Pirrolisina

A pirrolisina PubChem compound PyrrolysineChemSpider PyrrolysineCHEBI L-pyrrolysine (abreviada como Pyl ou O) é un aminoácido natural codificado xeneticamente utilizado por algúns procariotas (algunhas arqueas metanoxénicas e unha especie de bacteria), que forma parte de encimas que interveñen no metabolismo de produción de metano. Os eucariotas non o utilizan. É un aminoácido similar á lisina, pero cun anel de pirrolina engadido unido ao final da cadea lateral da lisina (concretamente leva un 4-metilpirrolina-5-carboxilato unido por enlace amida ao ϵN da lisina). Prodúcese por unha aminoacil ARNt sintetase especial e utiliza un ARNt especial, e forma parte dun código xenético cun funcionamento especial propio deses procariotas, no cal un dos codóns de finalización da síntese proteica (UAG) codifica para a pirrolisina. Considérase o 22º aminoácido proteinoxénico.

 Codificación xenética 
A diferenza do que ocorre durante as modificacións da lisina para orixinar hidroxilisina, metil-lisina, e hipusina, que son modificacións postraducionais, a pirrolisina incorpórase ás proteínas directamente durante a tradución no ribosoma igual cós 20 aminoácidos típicos, e está codificada por un codón do código xenético, aínda que dun modo especial. Está codificada polo codón UAG do ARNm, que normalmente é o codón de terminación ámbar, que indica o final da síntese proteica. Para que se produza este cambio de función do codón UAG só se require a presenza na bacteria de dous xenes, que son: o xene pylT, que codifica un ARN de transferencia especial que leva o anticodón CUA, e o xene pylS, que codifica unha aminoacil ARNt sintetase de clase II, que ten a función de cargar con pirrolisina o ARNt especial derivado do xene pylT. Ademais, unha teoría propón que o codón UAG debe ir seguido (en dirección ao extremo 3') no ARNm por unha secuencia de nucleótidos chamada secuencia PYLIS, que formaría unha estrutura de talo-bucle (stem-loop), a cal puido ser identificada en ARNm de varios procariotas, pero o papel funcional exacto deste motivo como sinal que dá lugar á inserción de pirrolisina é aínda discutido e non parece que sexa igual ao do elemento SECIS para a selenocisteína nin tan esencial.

Aínda que ao primeiro se pensou que a síntese de pirrolisina se faría de xeito similar á de selenocisteína, hoxe sabemos que non é así. A selenocisteína non existe como aminoácido libre, senón que se forma a partir da modificación dunha serina unida ao ARNt. Polo contrario, a pirrolisina si existe como aminoácido libre e únese ao seu ARNt especial usando unha aminoacil ARNt sintetase especial Michael Rother, Joseph A. Krzycki. Selenocysteine, Pyrrolysine, and the Unique Energy Metabolism of Methanogenic Archaea. Archaea. 2010; 2010: 453642. 
Published online 2010 August 17. doi: 10.1155/2010/453642 PMCID: PMC2933860. .

O uso deste tipo de ARNt especiais no laboratorio pode servir como ferramenta para introducir aminoácidos con determinados grupos químicos en posicións específicas de proteínas, e para realizar diversos experimentos. (Ver código xenético expandido).

 Función catalítica 
A pirrolisina forma parte de varios encimas metiltransferases e é fundamental para o seu funcionamento, xa que está situado no seu centro activo e intervén na catálise. Pénsase que o anel da pirrolisina pode rotar no centro activo con relativa liberdade e desprega e sitúa adecuadamente o grupo metilo dos substratos metilaminas do encima para ser atacado por un cofactor corrinoide (anel de corrina con cobalto) do encima.

 Evolución 
Os xenes pylT e pylS forman parte dun operón en Methanosarcina barkeri, e teñen homólogos noutros membros da familia Methanosarcinaceae que foron secuenciados, como: M. acetivorans, M. mazei, e M. thermophila. Os xenes que conteñen codificación para a pirrolisina son o da monometilamina metiltransferase (mtmB), a dimetilamina metiltransferase (mtbB), e a trimetilamina metiltransferase (mttB). Tamén se atoparon homólogos dos xenes pylS e pylT na arquea antártica Methanococcoides burtoni e na bacteria grampositiva Desulfitobacterium hafniense.Reviewed in 

A presenza destes xenes en Desulfitobacterium é de especial interese, porque as bacterias e as arqueas son dominios separados na clasificación dos seres vivos (hai tres dominios: arqueas, bacterias e eucariotas). Como inicialmente parecía que o uso da pirrolisina era exclusivo das Methanosarcinaceae, o sistema fora descrito como unha "invención arqueana tardía" na cal se engadiu un novo aminoácido ao código xenético. Pero despois concluíuse que o xene "PylRS estaba xa presente no "último antepasado común universal" (LUCA) de hai uns 3 mill millóns de anos, pero que só persistiu nos organismos que utilizaban as metilaminas como fonte de enerxía. Outra posibilidade é que a evolución do sistema implicase unha transferencia horizontal de xenes entre organismos non emparentados. Os outros xenes do operón Pyl median a biosíntese da pirrolisina, o que fai que se describa o operón como unha "casete de expansión do código xenético natural".

Existen algunhas diferenzas entre os sistemas bacterianos e arqueanos estudados. A homoloxía do pylS non existe en dúas proteínas de Desulfitobacterium hafniense. E o máis interesante é que o codón UAG parece actuar como codón de parada ou stop en moitas das proteínas dese organismo, e só se determinou o uso nun só caso da codificación dese codón para a pirrolisina en dito procariota. Polo contrario, nas arqueas metanoxénicas non foi posible identificar ningún sinal UAG de parada non ambiguo (que só actúe como sinal de stop). Como en D. hafniense se coñece só un sitio no que se engade a pirrolisina non foi posible determinar se hai algunha secuencia adicional característica, análoga ao elemento SECIS para a incorporación da selenocisteína, que controle a adición de pirrolisina. Propúxose previamente que existiría unha secuencia específica "PYLIS" na dirección 3' do ARNm, que formase unha estrutura en talo-bucle no ARNm, e que forzase a incorporación de pirrolisina en vez de finalizar a tradución de proteínas nas arqueas metanóxenas. Porén, o modelo PYLIS perdeu apoios en vista da ausencia de homoloxía estrutural entre os elementos PYLIS e a falta de codóns UAG de stop nesas especies.

 Potencial para unha tradución alternativa 
O ARNt co anticodón CUA ou ARNt(CUA) pode cargarse con lisina in vitro pola acción concertada das lisil ARNt sintetases de clase I e II de M. barkeri (chamadas LysRS1 e LysRS2), as cales non recoñecen a pirrolisina. Hipotetizouse orixinalmente que a carga do ARNt(CUA) con lisina era o primeiro paso para a tradución dos codóns UAG ámbar como pirrolisina, por un mecanismo análogo ao usado para a selenocisteína. Pero datos máis recentes favorecen a idea dunha carga de pirrolisina no ARNt(CUA) polo produto proteico codificado no xene pylS, o que levou a suxerir que o complexo LysRS1:LysRS2 pode participar nunha vía paralela deseñada para asegurar que as proteínas que conteñen o codón UAG poden ser traducidas completamente (sen quedaren truncadas) utilizando a lisina como aminoácido substituto en caso de que houbese deficiencia de pirrolisina. Outros estudos atoparon que non se requiren os xenes que codifican LysRS1 e LysRS2 para o crecemento normal con metanol e metilaminas cun nivel normal de metiltransferases.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Código xenético
 tradución
 Selenocisteína, outro aminoácido non codificado directamente no código xenético.

 Ligazóns externas 
 Chemical and Engineering News article (May 27, 2002) on discovery of the amino acid

 Bibliografía 



Categoría:Aminoácidos