El aminoacil-ARNt (también aa-ARNt o ARNt cargado ) es un ARNt al que su aminoácido cognado está unido químicamente (cargado). El aa-ARNt, junto con factores de elongación particulares , entrega el aminoácido al ribosoma para su incorporación a la cadena polipeptídica que se está produciendo 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 estar "cargados" o aminoacilados con un ARNt para formar su respectivo ARNt aa. [1] Cada aminoácido tiene su propia aminoacil-ARNt sintetasa específica , que se utiliza para unirse químicamente al ARNt al que es específico, o en otras palabras, "cognado" al mismo. El emparejamiento de un ARNt con su aminoácido cognado es crucial, ya que garantiza que solo el aminoácido particular que coincide con el anticodón del ARNt y, a su vez, coincide con el codón del ARNm , se utilice durante la síntesis de proteínas.
Para evitar errores de traducción, en los que se incorpora el aminoácido equivocado a la cadena polipeptídica, la evolución ha previsto funciones de corrección de las sintetasas de aa-ARNt; estos mecanismos garantizan el emparejamiento adecuado de un aminoácido con su ARNt cognado. [2] Los aminoácidos que están misacilados con el sustrato de ARNt adecuado sufren hidrólisis a través de los mecanismos de desacilación que poseen las sintetasas de aa-ARNt. [3]
Debido a la degeneración del código genético , varios ARNt tendrán el mismo aminoácido pero diferentes anticodones. Estos ARNt diferentes se denominan isoaceptores. En determinadas circunstancias, se cargarán aminoácidos no afines, lo que dará lugar a ARNt mal cargados o mal aminoacilados. Estos ARNt mal cargados deben hidrolizarse para evitar una síntesis proteica incorrecta.
Si bien el aa-ARNt sirve 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 el aa-ARNt tiene funciones en varias otras vías biosintéticas. Se ha descubierto que los aa-ARNt funcionan como sustratos en vías biosintéticas para las paredes celulares, los antibióticos, los lípidos y la degradación de proteínas.
Se entiende que los aa-ARNt 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-ARNt en la síntesis de péptidos no ribosómicos y otros metabolitos que contienen aminoácidos. [4]
El aminoacil-ARNt se produce en dos pasos. En primer lugar, la adenilación del aminoácido, que forma el 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 fosfato inorgánico (Pi) es una reacción altamente favorable energéticamente e impulsa las otras dos reacciones. Juntas, 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 de concesión más importante, a diferencia de 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 cognado. [7] Se ha descubierto que la fracción de aminoácido de un aa-ARNt determinado proporciona su integridad estructural; la fracción de ARNt dicta, en su mayor parte, cómo y cuándo se incorporará el aminoácido a una cadena polipeptídica en crecimiento. [8]
Los diferentes aa-ARNt tienen constantes de velocidad de pseudo-primer orden variables para la hidrólisis del enlace éster entre el aminoácido y el ARNt. [9] Estas observaciones se deben, principalmente, a efectos estéricos. El impedimento estérico lo proporcionan grupos específicos de cadenas laterales de aminoácidos, que ayudan a inhibir los ataques intermoleculares al carbonilo del éster; estos ataques intermoleculares son responsables de la hidrolización del enlace éster.
Los aminoácidos ramificados y alifáticos (valina e isoleucina) han demostrado generar los aminoacil-ARNt más estables tras su síntesis, con vidas medias notablemente más largas que aquellos que poseen una baja estabilidad hidrolítica (por ejemplo, la prolina). El impedimento estérico de los aminoácidos valina e isoleucina es generado por 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-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 aa-ARNt. 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-ARNt a través del efecto inductivo. [11] Se ha demostrado que el factor de elongación EF-Tu estabiliza el enlace al evitar que los enlaces acilo débiles se hidrolicen. [12]
En conjunto, la estabilidad real del enlace éster influye en la susceptibilidad del ARNt-aa a la hidrólisis dentro del cuerpo a concentraciones iónicas y pH fisiológicos. Es termodinámicamente favorable que el proceso de aminoacilación produzca una molécula de ARNt-aa estable, lo que permite acelerar y aumentar la productividad de la síntesis de polipéptidos. [13]
Ciertos antibióticos, como las tetraciclinas , impiden que el aminoacil-ARNt se una a la subunidad ribosómica en procariotas . Se entiende que las tetraciclinas inhiben la unión del aa-ARNt dentro del sitio aceptor (A) de los ribosomas procariotas durante la traducción. Las tetraciclinas se consideran agentes antibióticos de amplio espectro; estos fármacos muestran capacidades de inhibir el crecimiento de bacterias tanto grampositivas como gramnegativas, así como otros microorganismos atípicos.
Además, se ha descubierto que la proteína TetM ( P21598 ) permite que las moléculas de aminoacil-ARNt se unan al sitio aceptor ribosómico, a pesar de estar concentrada con tetraciclinas que normalmente inhibirían tales acciones. La proteína TetM se considera una proteína de protección ribosómica, que exhibe actividad GTPasa que depende 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 de aa-ARNt al sitio A de los ribosomas, ya que ya no está impedida por las moléculas de tetraciclina. [14] TetO es un 75% similar a TetM, y ambos tienen un 45% de similitud con EF-G . Se ha resuelto la estructura de TetM en complejo con el ribosoma de E. coli . [15]