Alloproteina - Alloprotein

Alloproteina to nowe syntetyczne białko zawierające jeden lub więcej „nienaturalnych” aminokwasów . Nienaturalny w kontekście oznacza aminokwas, który nie występuje w naturze (nowe i syntetyzowane aminokwasy) lub występuje w naturze, ale nie występuje naturalnie w białkach (naturalne, ale nieproteogenne aminokwasy).

Możliwość tworzenia nowych aminokwasów i białek powstaje, ponieważ w naturze kod genetyczny odpowiedzialny za strukturę białka ma 64 możliwych kodonów dostępnych do kodowania wszystkich aminokwasów użytych w białkach (4 nukleotydy w każdej z 3 zasad ; 4 x 4 x 4 daje 64 możliwe kombinacje); jednakże u ludzi i innych eukariontów te kodują tylko 20 standardowych aminokwasów. Ten poziom nadmiarowości informacji w tablicy kodonów jest znany w biochemii jako degeneracja . Otwiera drzwi do potencjalnego kodowania nowych aminokwasów.

Jedno podejście wykorzystuje nadmiarowość 3 kodonów, które kodują sygnał „stop”. Jeśli jeden z nich można zastąpić innym kodonem stop, wówczas kodon ten można w zasadzie „ponownie przypisać” (wraz z wymaganym tRNA , czynnikiem uwalniającym i modyfikacjami enzymu ) w celu zakodowania nowego aminokwasu bez wpływu na inne istniejące kodowania. Stosując to podejście, alloproteins i nowe aminokwasy mogą być tworzone przy użyciu technik, które „rozszerzyć” kod genetyczny obejmuje dodatkowe nowe zakodowania, stosując nowo opracowane kodonów i związanego tRNA ( trna ) i tRNA syntetazy enzymów ( aminoacylo tRNA ). Zwykłe mechanizmy, które wytwarzają aminokwasy i łączą je w białka, następnie wytwarzają nowe lub nieproteogenne aminokwasy i włączają je do tworzenia nowych białek w ten sam sposób. W 2010 roku technikę tę wykorzystano do ponownego przypisania kodonu w kodzie genetycznym bakterii E. coli , modyfikując go w celu wytworzenia i włączenia nowego aminokwasu, bez negatywnego wpływu na istniejące kodowanie lub sam organizm.

Zastosowania alloprotein obejmują włączenie nietypowych lub ciężkich atomów do analizy struktury dyfrakcyjnej , fotoreaktywnych łączników ( fotosieciaczy ), grup fluorescencyjnych (stosowanych jako znakowane sondy) i przełączników molekularnych w szlakach sygnałowych.

Definicja i historia

Nowoczesne techniki alloproteinowe zostały po raz pierwszy opracowane pod koniec lat 80. przez Miyazawę i Yokoyamę na Uniwersytecie w Tokio w celu rozwiązania ograniczeń istniejących metod: manipulacja genetyczna została ograniczona do 20 standardowych aminokwasów, synteza chemiczna została ograniczona do małej skali i niskiej wydajności.

Wczesne użycie tego terminu można znaleźć w artykule „Biosynthesis of alloprotein” z 1990 r. Autorstwa Koide, Yokoyama i Miyazawa.

Roboczy opis został przedstawiony przez Budisa i wsp . :

„Inżynieria kodu genetycznego jest [a] nową dziedziną badań, której celem jest przeprogramowanie syntezy białek poprzez ponowne przypisanie określonych kodonów do niekanonicznych (głównie syntetycznych) aminokwasów. Powstałe białka to alloproteiny o dostosowanych do potrzeb właściwościach, które są szczególnie interesujące dla obu , środowisko akademickie i biotechnologia przemysłowa ”.

Bibliografia

  1. ^ a b Rozszerzony zespół badawczy systemu kodu genetycznego , Yokohama Institute , Japonia
  2. ^ a b Metoda wytwarzania białka zawierającego aminokwasy niebiałkowe - 1988, Miyazawa & Yokoyama et al. Opis stwierdza: [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania białek zawierających aminokwasy niebiałkowe (dalej określane jako białka nienaturalne) przy użyciu organizmów wytwarzających białka. Stosowany tu termin „aminokwasy niebiałkowe” implikuje wszystkie aminokwasy z wyłączeniem wyżej wymienionych 20 naturalnych aminokwasów. Tak więc wszystkie aminokwasy poza wspomnianymi powyżej 20 aminokwasami są określane jako aminokwasy niebiałkowe, nawet jeśli występują naturalnie .
  3. ^ Crick, Francis (1988). „Rozdział 8: Kod genetyczny”. Cóż za szalona pogoń: osobisty pogląd na odkrycie naukowe . New York: Basic Books. s.  89–101 . ISBN   0-465-09138-5 . CS1 maint: zniechęcony parametr ( link )
  4. ^ a b Hahn, Ulrich (2004). „Stare kodony, nowe aminokwasy”. Angewandte Chemie International Edition . 43 : 1190–1193. doi : 10.1002 / anie.200301720 .
  5. ^ a b Pierwszy kod genetyczny organizmu zweryfikowany w laboratorium badawczym - RIKEN
  6. ^ a b Zmiana przypisania kodonu w kodzie genetycznym Escherichia coli - 2010
  7. ^ Riken Systems and Structural Biology Center: synteza białek i badania funkcjonalne
  8. ^ Koide, H; Yokoyama, S; Miyazawa, T. "[Biosynteza alloprotein]". Nihon Rinsho . 48 : 208–13. PMID   2406480 .
  9. ^ Holistyczne podejście do inżynierii kodu genetycznego - Wiltschi, Merkel i Budisa, Max Planck Institute of Biochemistry