  12029132. S2CID  35519996.
  7. ^ Soares, JA; Zhang, L; Pitsch, RL; Kleinholz, NM; Jones, RB; Wolff, JJ; Amster, J; Green-Church, KB; Krzycki, JA (2005-11-04). "كتلة بقايا L-pyrrolysine في ثلاث ميثيل أمين ميثيل ترانسفيرازات مميزة". مجلة الكيمياء الحيوية . 280 (44): 36962–36969. doi : 10.1074/jbc.M506402200 . PMID  16096277.
  8. ^ Gaston, Marsha A.; Zhang; Green-Church; Krzycki (31 مارس 2011). "التخليق الحيوي الكامل للحمض الأميني المشفر وراثيًا بيروليزين من الليسين". Nature . 471 (7340): 647–50. Bibcode :2011Natur.471..647G. doi :10.1038/nature09918. PMC 3070376. PMID  21455182 . 
  9. ^ هاو، ب؛ تشاو، ج؛ كانج، ب ت؛ سواريس، ج أ؛ فيرجسون، ت ك؛ جالوتشي، ج؛ كرزيكي، ج أ؛ تشان، م ك (سبتمبر 2004). "التفاعلية والتخليق الكيميائي لـ L-pyrrolysine - الحمض الأميني المشفر وراثيًا رقم 22". الكيمياء والأحياء . 11 (9): 1317-24. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.07.011 . PMID  15380192.
  10. ^ Li, WT; Mahapatra, A; Longstaff, DG; Bechtel, J; Zhao, G; Kang, PT; Chan, MK; Krzycki, JA (يناير 2009). "خصوصية إنزيم بيروليزيل-tRNA synthetase للبيروليزين ونظائر البيروليزين". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 385 (4): 1156–64. doi :10.1016/j.jmb.2008.11.032. PMID  19063902.
  11. ^ Fekner, T; Li, X; Lee, MM; Chan, MK (2009). "مُشابه للبيروليزين في كيمياء النقر البروتيني". Angewandte Chemie International Edition باللغة الإنجليزية . 48 (9): 1633–5. doi :10.1002/anie.200805420. PMID  19156778.
  12. ^ Chen, PR; Groff, D; Guo, J; Ou, W; Cellitti, S; Geierstanger, BH; Schultz, PG (2009). "نظام سهل لتشفير الأحماض الأمينية غير الطبيعية في الخلايا الثديية". Angewandte Chemie International Edition باللغة الإنجليزية . 48 (22): 4052–5. doi :10.1002/anie.200900683. PMC 2873846. PMID  19378306 . 
  13. ^ تمت مراجعته في Zhang, Y; Baranov, PV; Atkins, JF; Gladyshev, VN (27 مايو 2005). "يستخدم البيروليزين والسيلينوسيستين استراتيجيات فك تشفير مختلفة". مجلة الكيمياء الحيوية . 280 (21): 20740–20751. doi : 10.1074/jbc.M501458200 . PMID  15788401.
  14. ^ نامي، أوليفييه؛ تشو، يو؛ جوندلابالي، ساراث؛ بوليكاربو، كارلا ر؛ دينيس، ألان؛ روسيت، جان بيير؛ سول، ديتر؛ أمبروجيلي، ألكسندر (نوفمبر 2007). "إضافة البيرولايسين إلى الشفرة الوراثية للإشريكية القولونية". رسائل FEBS . 581 (27): 5282-5288. doi : 10.1016/j.febslet.2007.10.022 . PMID  17967457.
  15. ^ Zhang, Y; Gladyshev, VN (2007). "محتوى مرتفع من البروتينات التي تحتوي على الأحماض الأمينية الحادية والعشرين والثانية والعشرين، السيلينوسيستين والبيروليسين، في بكتيريا دلتا بروتيوبكتيريوم التكافلية للدودة عديمة الأمعاء Olavius ​​algarvensis". أبحاث الأحماض النووية . 35 (15): 4952-4963. doi :10.1093/nar/gkm514. PMC 1976440. PMID  17626042 . 
  16. ^ Longstaff, DG; Larue, RC; Faust, JE; Mahapatra, A; Zhang, L; Green-Church, KB; Krzycki, JA (2007-01-16). "تتيح كاسيت توسيع الشفرة الوراثية الطبيعية التخليق الحيوي القابل للانتقال والتشفير الجيني للبيروليزين". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 104 (3): 1021–6. Bibcode :2007PNAS..104.1021L. doi : 10.1073/pnas.0610294104 . PMC 1783357. PMID  17204561 . 
  17. ^ abcdefg Guo, LT; Amikura, K; Jiang, HK; Mukai, T; Fu, X; Wang, YS; O'Donoghue, P; Söll, D; Tharp, JM (نوفمبر 2022). "Ancestral archaea expanded the genetic code with pyrrolysine". مجلة الكيمياء الحيوية . 298 (11): 102521. doi : 10.1016/j.jbc.2022.102521 . PMC 9630628. PMID  36152750 . 
  18. ^ Ambrogelly, A; Gundllapalli, S; Herring, S; Polycarpo, C; Frauer, C; Söll, D (2007-02-27). "لا يتم توصيل البيروليزين بشكل ثابت للإدراج المشترك في كودونات UAG". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 104 (9): 3141–3146. Bibcode :2007PNAS..104.3141A. doi : 10.1073/pnas.0611634104 . PMC 1805618. PMID  17360621 . 
  19. ^ Nozawa, K; O'Donoghue, P; Gundllapalli, S; Araiso, Y; Ishitani, R; Umehara, T; Söll, D; Nureki, O (2009-02-26). "Pyrrolysyl-tRNA synthetase:tRNAPyl structure reveals the molecular basis of orthogonality". Nature . 457 (7233): 1163–1167. Bibcode :2009Natur.457.1163N. doi :10.1038/nature07611. PMC 2648862. PMID  19118381 . 
  20. ^ فورنييه، جي (2009). "النقل الجيني الأفقي وتطور المسارات الميثانوجينية". النقل الجيني الأفقي . طرق في علم الأحياء الجزيئي. المجلد 532. ص 163-179. doi :10.1007/978-1-60327-853-9_9. ISBN 978-1-60327-852-2. PMID  19271184.
  21. ^ بوليكاربو، سي؛ أمبروجيلي، أيه؛ بيروبيه، أيه؛ وينبوش، إس إم؛ ماكلوسكي، جيه إيه؛ كرين، بي إف؛ وود، جيه إل؛ سول، دي (2004-08-24). "إنزيم أمينو أسيل-تي آر إن إيه سينثيتاز الذي ينشط البيروليزين على وجه التحديد". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 101 (34): 12450-12454. رمز Bibcode :2004PNAS..10112450P. doi : 10.1073 /pnas.0405362101 . PMC 515082. PMID  15314242. 
  22. ^ Mahapatra, A; Srinivasan, G; Richter, KB; Meyer, A; Lienard, T; Zhang, JK; Zhao, G; Kang, PT; Chan, M; Gottschalk, G; Metcalf, WW; Krzycki, JA (يونيو 2007). "طفرات إنزيم الليزيل-tRNA synthetase من الصنف الأول والثاني والترميز الجيني للبيروليزين في Methanosarcina spp". علم الأحياء الدقيقة الجزيئي . 64 (5): 1306–18. doi :10.1111/j.1365-2958.2007.05740.x. PMID  17542922. S2CID  26445329.

قراءة إضافية

  • أتكينز، جيه إف؛ جيستيلاند، آر (2002). "الحمض الأميني الثاني والعشرون". ساينس . 296 (5572): 1409-1410. doi :10.1126/science.1073339. PMID  12029118. S2CID  82054110.
  • Krzycki, JA (2005). "التشفير الجيني المباشر للبيروليزين". الرأي الحالي في علم الأحياء الدقيقة . 8 (6): 706-712. doi :10.1016/j.mib.2005.10.009. PMID  16256420.
  • يارنيل، أماندا (27 مايو 2002). "الحمض الأميني رقم 22 المحدد". أخبار الكيمياء والهندسة . 80 (21): 13. doi :10.1021/cen-v080n021.p013. ISSN  0009-2347.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=بيروليزين&oldid=1227425586"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate