Новости химической науки > Две неканонические аминокислоты в одном белке

Триплеты генетического кода задают информацию о двадцати протеиногенных аминокислотах. Расширение списка аминокислотных остатков, способных входить в состав пептида может, например, позволить настроить бактерию на производство искусственных белков, характеристики которых могут представлять интерес для различных областей науки, технологии или медицины.

В принципе, механизмы образования природных белков могут быть перепрограммированы, однако до настоящего времени было возможно внедрять в белок остатки неканонических аминокислот лишь одного типа.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 3211

Венши Лю (Wenshe Liu) с соавторами из Сельскохозяйственного и Механического Университета Техаса смогли модифицировать генетический аппарат бактерии таким образом, чтобы ген мог управлять встраиванием двух неканонических аминокислот в экспрессируемые бактерией пептиды.

Для синтеза белка в клетке запускается процесс трансляции (синтеза матричной РНК на основании информации с гена – определенного участка молекулы ДНК). Каждая аминокислота кодируется последовательностью трех нуклеотидов, помимо кодонов (нуклеотидных триплетов), соответствующих определенным аминокислотам в генетическом аппарате присутствуют также и «старт»-кодон (соответствующий аминокислоте – метионину) и три стоп-кодона, программирующие окончание белкового синтеза. Переносчики аминокислотных остатков (транспортные РНК) распознают определенные кодоны, связываются с соответствующими ими аминокислотами и переносят аминокислотный остаток к месту сборки – на рибосомы. Связывание т-РНК с аминокислотами управляется ферментами – аминоацил-т-РНК-синтетазами.

Генетический механизм располагает информацией лишь о 20 аминокислотах, которые известны как канонические или протеиногенные аминокислоты. Остатки других аминокислот могут появиться в молекуле белка в результате посттрансляционной модификации – биохимических процессах, протекающих уже после синтеза белка на рибосоме.

Однако, ряд бактерий, ферментам которых нужны остатки неканонических аминокислот в качестве строительных блоков для активного центра фермента, используемого ими, например, для метаболизма метана, могут использовать некоторые стоп-кодоны (янтарный кодон, УАГ) для внедрения в растущий белок дополнительных, неканонических аминокислот. Такой подход ранее уже успешно использовался в лабораторной практике.

В группе Лю впервые было применено параллельное использование двух бактериальных систем такого рода. Исследователи провели мутацию, в результате которой одна из т-РНК смогла распознавать другой стоп-кодон (охровый кодон, УАА). Такой подход позволил перепрограммировать работу ассоциированных с т-РНК аминоацил-т-РНК-синтетаз, позволив т-РНК связываться и переносить требуемые синтетические аминокислоты.

Исследователи внедрили измененный генетический материал в бактериальную клетку. Как и предполагалось, такие клетки оказались способными строить белок с двумя неканоническими аминокислотными остатками. Внедряемые аминокислоты характеризуются такой структурой, что необходимые для специфических свойств белка фрагменты могут быть получены в них за счет обычных реакций, свойственных для click-химии.

Например, в молекулу белка становится возможным введение нескольких фрагментов, способных к флуоресценции при контакте друг с другом. Такие пары могут позволить сделать выводы как о статической конформации белка, так и о динамических изменениях конформации в ходе протекания биохимической реакции.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 3211; doi: 10.1002/anie.201000465

метки статьи: #биохимия, #молекулярная биология, #органическая химия, #химия полимеров