Alloproteina
Alloproteina to nowe syntetyczne białko zawierające jeden lub więcej „nienaturalnych” aminokwasów . Nienaturalny w kontekście oznacza aminokwas niewystępujący w przyrodzie (aminokwasy nowe i syntetyzowane) lub występujący w przyrodzie, ale nie występujący naturalnie w białkach ( aminokwasy naturalne, ale niebiałkowe ).
Możliwość nowych aminokwasów i białek powstaje, ponieważ w naturze kod genetyczny odpowiedzialny za strukturę białek ma 64 możliwe kodony dostępne do kodowania wszystkich aminokwasów używanych w białkach (4 nukleotydy w każdej z 3 zasad ; 4 x 4 x 4 daje 64 możliwe kombinacje); jednak u ludzi i innych eukariotów kodują one tylko 20 standardowych aminokwasów. Ten poziom redundancji informacji w tablicy kodonów jest znany w biochemii jako degeneracja . Otwiera drzwi do potencjalnego kodowania nowych aminokwasów.
Jedno podejście wykorzystuje redundancję 3 kodonów, które kodują sygnał „stop”. Jeśli jeden z nich można zastąpić innym kodonem stop, to ten kodon można w zasadzie „ponownie przypisać” (wraz z wymaganym tRNA , czynnikiem uwalniania i modyfikacjami enzymów ) w celu kodowania nowego aminokwasu bez wpływu na inne istniejące kodowania. Korzystając z tego podejścia, można tworzyć alloproteiny i nowe aminokwasy za pomocą technik, które „rozszerzają” kod genetyczny w celu uwzględnienia dodatkowych nowych kodowań, przy użyciu nowo opracowanych kodonów i pokrewnych enzymów syntetazy tRNA ( przenoszący RNA ) i tRNA ( syntetaza aminoacylo-tRNA ). Zwykłe mechanizmy, które wytwarzają aminokwasy i łączą je w białka, następnie wytwarzają nowe lub niebiałkowe aminokwasy i włączają je do tworzenia nowych białek w ten sam sposób. W 2010 roku technika ta została wykorzystana do ponownego przypisania kodonu w kodzie genetycznym bakterii E. coli , modyfikując go w celu wytworzenia i włączenia nowego aminokwasu, bez negatywnego wpływu na istniejące kodowania lub sam organizm.
Zastosowania alloprotein obejmują włączanie nietypowych lub ciężkich atomów do analizy struktury dyfrakcyjnej , łączników fotoreaktywnych (fotosieciujących), grup fluorescencyjnych (używanych jako znakowane sondy) i przełączników molekularnych do szlaków sygnałowych.
Definicja i historia
Nowoczesne techniki alloproteinowe zostały po raz pierwszy opracowane pod koniec lat 80. przez Miyazawę i Yokoyamę na Uniwersytecie Tokijskim w celu rozwiązania ograniczeń istniejących metod: manipulacja genetyczna była ograniczona do 20 standardowych aminokwasów, synteza chemiczna była ograniczona do małej skali i niskiej wydajności.
Wczesne użycie tego terminu można znaleźć w artykule „Biosynteza alloprotein” z 1990 r., Autorstwa Koide, Yokoyama i Miyazawa.
Roboczy opis jest dostarczany przez Budisa i in .:
- „Inżynieria kodu genetycznego to [nowa] dziedzina badań, której celem jest przeprogramowanie syntezy białek poprzez ponowne przypisanie określonych kodonów do niekanonicznych (głównie syntetycznych) aminokwasów. Powstałe białka to alloproteiny o dostosowanych właściwościach, które są niezwykle interesujące zarówno dla , biotechnologii akademickiej i przemysłowej”.
- ^ a b Zespół ds. Badań Systemu Rozszerzonego Kodu Genetycznego , Yokohama Institute, Japonia
- ^ a b Sposób wytwarzania białka zawierającego aminokwasy niebiałkowe - 1988, Miyazawa & Yokoyama et al. Opis stwierdza: Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania białek zawierających aminokwasy niebiałkowe (dalej określane jako białka nienaturalne) przy użyciu organizmów wytwarzających białka. Stosowany tu termin „aminokwasy niebiałkowe” dotyczy wszystkich aminokwasów z wyjątkiem wspomnianych 20 aminokwasów naturalnych. Tak więc, wszystkie aminokwasy z wyjątkiem wspomnianych 20 aminokwasów są określane jako aminokwasy niebiałkowe, nawet jeśli występują naturalnie .
- ^ Crick, Franciszek (1988). „Rozdział 8: Kod genetyczny”. Co za szalony pościg: osobisty pogląd na odkrycia naukowe . Nowy Jork: podstawowe książki. s. 89–101 . ISBN 0-465-09138-5 .
- ^ a b Hahn, Ulrich (2004). „Stare kodony, nowe aminokwasy”. Angewandte Chemie wydanie międzynarodowe . 43 : 1190–1193. doi : 10.1002/anie.200301720 .
- ^ a b Pierwszy kod genetyczny organizmu poprawiony w laboratorium badawczym - RIKEN
- ^ a b Zmiana przypisania kodonów w kodzie genetycznym Escherichia coli - 2010
- ^ Riken Systems and Structural Biology Center: synteza białek i badania funkcjonalne
- Bibliografia _ Yokoyama, S; Miyazawa, T. „[Biosynteza alloprotein]”. Nihon Rinsho . 48 : 208–13. PMID 2406480 .
- ^ Holistyczne podejście do inżynierii kodu genetycznego - Wiltschi, Merkel i Budisa, Max Planck Institute of Biochemistry