胺醯tRNA合成酶

氨酰tRNA合成酶葛俊驿,邱晓挺,金海晓.氨酰tRNA合成酶作用机制及其应用[J].中国生物化学与分子生物学报, 2017, 33(1):8.DOI:CNKI:SUN:SWHZ.0.2017-01-004.（aminoacyl-tRNA synthetase，aaRS，ARS）又称氨酰tRNA连接酶（aminoacyl-tRNA ligaseChambers RW. On the recognition of tRNA by its aminoacyl-tRNA ligase. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol. 1971;11:489-525. doi:10.1016/s0079-6603(08)60336-0），全称胺醯基轉運核醣核酸合成酶，是一类催化特定胺基酸或其前体与对应tRNA发生酯化反应而形成氨酰tRNA的酶。此酶先将一种氨基酸连接到腺苷一磷酸（AMP）生成相应氨酰腺苷酸（aminoacyl adenylateLagerkvist U, Akesson B, Brändén R. Aminoacyl adenylate, a normal intermediate or a dead end in aminoacylation of transfer ribonucleic acid. J Biol Chem. 1977;252(3):1002-1006.Fersht AR, Ashford JS, Bruton CJ, Jakes R, Koch GL, Hartley BS. Active site titration and aminoacyl adenylate binding stoichiometry of aminoacyl-tRNA synthetases. Biochemistry. 1975;14(1):1-4. doi:10.1021/bi00672a001），然后共价连接到tRNA3′端生成氨酰tRNA；属于一种催化氨基酸激活偶联反应的酶。

某种氨酰tRNA合成酶仅识别一种特定的氨基酸，因此每一种的胺基酸与tRNA的连接都需要专一性的氨酰tRNA合成酶来催化。氨酰tRNA合成酶的种类与标准胺基酸的数量一样都为20种。氨酰tRNA合成酶也是自然界中最古老的蛋白质之一。

功能
在翻译过程中，每种tRNA分子都需要与相应的胺基酸结合，然后将这些胺基酸运送到核糖体进行蛋白质合成。这种结合是在一系列氨酰tRNA合成酶的作用下完成的，这些酶通过酯化反应将正确的胺基酸与对应的tRNA分子相连接。连接反应的第一步是在合成酶作用下，ATP分子和对应的胺基酸（或其前体）结合形成氨酰AMP（腺苷酸），并释放出无机焦磷酸（PPi）。然后，酶与氨酰AMP复合物再与正确的tRNA分子结合，催化胺基酸从氨酰AMP转移到tRNA的3'端最后一个碱基的2'-或3'-羟基上。一些合成酶还具有校对功能以确保tRNA结合的正确性：如果tRNA被发现与错误的胺基酸相连接，那么所形成的氨酰tRNA会-{zh-cn:通过;zh-tw:經由}-水解重新被打开。

反应式
氨酰tRNA合成酶所催化反应的反应式如下：
胺基酸 + ATP → 氨酰AMP + PPi
氨酰AMP + tRNA → 氨酰tRNA + AMP

总反应式：胺基酸 + tRNA + ATP → 氨酰tRNA + AMP + PPi

胺基酸是-{zh-cn:通过;zh-tw:透過}-其羧基（-COOH）与腺苷上的羟基（-OH）连接。因此，连接反应是一个酯化反应。

分类
根据序列和活性位点的结构的不同，氨酰tRNA合成酶可以被分为两大类：
类型I含有两个高度保守的序列基序，这类酶所催化的氨酰化发生在tRNA上腺苷的2'-羟基上，并且酶分子通常的活性形式为单体或二聚体。
包括GluRS、GlnRS、ArgRS、CysRS、MetRS、ValRS、IleRS、LeuRS、TyrRS和TrpRS，其中CysRS、MetRS、TyrRS和TrpRS为同源二聚体，其余为单体
类型II含有三个高度保守的序列基序，这类酶所催化的氨酰化发生在tRNA上同一个腺苷的3'-羟基上，并且酶分子通常的活性形式为二聚体或四聚体。例外的是苯丙氨酰tRNA合成酶，虽然被归类于类型II，它催化的氨酰化发生2'-羟基上。
包括GlyRS、AlaRS、ProRS、SerRS、ThrRS、HisRS、AspRS、AsnRS、LysRS和PheRS，其中AlaRS为同源四聚体，GlyRS和PheRS异源四聚体，其余为同源二聚体

无论氨酰基开始被连接到腺苷上的哪一个羟基上，最终都会连接到3'羟基上，因为2'-O-氨酰tRNA会通过酯交换反应（transesterification）转移到3'羟基上。

结构
两类氨酰tRNA合成酶都是多结构域蛋白质。典型的情况下，一个氨酰tRNA合成酶是由一个催化结构域（以上反应发生的区域）和一个反密码子结合结构域（与tRNA上的反密码子作用的区域，来保证胺基酸结合到正确的tRNA分子上）。一些氨酰tRNA合成酶还具有RNA结合结构域和「编辑」结构域，负责将不正确连接的氨酰tRNA重新打开。

同一类型中所有的氨酰tRNA合成酶的催化结构域都是同源的，但两个类型（类型I和II）之间却没有同源关系。类型I的氨酰tRNA合成酶普遍具有罗斯曼折叠和反平行的β折叠结构，而类型II的酶则具有不同的由反平行的β折叠所形成的结构。

进化
同一专一性中多数氨酰tRNA合成酶在进化上的相关性比而不同专一性之间要高得多。然而，天冬酰氨酰tRNA合成酶（AsnRS）和谷氨酰氨酰tRNA合成酶（GlnRS）则分别相似于天冬氨酰tRNA合成酶（AspRS）和谷氨酰tRNA合成酶（GluRS）。大多数氨酰tRNA合成酶属于类型I或II，而赖氨酰tRNA合成酶（LysRS）则具有两个版本：一个属于类型I，另一个属于类型II。

多数氨酰tRNA合成酶的每一种都具有典型的进化分布规律，即可以古菌、细菌和真核生物来分组，相应组别中的酶进化关系接近。

参考文献

外部链接


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