A **pirrolisina**  (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 .

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*.

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
-----

1. ↑  PubChem compound Pyrrolysine
2. ↑  ChemSpider Pyrrolysine
3. ↑  CHEBI L-pyrrolysine
4. 1 2  Bing Hao, Weimin Gong, Tsuneo K. Ferguson, Carey M. James, Joseph A. Krzycki, Michael K. Chan (2002-05-24). "A New UAG-Encoded Residue in the Structure of a Methanogen Methyltransferase" **296** (5572). Science: 1462–1466. PMID 12029132. doi:10.1126/science.1069556.
5. ↑  Jitesh A. Soares, Liwen Zhang, Rhonda L. Pitsch, Nanette M. Kleinholz, R. Benjamin Jones, Jeremy J. Wolff, Jon Amster, Kari B. Green-Church, and Joseph A. Krzycki (2005-11-04). "The residue mass of L-pyrrolysine in three distinct methylamine methyltransferases". *The Journal of biological chemistry* (Journal of Biological Chemistry) **280** (44): 36962–36969. PMID 16096277. doi:10.1074/jbc.M506402200.
6. ↑  Théobald-Dietrich A, Giegé R, Rudinger-Thirion J (2005). "Evidence for the existence in mRNAs of a hairpin element responsible for ribosome dependent pyrrolysine insertion into proteins". *Biochimie* **87** (9-10): 813–7. PMID 16164991. doi:10.1016/j.biochi.2005.03.006.
7. ↑  Zhang Y, Baranov PV, Atkins JF, Gladyshev VN (2005). "Pyrrolysine and selenocysteine use dissimilar decoding strategies". *J. Biol. Chem.* **280** (21): 20740–51. PMID 15788401. doi:10.1074/jbc.M501458200.
8. ↑  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.
9. ↑  Hao B, Zhao G, Kang PT; et al. (2004). "Reactivity and chemical synthesis of L-pyrrolysine- the 22(nd) genetically encoded amino acid". *Chem. Biol.* **11** (9): 1317–24. PMID 15380192. doi:10.1016/j.chembiol.2004.07.011.
10. ↑  Li WT, Mahapatra A, Longstaff DG; et al. (2009). "Specificity of pyrrolysyl-tRNA synthetase for pyrrolysine and pyrrolysine analogs". *J. Mol. Biol.* **385** (4): 1156–64. PMID 19063902. doi:10.1016/j.jmb.2008.11.032.
11. ↑  Fekner T, Li X, Lee MM, Chan MK (2009). "A pyrrolysine analogue for protein click chemistry". *Angew. Chem. Int. Ed. Engl.* **48** (9): 1633–5. PMID 19156778. doi:10.1002/anie.200805420.
12. ↑  Chen PR, Groff D, Guo J; et al. (2009). "A facile system for encoding unnatural amino acids in mammalian cells". *Angew. Chem. Int. Ed. Engl.* **48** (22): 4052–5. PMC 2873846. PMID 19378306. doi:10.1002/anie.200900683.
13. 1 2  Reviewed in Yan Zhang, Pavel V. Baranov, John F. Atkins, and Vadim N. Gladyshev (May 27, 2005). "Pyrrolysine and selenocysteine use dissimilar decoding strategies". *Journal of Biological Chemistry* **280** (21): 20740–20751. PMID 15788401. doi:10.1074/jbc.M501458200.
14. ↑  Yan Zhang and Vadim N. Gladyshev (2007). "High content of proteins containing 21st and 22nd amino acids, selenocysteine and pyrrolysine, in a symbiotic deltaproteobacterium of gutless worm Olavius algarvensis". *Nucleic Acids Research* **35** (15): 4952–4963. PMC 1976440. PMID 17626042. doi:10.1093/nar/gkm514.
15. ↑  Alexandre Ambrogelly, Sarath Gundllapalli, Stephanie Herring, Carla Polycarpo, Carina Frauer and Dieter Söll (2007-02-27). "Pyrrolysine is not hardwired for cotranslational insertion at UAG codons". *PNAS* **104** (9): 3141–3146. PMC 1805618. PMID 17360621. doi:10.1073/pnas.0611634104.
16. ↑  Kayo Nozawa, Patrick O’Donoghue, Sarath Gundllapalli, Yuhei Araiso, Ryuichiro Ishitani, Takuya Umehara, Dieter Soll, and Osamu Nureki (2009-02-26). "Pyrrolysyl-tRNA synthetase:tRNAPyl structure reveals the molecular basis of orthogonality". *Nature* **457** (7233): 1163–1167. PMC 2648862. PMID 19118381. doi:10.1038/nature07611.
17. ↑  Fournier G (2009). "Horizontal gene transfer and the evolution of methanogenic pathways". *Methods Mol. Biol.* **532**: 163–79. PMID 19271184. doi:10.1007/978-1-60327-853-9\_9.
18. ↑  David G. Longstaff, Ross C. Larue, Joseph E. Faust, Anirban Mahapatra, Liwen Zhang, Kari B. Green-Church, and Joseph A. Krzycki (2007-01-16). "A natural genetic code expansion cassette enables transmissible biosynthesis and genetic encoding of pyrrolysine". *Proc Natl Acad Sci U S A* **104** (3): 1021–6. PMC 1783357. PMID 17204561. doi:10.1073/pnas.0610294104.
19. ↑  Carla Polycarpo, Alexandre Ambrogelly, Amélie Bérubé, SusAnn M. Winbush, James A. McCloskey, Pamela F. Crain, John L. Wood, and Dieter Söll (2004-08-24). "An aminoacyl-tRNA synthetase that specifically activates pyrrolysine". *Proc Natl Acad Sci U S A.* **101** (34): 12450–12454. PMC 515082. PMID 15314242. doi:10.1073/pnas.0405362101.
20. ↑  Mahapatra A, Srinivasan G, Richter KB; et al. (2007). "Class I and class II lysyl-tRNA synthetase mutants and the genetic encoding of pyrrolysine in Methanosarcina spp". *Mol. Microbiol.* **64** (5): 1306–18. PMID 17542922. doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05740.x.

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

* John F. Atkins and Ray Gesteland (2002). "The 22nd Amino Acid". *Science* **296** (5572): 1409–1410. PMID 12029118. doi:10.1126/science.1073339.
* Krzycki J (2005). "The direct genetic encoding of pyrrolysine". *Curr Opin Microbiol* **8** (6): 706–712. PMID 16256420. doi:10.1016/j.mib.2005.10.009.

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q409687
* MAG: 2777555519

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Identificadores | 
* CAS: 448235-52-7
* ChEBI: 21860
* ChemSpider: 4574156
* DTXSID: DTXSID70420110
* KEGG: C16138
* PubChem: 5460671
* UNII: H3214Y96LP

 |