El aminoacil-tRNA (también aa-tRNA o tRNA cargado ) es tRNA al cual su aminoácido afín está químicamente unido (cargado). El aa-tRNA, junto con factores de alargamiento particulares , entregan el aminoácido al ribosoma para su incorporación en la cadena polipeptídica que se está produciendo durante la traducción.
Por sí solo, un aminoácido no es el sustrato necesario para permitir la formación de enlaces peptídicos dentro de una cadena polipeptídica en crecimiento. En su lugar, los aminoácidos deben estar "cargados" o aminoacilados con un tRNA para formar sus respectivos aa-tRNA. [1] Cada aminoácido tiene su propia aminoacil-tRNA sintetasa específica , que se utiliza para unirse químicamente al tRNA al que es específico, o en otras palabras, "afín". El emparejamiento de un tRNA con su aminoácido afín es crucial, ya que asegura que solo el aminoácido particular que coincide con el anticodón del tRNA y, a su vez, coincide con el codón del mRNA , se utiliza durante la síntesis de proteínas.
Para evitar errores de traducción, en los que se incorpora el aminoácido incorrecto en la cadena polipeptídica, la evolución ha proporcionado funcionalidades de corrección de pruebas de las sintetasas de aa-tRNA; estos mecanismos aseguran el emparejamiento adecuado de un aminoácido con su ARNt afín. [2] Los aminoácidos misacilados con el sustrato de ARNt adecuado se someten a hidrólisis a través de los mecanismos de desacilación que poseen las sintetasas de ARNt-aa. [3]
Debido a la degeneración del código genético , múltiples ARNt tendrán el mismo aminoácido pero diferentes anticodones. Estos diferentes ARNt se denominan isoaceptores. En determinadas circunstancias, se cargarán aminoácidos no afines, lo que dará como resultado un ARNt mal cargado o misaminoacilado. Estos ARNt cargados incorrectamente deben hidrolizarse para evitar una síntesis de proteínas incorrecta.
Mientras que el aa-tRNa sirve principalmente como enlace intermedio entre la cadena codificante del ARNm y la cadena polipeptídica codificada durante la síntesis de proteínas, también se encuentra que el aa-tRNA tiene funciones en varias otras rutas biosintéticas. Se ha descubierto que los aa-tRNA funcionan como sustratos en las vías biosintéticas de las paredes celulares, los antibióticos, los lípidos y la degradación de proteínas.
Se entiende que los aa-tRNA pueden funcionar como donantes de aminoácidos necesarios para la modificación de lípidos y la biosíntesis de antibióticos. También se sabe que los grupos de genes pueden utilizar aa-tRNA para regular la síntesis de polipéptidos codificados. [4]
Síntesis
El aminoacil-tRNA se produce en dos pasos. Primero, la adenilación del aminoácido, que forma aminoacil-AMP:
- Aminoácido + ATP → Aminoacil-AMP + PP i
En segundo lugar, el residuo de aminoácido se transfiere al ARNt:
- Aminoacil-AMP + ARNt → Aminoacil-ARNt + AMP
La reacción neta general es:
- Aminoácido + ATP + ARNt → Aminoacil-ARNt + AMP + PP i
La reacción neta es energéticamente favorable solo porque el pirofosfato (PPi) se hidroliza más tarde. La hidrólisis del pirofosfato en dos moléculas de reacción de fosfato inorgánico (Pi) es muy favorable desde el punto de vista energético e impulsa las otras dos reacciones. Juntas, estas reacciones altamente exergónicas tienen lugar dentro de la aminoacil-tRNA sintetasa específica para ese aminoácido. [5] [6]
Estabilidad e hidrólisis
La investigación sobre la estabilidad de los aa-tRNA ilustra que el enlace acilo (o éster) es el factor conferidor más importante, en oposición a la secuencia del propio tRNA. Este enlace es un enlace éster que une químicamente el grupo carboxilo de un aminoácido al grupo 3'-OH terminal de su ARNt afín. [7] Se ha descubierto que el resto de aminoácidos de un aa-tRNA dado proporciona su integridad estructural; el resto de ARNt dicta, en su mayor parte, cómo y cuándo se incorporará el aminoácido en una cadena polipeptídica en crecimiento. [8]
Los diferentes aa-tRNA tienen diferentes constantes de velocidad de pseudoprimer orden para la hidrólisis del enlace éster entre el aminoácido y el tRNA . [9] Tales observaciones se deben, principalmente, a efectos estéricos. El impedimento estérico lo proporcionan grupos de aminoácidos de cadena lateral específicos, que ayudan a inhibir los ataques intermoleculares sobre el éster carbonilo; estos ataques intermoleculares son responsables de hidrolizar el enlace éster.
Los aminoácidos ramificados y alifáticos (valina e isoleucina) demuestran generar los aminoacil-tRNA más estables en su síntesis, con vidas medias notablemente más largas que aquellos que poseen baja estabilidad hidrolítica (por ejemplo, prolina). El impedimento estérico de los aminoácidos valina e isoleucina es generado por el grupo metilo en el carbono β de la cadena lateral. En general, la naturaleza química del aminoácido unido es responsable de determinar la estabilidad del aa-tRNA. [10]
Se ha demostrado que el aumento de la fuerza iónica resultante de las sales de sodio, potasio y magnesio desestabiliza el enlace acilo aa-tRNA. El aumento del pH también desestabiliza el enlace y cambia la ionización del grupo amino del carbono α del aminoácido. El grupo amino cargado puede desestabilizar el enlace aa-tRNA a través del efecto inductivo. [11] Se ha demostrado que el factor de elongación EF-Tu estabiliza el enlace al evitar que los enlaces acilo débiles se hidrolicen. [12]
En conjunto, la estabilidad real del enlace éster influye en la susceptibilidad del aa-tRNA a la hidrólisis dentro del cuerpo a pH fisiológico y concentraciones de iones. Es termodinámicamente favorable que el proceso de aminoacilación produzca una molécula de ARNt-aa estable, proporcionando así la aceleración y productividad de la síntesis de polipéptidos. [13]
Orientación por medicamentos
Ciertos antibióticos, como las tetraciclinas , evitan que el aminoacil-tRNA se una a la subunidad ribosómica en procariotas . Se entiende que las tetraciclinas inhiben la unión de aa-tRNA dentro del sitio aceptor (A) de los ribosomas procarióticos durante la traducción. Las tetraciclinas se consideran agentes antibióticos de amplio espectro; estos fármacos exhiben la capacidad de inhibir el crecimiento de bacterias tanto grampositivas como gramnegativas, así como otros microorganismos atípicos.
Además, se encuentra que la proteína TetM ( P21598 ) permite que las moléculas de aminoacil-tRNA se unan al sitio aceptor ribosómico, a pesar de estar concentrada con tetraciclinas que típicamente inhibirían tales acciones. La proteína TetM se considera una proteína de protección ribosómica, que exhibe actividad GTPasa que depende de los ribosomas. La investigación ha demostrado que en presencia de proteínas TetM, las tetraciclinas se liberan de los ribosomas. Por tanto, esto permite la unión de aa-tRNA al sitio A de los ribosomas, ya que las moléculas de tetraciclina ya no lo excluyen. [14] TetO es 75% similar a TetM, y ambos tienen un 45% de similitud con EF-G . Se ha resuelto la estructura de TetM en complejo con el ribosoma de E. coli . [15]
Ver también
Referencias
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