Aminoacil-ARNt

El aminoacil-ARNt (también conocido como aa-ARNt o ARNt cargado ) es un ARNt al que se une químicamente (carga) su aminoácido correspondiente. El aa-ARNt, junto con factores de elongación específicos , transporta el aminoácido al ribosoma para su incorporación a la cadena polipeptídica que se produce durante la traducción.

Un aminoácido por sí solo no es el sustrato necesario para permitir la formación de enlaces peptídicos dentro de una cadena polipeptídica en crecimiento. En cambio, los aminoácidos deben ser "cargados" o aminoacilados con un ARNt para formar su respectivo aa-ARNt. ^{[ 1 ]} Cada aminoácido tiene su propia aminoacil-ARNt sintetasa específica , que se utiliza para unirse químicamente al ARNt específico, o en otras palabras, "cognado". El emparejamiento de un ARNt con su aminoácido cognado es crucial, ya que asegura que solo el aminoácido particular que coincide con el anticodón del ARNt, y a su vez con el codón del ARNm , se utilice durante la síntesis de proteínas.

Para prevenir errores de traducción, en los que se incorpora un aminoácido incorrecto a la cadena polipeptídica, la evolución ha dotado a las aa-ARNt sintetasas de funciones de corrección de errores; estos mecanismos aseguran el emparejamiento adecuado de un aminoácido con su ARNt correspondiente. ^{[ 2 ]} Los aminoácidos que se acilan incorrectamente con el sustrato de ARNt correcto sufren hidrólisis a través de los mecanismos de desacilación que poseen las aa-ARNt sintetasas. ^{[ 3 ]}

Debido a la degeneración del código genético , varios ARNt tendrán el mismo aminoácido pero diferentes anticodones. Estos ARNt diferentes se denominan isoaceptores. En ciertas circunstancias, se cargarán aminoácidos no cognados, lo que dará lugar a ARNt con carga incorrecta o aminoacilados de forma errónea. Estos ARNt con carga incorrecta deben hidrolizarse para evitar la síntesis errónea de proteínas.

Si bien el ARNt aminoacil-ARNt (aa-tRNA) actúa principalmente como enlace intermedio entre la cadena codificante del ARNm y la cadena polipeptídica codificada durante la síntesis de proteínas, también se ha descubierto que desempeña funciones en otras vías biosintéticas. Se ha observado que los aa-tRNA actúan como sustratos en las vías biosintéticas de las paredes celulares, los antibióticos, los lípidos y la degradación de proteínas.

Se sabe que los aa-tRNA pueden funcionar como donantes de aminoácidos necesarios para la modificación de lípidos y la biosíntesis de antibióticos. Por ejemplo, los grupos de genes biosintéticos microbianos pueden utilizar aa-tRNA en la síntesis de péptidos no ribosomales y otros metabolitos que contienen aminoácidos. ^{[ 4 ]}

El aminoacil-ARNt se produce en dos pasos. Primero, la adenilación del aminoácido, que forma aminoacil-AMP:

Aminoácido + ATP → Aminoacil-AMP + PP _i

En segundo lugar, el residuo de aminoácido se transfiere al ARNt:

Aminoacil-AMP + ARNt → Aminoacil-ARNt + AMP

La reacción neta global es:

Aminoácido + ATP + ARNt → Aminoacil-ARNt + AMP + PP _i

La reacción neta es energéticamente favorable solo porque el pirofosfato (PPi) se hidroliza posteriormente. La hidrólisis del pirofosfato a dos moléculas de fosfato inorgánico (Pi) es altamente favorable energéticamente e impulsa las otras dos reacciones. En conjunto, estas reacciones altamente exergónicas tienen lugar dentro de la aminoacil-ARNt sintetasa específica para ese aminoácido. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Las investigaciones sobre la estabilidad de los aa-ARNt demuestran que el enlace acilo (o éster) es el factor determinante más importante, en contraposición a la secuencia del propio ARNt. Este enlace es un enlace éster que une químicamente el grupo carboxilo de un aminoácido al grupo 3'-OH terminal de su ARNt correspondiente. ^{[ 7 ]} Se ha descubierto que la porción de aminoácido de un aa-ARNt determinado proporciona su integridad estructural; la porción de ARNt determina, en gran medida, cómo y cuándo se incorporará el aminoácido a una cadena polipeptídica en crecimiento. ^{[ 8 ]}

Los diferentes aa-tRNA tienen constantes de velocidad de pseudo-primer orden variables para la hidrólisis del enlace éster entre el aminoácido y el tRNA. ^{[ 9 ]} Estas observaciones se deben, principalmente, a efectos estéricos . El impedimento estérico es proporcionado por grupos específicos de la cadena lateral de los aminoácidos, que ayudan a inhibir los ataques intermoleculares sobre el carbonilo del éster; estos ataques intermoleculares son responsables de la hidrólisis del enlace éster.

Los aminoácidos ramificados y alifáticos ( valina e isoleucina ) generan los aminoacil-ARNt más estables tras su síntesis, con vidas medias notablemente más largas que aquellos con baja estabilidad hidrolítica (por ejemplo, la prolina). El impedimento estérico de la valina y la isoleucina se debe al grupo metilo en el carbono β de la cadena lateral. En general, la naturaleza química del aminoácido unido determina la estabilidad del aminoacil-ARNt. ^{[ 10 ]}

Se ha demostrado que el aumento de la fuerza iónica resultante de las sales de sodio, potasio y magnesio desestabiliza el enlace acilo del ARNt. El aumento del pH también desestabiliza el enlace y modifica la ionización del grupo amino del carbono α del aminoácido. El grupo amino cargado puede desestabilizar el enlace del ARNt mediante el efecto inductivo. ^{[ 11 ]} Se ha demostrado que el factor de elongación EF-Tu estabiliza el enlace al impedir la hidrólisis de los enlaces acilo débiles. ^{[ 12 ]}

En conjunto, la estabilidad real del enlace éster influye en la susceptibilidad del aa-tRNA a la hidrólisis dentro del organismo a pH fisiológico y concentraciones iónicas. Termodinámicamente, es favorable que el proceso de aminoacilación produzca una molécula de aa-tRNA estable, lo que permite la aceleración y productividad de la síntesis de polipéptidos. ^{[ 13 ]}

Ciertos antibióticos, como las tetraciclinas , impiden que el aminoacil-ARNt se una a la subunidad ribosomal en procariotas . Se sabe que las tetraciclinas inhiben la unión del aa-ARNt al sitio aceptor (A) de los ribosomas procariotas durante la traducción. Las tetraciclinas se consideran antibióticos de amplio espectro; estos fármacos tienen la capacidad de inhibir el crecimiento de bacterias grampositivas y gramnegativas, así como de otros microorganismos atípicos.

Además, se ha descubierto que la proteína TetM ( P21598 ) permite que las moléculas de aminoacil-ARNt se unan al sitio aceptor ribosomal, a pesar de estar concentrada con tetraciclinas que normalmente inhibirían tales acciones. La proteína TetM se considera una proteína de protección ribosomal, que exhibe actividad GTPasa dependiente de los ribosomas. Las investigaciones han demostrado que, en presencia de proteínas TetM, las tetraciclinas se liberan de los ribosomas. Por lo tanto, esto permite la unión del aa-ARNt al sitio A de los ribosomas, ya que ya no está impedida por las moléculas de tetraciclina. ^{[ 14 ]} TetO es 75% similar a TetM, y ambas tienen aproximadamente un 45% de similitud con EF-G . Se ha resuelto la estructura de TetM en complejo con el ribosoma de E. coli . ^{[ 15 ]}

• Aminoacil ARNt sintetasa