Пирролизин

Как определено с помощью рентгеновской кристаллографии^[2] и масс-спектрометрии, пирролизин представляет собой лизин, ϵ-азот которого состоит в пептидной связи с (4r, 5r)-4-замещённым пирролин-5-карбоксилатом^[3].

Пирролизин синтезируется в естественной среде путем соединения двух молекул L-лизина. Одна молекула лизина сначала преобразуется в (R)-3-метил-D-орнитин, который затем лигируется со вторым лизином. Группа -NH₂ удаляется, после чего следует стадия циклизации и дегидратации с получением L-пирролизина^[4]. В синтезе пирролизина задействован фермент пирролизил-т-РНК синтетаза (pyrrolysyl-tRNA synthetase) ^[5]

Пирролизин закодирован кодоном UAG (обычно стоп-кодон). Он используется реже, чем другие стоп-кодоны, и, если встречается в открытой рамке считывания, за ним, как правило, следуют другие стоп-кодоны. Тем не менее, синтез аминокислоты и включение её в белок опосредуется биологическим механизмом, кодируемым кластером генов pylTSBCD^[6].

Рядом с кластером генов переноса метильной группы археи Methanosarcina barkeri располагается ген pylT, который кодирует необычную тРНК с антикодоном CUA. Соседний ген pylS кодирует аминоацил-тРНК-синтетазу второго класса, которая присоединяет пирролизин к тРНК-продукту гена pylT. Оперон, содержащий гены pylT и pylS также найден в геномах других секвенированный представителей семейства Methanosarcinaceae. Гомологи генов pylS и pylT обнаружены также в грам-положительной бактерии Desulfitobacterium hafniense, хотя функции этих гомологов у данной бактерии неизвестны.^[7]

Первоначально было показано, что продукт гена pylT — тРНК с антикодоном (CUA) — может быть «заряжена» аминокислотой лизином с помощью белка PylS. Относительно недавно было показано, что тРНК с антикодоном CUA может быть «заряжена» лизином в условиях in vitro последовательным взаимодействием с лизиновыми тРНК-синтетазами первого и второго класса из M. barkeri. Последние данные указывают на то, что происходит прямое присоединение пирролизина к тРНК с антикодоном CUA при помощи белкового продукта гена pylS. Это означает, что пирролизин представляет собой 22-ю аминокислоту, закодированную генетически.^[8]

Дополнительное пирролиновое кольцо включено в активный центр нескольких метилтрансфераз, где, как полагают, оно вращается относительно свободно. Считается, что кольцо участвует в позиционировании и отображении метильной группы метиламина для атаки корриноидным кофактором. Предложенная модель состоит в том, что соседний остаток, несущий карбоновую кислоту, глутамат, протонируется, и протон затем может быть перенесен в азот иминового кольца, подвергая соседний кольцевой углерод нуклеофильному присоединению метиламином. Положительно заряженный азот, созданный этим взаимодействием, может затем взаимодействовать с депротонированным глутаматом, вызывая сдвиг в ориентации кольца и подвергая метильную группу, полученную из метиламина, связывающей расщелине, где он может взаимодействовать с корриноидом. Таким образом, чистый CH₃⁺ переносится на атом кобальта кофактора с изменением состояния окисления с I на III. Затем высвобождается аммиак метиламинового происхождения, восстанавливая исходный имин^[2].