El aminoacil-ARNt (también aa-ARNt o ARNt cargado ) es un ARNt al que su aminoácido afín está unido químicamente (cargado). El aa-tRNA, junto con factores de elongación particulares , entrega el aminoácido al ribosoma para su incorporación a la cadena polipeptídica que se produce durante la traducción.
Por sí solo, un aminoácido no es el sustrato necesario para permitir la formación de enlaces peptídicos dentro de una cadena polipeptídica en crecimiento. En cambio, los aminoácidos deben "cargarse" o aminoacilarse con un ARNt para formar sus respectivos ARNt-aa. [1] Cada aminoácido tiene su propia aminoacil-ARNt sintetasa específica , que se utiliza para unirse químicamente al ARNt del que es específico o, en otras palabras, "afín". El emparejamiento de un ARNt con su aminoácido afín es crucial, ya que garantiza que sólo el aminoácido particular que coincida con el anticodón del ARNt y, a su vez, que coincida con el codón del ARNm , se utilice durante la síntesis de proteínas.
Para evitar errores de traducción, en los que se incorpora el aminoácido incorrecto en la cadena polipeptídica, la evolución ha previsto funciones de corrección de las aa-tRNA sintetasas; estos mecanismos aseguran el emparejamiento adecuado de un aminoácido con su ARNt afín. [2] Los aminoácidos que están misacilados con el sustrato de ARNt adecuado se someten a hidrólisis a través de los mecanismos de desacilación que poseen las aa-ARNt sintetasas. [3]
Debido a la degeneración del código genético , múltiples ARNt tendrán el mismo aminoácido pero diferentes anticodones. Estos diferentes ARNt se denominan isoaceptores. En determinadas circunstancias, se cargarán aminoácidos no afines, lo que dará como resultado un ARNt mal cargado o mal aminoacilado. Estos ARNt mal cargados deben hidrolizarse para evitar una síntesis incorrecta de proteínas.
Si bien el aa-tRNA sirve principalmente como enlace intermedio entre la cadena codificante del mRNA y la cadena polipeptídica codificada durante la síntesis de proteínas, también se ha descubierto que el aa-tRNA tiene funciones en varias otras vías biosintéticas. Se ha descubierto que los aa-tRNA funcionan como sustratos en vías biosintéticas para la degradación de paredes celulares, antibióticos, lípidos y proteínas.
Se entiende 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:
En segundo lugar, el residuo de aminoácido se transfiere al ARNt:
La reacción neta general es:
La reacción neta es energéticamente favorable sólo porque el pirofosfato (PPi) se hidroliza posteriormente. La hidrólisis del pirofosfato a dos moléculas de reacción de fosfato inorgánico (Pi) es muy favorable desde el punto de vista energético e impulsa las otras dos reacciones. Juntas, estas reacciones altamente exergónicas tienen lugar dentro de la aminoacil-ARNt sintetasa específica de ese aminoácido. [5] [6]
La investigación sobre la estabilidad de los aa-tRNA ilustra que el enlace acilo (o éster) es el factor conferente más importante, a diferencia de la secuencia del tRNA en sí. Este enlace es un enlace éster que une químicamente el grupo carboxilo de un aminoácido al grupo 3'-OH terminal de su ARNt afín. [7] Se ha descubierto que la fracción de aminoácido de un aa-tRNA dado proporciona su integridad estructural; el resto de ARNt dicta, en su mayor parte, cómo y cuándo se incorporará el aminoácido a una cadena polipeptídica en crecimiento. [8]
Los diferentes aa-tRNA tienen constantes de velocidad de pseudoprimer orden variables para la hidrólisis del enlace éster entre el aminoácido y el tRNA. [9] Tales observaciones se deben, principalmente, a efectos estéricos. El impedimento estérico lo proporcionan grupos de cadenas laterales específicos de aminoácidos, lo que ayuda a inhibir los ataques intermoleculares al éster carbonilo; estos ataques intermoleculares son responsables de hidrolizar el enlace éster.
Los aminoácidos ramificados y alifáticos (valina e isoleucina) generan los aminoacil-ARNt más estables en su síntesis, con vidas medias notablemente más largas que aquellos que poseen una baja estabilidad hidrolítica (por ejemplo, prolina). El impedimento estérico de los aminoácidos valina e isoleucina lo genera el grupo metilo en el carbono β de la cadena lateral. En general, la naturaleza química del aminoácido unido es responsable de determinar la estabilidad del aa-tRNA. [10]
Se ha demostrado que el aumento de la fuerza iónica resultante de las sales de sodio, potasio y magnesio desestabiliza el enlace acilo aa-tRNA. El aumento del pH también desestabiliza el enlace y cambia la ionización del grupo amino del carbono α del aminoácido. El grupo amino cargado puede desestabilizar el enlace aa-tRNA mediante el efecto inductivo. [11] Se ha demostrado que el factor de elongación EF-Tu estabiliza el enlace evitando que se hidrolicen los enlaces acilo débiles. [12]
En conjunto, la estabilidad real del enlace éster influye en la susceptibilidad del ARNt aa a la hidrólisis dentro del cuerpo a pH fisiológico y concentraciones de iones. Es termodinámicamente favorable que el proceso de aminoacilación produzca una molécula de aa-tRNA estable, proporcionando así 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 ribosómica en los procariotas . Se entiende que las tetraciclinas inhiben la unión de aa-tRNA dentro del sitio aceptor (A) de los ribosomas procarióticos durante la traducción. Las tetraciclinas se consideran agentes antibióticos de amplio espectro; Estos fármacos presentan capacidades para 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 ribosómica y exhibe actividad GTPasa que depende de los ribosomas. Las investigaciones han demostrado que, en presencia de proteínas TetM, los ribosomas liberan tetraciclinas. Por lo tanto, esto permite la unión del aa-tRNA al sitio A de los ribosomas, ya que las moléculas de tetraciclina ya no lo impiden. [14] TetO es 75% similar a TetM, y ambos tienen alrededor de 45% de similitud con EF-G . Se ha resuelto la estructura de TetM en complejo con el ribosoma de E. coli . [15]