독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki의 회장) (이하 "AIST"), 생물 기능 공학 연구 부서 (Iwakura Masahiro), 기능적 핵산 연구 그룹, Watanabe Kazunori, Special Researcher, Special Researcher, Tokimats, Tokimats의 연구원 그리고 Sudo Kyoko는 National University Corporation 인 도쿄 대학의 협력으로 유전자 코드가없는 바카라에 아미노산을 연결하는 효소 (LF 트랜스퍼 라 제)의 반응 메커니즘을 발견했습니다
이것은 새로운 바카라 합성, 기능성 바카라 발달 기술 및이 효소 시스템을 대상으로 새로운 항균제의 설계로 이어질 것으로 예상된다
이 연구 결과는 2007 년 9 월 23 일 오후 6시 (영국 과학 저널)에서 개최됩니다자연디지털 버전에 게시
세포 내 유전자 정보의 정상적인 흐름은 DNA →mRNA→ 바카라 및 바카라은 유전자 코드에 따라 20 가지 유형의 아미노산을 연결하여 합성됩니다 세포에서 아미노산 사이의 결찰 반응은이다리보솜|라는 바카라 합성 장치에서 수행됩니다 리보솜은 mRNA의 유전자 코드에 따라 필요한 아미노산을 함유한다trna그것은 차례로 운반되며 9137_9160 |에 합류합니다
별도로,이 리보솜 외에, TRNA에 의해 운반되는 아미노산을 박테리아의 세포벽 성분 및 세포 내 바카라에 직접 부착하고 결합시키는 효소는 40 년 이상 알려져있다 리보솜 외부의 바카라에 아미노산을 첨가하고 결합하는 유사한 효소는 또한 인간을 포함한 대부분의 유기체에서 발견되며 적용 관점에서 중요합니다 그러나, 첨가 결합 반응의 메커니즘은 수년 동안 미스터리였다
리보솜 외부의 반응 메커니즘의 설명은 바카라 합성 시스템의 진화 및 구조 원리를 탐구하는 데 흥미 롭습니다 AIST는 세포 내 유전자 정보의 정상적인 흐름에서 벗어나는 현상에 중점을 둔 유전자 코드를 중재하지 않는 핵산 및 바카라 합성 효소를 사용하지 않는 RNA 합성 효소에 대한 연구를 연구하고있다 (DNA → mRNA → 바카라)
이 연구에서, 유전자 코드에 의존하지 않고 아미노산의 결합 반응을 촉매하는 효소의 반응 메커니즘을 명확히하기 위해, 우리는 구조에 기초한 생화학 적 분석뿐만 아니라 효소 및 바카라, TRNA 및 효소 복합체의 X- 선 결정 구조 분석을 수행 하였다
이 연구는 과학 홍보, 교육부 문화, 스포츠, 과학 기술 및 쿠라타 기념 과학 기술 재단의 일본 학회의 연구 보조금으로 수행되었습니다 National University Corporation 도쿄 대학은 구조 분석에 사용되는 샘플의 유기 합성에 협력을 받았습니다 또한, 공동 대학 단체 인 고 에너지 가속기 연구소 (Institute for High Energy Accelerator Research)의 재료 구조 과학 연구소 (Institute for Material Structural Science)의 동기 영동 과학 연구 시설의 빔 라인 BL-5A, AR-NW12 및 NW-17을 X- 레이 결정 회절 실험에 사용 하였다
생체 내 합성 된 바카라은 영원히 계속 존재하지 않지만 불필요 해지면 저하되어야하며, 분해의 용이성은 엄격하게 제어됩니다 대장균과 같은 유비 박테리아에서, 페닐알라닌 또는 류신이라는 아미노산이 아르기닌 (또는 라이신)이라는 아미노산을 갖는 바카라 말단에 결합 될 때, 나중에 분해 효소에 의해 분해된다 바카라 말단에 아미노산 페닐알라닌 또는 류신을 부착시키기위한 반응은 리보솜없이 수행되고, TRNA에 의해 운반 된 페닐알라닌 또는 류신은 바카라의 말단으로 직접 전달되어 결합을 형성한다 이 결합 반응은 "아미노 아실 TRNA 바카라 트랜스퍼 라제"(이하 LF 트랜스퍼 라제라고 함)라고하는 효소에 의해 수행된다 (도 1)
이 효소는 바카라의 기본 골격입니다펩티드 결합에서 매우 독특합니다 리보솜 외부에 형성됩니다 결합 반응은 바카라의 아미노 말단에서의 α- 아미노기 (NH2)아미노 아실 trna의 카르 보닐 탄소 (C)를 공격한다 (그림 2) 그러나 반응은이 두 물질을 혼합하여 단순히 진행되지 않으며, 효소가 어떻게이 반응을 진행하는지 알려지지 않았습니다
이번에는 LF 트랜스퍼 라제뿐만 아니라 관련 복합체 ((1) 및 (2))의 X- 선 결정 구조 분석이 수행되었다
(1) 페닐 알라 닌이 TRNA에 첨가 된 아미노 아실 tRNA의 말단 부분에 대한 모델 인 페닐 알라 닐라 데노신 (RA-Phe로 약어)을 갖는 효소의 복합체
(2) 짧은 모델 펩티드 (아미노산 서열은 페닐알라닌-아르기닌-티로 신-레우신-글리신)를 갖는 효소의 복합체는 아르기닌의 아미노 말단, 바카라의 말단 아미노산으로 전달된다 짧은 펩티드와 효소 사이의 이러한 복잡한 구조는 펩티드 결합 반응이 완료된 직후 구조를 나타낸다
X- 선 결정 구조 분석에 의한이 두 구조의 중첩은 다음을 보여 주었다 (도 3)
| 1) |
RA-Phe의 페닐알라닌은 효소의 소수성 포켓에 의해 인식됩니다 (페닐알라닌, 류신 및 이소류신과 같은 소수성 아미노산으로 둘러싸여 있습니다) |
| 2) |
펩티드의 아르기닌은 소수성 포켓에 인접한 음으로 하전 된 (전기 음성) 포켓에 의해 인식됩니다 (글루탐산과 같은 음으로 하전 된 아미노산과 상호 작용합니다) |
| 3) |
펩티드의 아르기닌의 α- 아미노 그룹은 RA-Phe의 카르 보닐 탄소에 가깝게 위치하며, 여기서 친 핵성 치환 공격은 카르 보닐 탄소에서 수행 될 수있다 |
| 4) |
아르기닌의 α- 아미노 그룹은 GLN188 근처에 있으며 수소 결합을 형성합니다 |
| 5) |
GLN188은 ASP186에 결합되어 있으며, ASN191은 RA-Phe의 Carborni 그룹에 수소 결합 된 수소입니다 |
(참고 : ASP186은 바카라의 N- 말단에서 186 위치에있는 아미노산 아스파르트산, GLN188은 위치 188의 아미노산 글루타민이고, ASN191은 위치 191의 아미노산 아스파라핀이다)
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구조 기반 활성에 관여하는 아미노산이 치환되는 상기 돌연변이 효소의 X- 선 결정 구조 분석 및 동역학 분석은이 효소의 반응 메커니즘이 다음 단계에서 진행된다는 것을 밝혀냈다
| 1) |
ASP186에서 GLN188로의 전자 전달은 GLN188이 전기적으로 음성이되고 아르기닌의 α- 아미노 그룹으로부터 전기적으로 양성 수소 원자를 끌어냅니다 |
| 2) |
전기적으로 양성 수소가 먼 것처럼, α- 아미노기의 질소 (N) 원자는 전기 음성이며 전자가 풍부하다 |
| 3) |
전자적으로 풍부한 (네거티브) 질소 (N) 원자가 아미노 아실 trna의 전자 부기 (전기적으로 양성) 카르 보닐 탄소 (c)를 갖는다친핵체 공격 |
| 4) |
이 공격은 페닐알라닌의 카르 보닐 탄소 (C)와 아르기닌의 α- 아미노 그룹의 질소 (N)에 펩티드 결합을 형성한다 또한 친 핵성 치환 반응 동안 발생하는 중간 사면체 상태는 ASN191에 의해 안정화되는 것으로 밝혀졌다 (도 4) |
이 연구에서 밝혀진 LF 트랜스퍼 라제에 의한 펩티드 결합 형성의 반응의 촉매 메카니즘은 다양한 RNA 및 바카라을 포함하는 리보솜에서 펩티드 결합 형성 메커니즘과는 완전히 다른 새로운 반응이다
앞으로, 우리는이 효소의 변이체를 사용하여 새로운 리보솜-매개 바카라 합성 시스템을 개발하고, 비 자연 아미노산을 바카라에 도입함으로써 기능성 바카라을 합성하는 시스템을 개발할 계획이다 또한 박테리아로부터 유래 된 이들 효소의 새로운 반응 메커니즘에 기초한 특정 억제제도 개발 될 것으로 예상된다