Palec argininowy

W biologii molekularnej palec argininowy jest resztą aminokwasową niektórych enzymów . Palce argininowe często znajdują się w białkowej nadrodzinie AAA + ATPaz , GTPaz i dUTPaz , gdzie biorą udział w katalizie gammafosforanu lub gamma i beta fosforanów z ATP lub GTP , co powoduje uwolnienie energii, która może być wykorzystana do wykonywania praca komórkowa . W związku z tym są one niezbędne dla wielu form życia i są wysoce konserwowane . Palce argininy działają poprzez interakcje niekowalencyjne . Mogą również pomagać w dimeryzacji i chociaż występują w wielu różnych enzymach, nie są wszechobecne.

Rola w mechanizmach katalitycznych

Ogólnie rolą palca argininy w katalizie jest działanie w stabilizacji stanu przejściowego , aby umożliwić wodzie przeprowadzenie ataku nukleofilowego w celu odszczepienia szeregu grup fosforanowych. Są jednak wyjątki, a palce argininowe mogą pomagać w innych rolach. Dodatkowo palce argininy mogą być przyłączone do różnych podjednostek lub innych białek w kompleksie wielobiałkowym . Palce argininowe czasami wchodzą w interakcje z guanidyną podczas ich roli w katalizie.

dUTPazy

Palce argininowe często współpracują z innymi funkcjami wspomagającymi katalizę. Na przykład w niektórych trimerycznych dUTPazach , takich jak te z M. tuberculosis , palce argininowe na 64. i 140. reszcie mogą współpracować z magnezem w celu rozszczepienia dUTP na dUMP i pirofosforan . Podstawowym mechanizmem działania tego jest atak nukleofilowy; dodatnio naładowany jon magnezu ( Mg ²⁺
) przyciąga tlen fosforanów beta i gamma, aby umożliwić wodzie hydrolizę wiązania między fosforanami beta i alfa. Palce argininowe pomagają ustabilizować stan przejściowy. Palce argininowe często wchodzą w interakcje z innymi motywami, takimi jak motywy Walkera , i wydajniej przeprowadzają katalizę.

Ras GTPazy

Palce argininowe są również obecne w GTPazach Ras , gdzie pomagają rozszczepić GTP, aby wyłączyć Ras. Ras jest GTPazą , która działa w transdukcji sygnału w celu regulacji wzrostu i podziału komórek . Oprócz tego, że jest naładowany dodatnio, co pomaga palcom argininowym działać jako katalizator, palec argininowy w Ras wypiera cząsteczki rozpuszczalnika i tworzy opcjonalny rozkład ładunku. Podobnie jak w przypadku dUPTaz, palce argininowe GTPaz Ras są wspomagane przez jon magnezu. Co więcej, wiele reszt palców argininy może wskazywać na ten sam punkt, skupiając w ten sposób swoje działanie. Mutacje wpływające na palce argininowe Ras prowadzą do problemów z katalizowaniem GTP przez współczynniki około dwóch do pięciu rzędów wielkości . Tak więc, ponieważ Ras jest onkogenem i jest aktywowany i dezaktywowany przez hydrolizę GTP, mutacje w resztach palców argininowych Ras mogą prowadzić do raka. Glutaminian odgrywa również rolę w pobliżu palców argininy i jest stabilizowany przez grupy karboksylowe łańcucha głównego argininy , znane jako kostki.

Heterotrimeryczne białka G

W heterotrimerycznych AlF4
_białkach G kataliza GTP może być wspomagana przez tetrafluorek glinu ( ) i RGS4 . Heterotrimeryczne białka G są większymi trzyczęściowymi białkami służącymi do transdukcji sygnału na wielu szlakach. Mechanizm katalityczny hydrolizy GTP w heterotrimerycznych białkach G składa się ze stanu aktywnego, w którym prawdopodobne jest wystąpienie katalizy, oraz stanu nieaktywnego, w którym kataliza jest mało prawdopodobna. W stanie aktywnym AlF4
_. stabilizuje stan przejściowy i kieruje resztę palca argininy w kierunku GTP Powoduje to zwiększoną gęstość ładunku na beta-fosforanie GTP i planaryzację gamma-fosforanu, co tworzy otwór i zmniejsza przeszkodę steryczną dla wody w hydrolizie wiązania beta-gamma fosfobezwodnika . Dzieje się tak, ponieważ wiązanie gamma fosforanu z beta fosforanem wygina się, odsłaniając jego połączenie i umożliwiając późniejszą reakcję podstawienia nukleofilowego zainicjowaną przez wodę. Kompleks utworzony z RGS4 pomaga w tym procesie, tworząc napięcie w wiązaniu między gamma i beta fosforanami oraz pomagając w dystrybucji większego ładunku na beta fosforan.

syntaza ATP

₀ Syntaza ATP składa się z podjednostki _F1 i F. Podjednostka F1 zawiera własne podjednostki alfa i beta, które mogą pomagać w tworzeniu ATP lub hydrolizować go, aby służył jako _pompa protonowa . Chociaż większość działań katalitycznych ma miejsce na podjednostkach beta, każda z podjednostek alfa zawiera palec argininowy. Rola palca argininowego w syntazie ATP jest podobna do funkcji reszt palca argininowego białek G; aby pomóc podzielić ATP. Na przykład, jeśli arginina palca argininy zostanie zastąpiona lizyną , prawdopodobnie z powodu mutacji zmiany sensu , powstaje mutant αR364K. W mutancie αR364K zdolność syntazy ATP do hydrolizy ATP jest zmniejszona około tysiąckrotnie w porównaniu z typem dzikim .

Helikaza RecQ

Helikaza RecQ jest jedną z rodziny helikaz , która pomaga zredukować siostrzaną wymianę chromatyd podczas mejozy, aby obniżyć tempo mutacji. Helikazy RecQ występują w wielu organizmach, od E. coli po ludzi. Jedna z tych helikaz, białko syndromu Blooma , zawiera palec argininowy, który pomaga w hydrolizie ATP. U ludzi palcem argininowym białka syndromu Blooma jest Arg982. Helikaza RecQ, wraz z większością białek zawierających palce argininowe, jest hamowana przez ortowanadan sodu , który koliduje z resztą palca argininy.