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Leonardo Beccari
Olivia Muriel López
Biología Molecular Avanzada
Marzo 2005
Aminoacil tRNA ligasas y
la hipótesis adaptadora
Actores versátiles en el teatro
de la traducción
Aminoacil tRNA ligasas y la
hipótesis adaptadora
• Introducción
– Función de las Aminoacil tRNA ligasas
– Clasificación, estructura y filogenia
– Mecanismo de catálisis
• Especificidad y variabilidad de las AARL
– El rompecabezas de la hipótesis adaptadora
• Hipótesis un aminoácido- una enzima...
• ... O una enzima para varios aminoácidos?
– La capacidad editora
• La adquisición de la capacidad editora
• ¿Por qué no todas las AARL incorporaron la capacidad editora?
• Conclusiones
Introducción
••Son
Lasenzimas
intervienen
que
constan
ende
la varios
1ª fasedominios con estructuras
Hay
2AARL
pasos en
la catálisis
y funciones
de
la traducción
características
– Reconocimiento
del aminoácido y
unión al AMP
Subclase IA
• Constan de varios dominios con
AARL
de tipo
clase
I
AARL
– Reconocimiento
del II
tRNA y
estructuras
y funciones
Clase I
Subclase IB
transferencia del aminoácido
características
activado
Formas
monoméricas
Dimérica
• •
AARL reconoce
sus tRNA por
• • Una
Plegamiento
decaracterístico
Rossman
•
Plegamiento
contactos con pocas bases
(3)
•apareamiento
3 2motifs
a
•• ElHay
clases se
decomprueba
AARL
niveles:
• varios
Motifs
HIGH y KMKS
filogenéticamente
no relacionadas
•– Prueba
Unióndeallectura
anticodon
cinética:en el
afinidad
el tRNA
• Unión
al por
anticodon
extremo
N
terminalen el
– Prueba de
química
Clectura
terminal
• extremo
Las
enzimas
se
agrupan
en base a
•la homología
Unen el aminoácido
al C2’
de su dominio
• Unen
aminoácido
al C3’ del
delel
tRNA
• Hidrólisis del aducto AminoácidoAMP incorrecto
• Hidrólisis del aminoacil tRNA
catalítico
tRNA incorrecto
Subclase IC
Subclase IIA
Clase II
Subclase IIB
Subclase IIC
LA HIPÓTESIS ADAPTADORA
• Cada aminoácido tiene una AARL específica
– Hay organismos con AARL no discriminantes
– Hay organismos que carecen de las AARL para
algunos aminoácidos
• Muchas bacterias, archaeas y los orgánulos eucarioticos
carecen de algunas AARL
¿Cómo se han seleccionado enzimas tan
poco “eficientes”?
¿Cómo han solventado estos organismos
estas carencias?
¿Cómo se han seleccionado enzimas tan poco “eficientes”?
¿Cómo han solventado estos organismos estas carencias?
Acidithiobacillus
ferrooxidans
•• Helicobacter
pylori
•
•
– Carece
Carece de
de la
la AARL
AARL de
para
la
Gln
–
la
Glutamina
Los organismos que tienen una GlnRS tienen
– 22 AARL
AARL para
para el
el Glutamato:
Glutamato: GluRS1
GluRS1 yy GluRS
GluRS 22
–
también
una
GluRS
discriminante
2 tipos de
Glu
–– GluRS2
notRNA
reconoce
el RNAtGlu
– 2 tipos de tRNA
Organismos
sin Gln
actividad GlnRS tienen una
Amidotransferasa
GluRS2
–
Cada
una
de
las
2
enzimas
reconoce
distintos RNAt
GluRS no discriminante y una amidotransferasa
Glu+ tRNAGln
tRNAGln Glu
tRNAGlnGluGln
• GluRS1 reconoce
ambos tRNA
• GluRS y GlnRS evolucionaron
independientemente
y el tRNACUGGln
• GluRS1 reconoce bien el tRNA del Glutamato
GluRS2 aminoacila eficientemente
• GluRS2 reconoce •bien
el tRNA
de la Glutamina
Gln
el tRNAUUG
otros
, pero muy poco los
Capacidad editora y
especificidad de reconocimiento
la actividad
editora pertenecía
• Inicialmente
Hay ligasas
cuya especificidad
esa
proteínas
independientes.
totalmente
dependiente de la capacidad
• Está
actividad fue incorporada, más tarde, por
editora
algunas AARL.
• Hay AARL que han perdido el dominio editor de
• manera
La ausencia
de capacidad editora
secundaria.
supondría un código genético ambiguo
• La actividad editora independiente es menos
eficiente que la incorporada en la AARL.
• Un código genético ambiguo
proporcionaría
ventajas
en elel no tener
¿Proporcionaría
alguna
ventaja
crecimiento
en
medios
restrictivos
capacidad editora?
¿Por qué algunas ARRS tienen el dominio
editor y otras no?
• Se obtuvieron cepas auxótrofas para Ile con y sin
capacidad editora en la IleRS
• Se cultivaron en un medio pobre en Ile
• Los mutantes crecieron un 20% mas.
El código genético primitivo confería una ventaja a los
organismos ancestrales totalmente dependientes del
medio.
No veían limitada su supervivencia por la
disponibilidad de ciertos aminoácidos en el medio.
…y para finalizar…
• La tasa de error en la incorporación de
aminoácidos es de 1:10 000
• El código genético no es invariable, está
actualmente en expansión
– El caso de selenocisteina
Ser
– El caso
de la pirrolisina
Ser+
tRNA
tRNA
Sec
Sec
SerRS
tRNASec Sec
• Las AARL sustituyeron RNA catalíticos que
catalizaban la unión del aminoácido, por ser mas
eficientes
Bibliografía
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On the Evolution of Structure in Aminoacyl-tRNA Synthetases Patrick O’Donoghue and Zaida
Luthey-Schulten. MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, Dec. 2003, Vol. 67, No.
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Trans-editing of mischarged tRNAs. Ivan Ahel, Dragana Korencic, Michael Ibba, and Dieter Soll.
PNAS vol. 100 December 23, 2003. 15422-15427
Bioquimica 3ª edicion: Matthews, Van Holde, Ahem
Principios de bioquimica 3ª edición: Lehninger
Genes VIII: Lewin