论文部分内容阅读
色氨酰-tRNA合成酶属于Ic类氨酰-tRNA合成酶，它在催化tRNATrp的氨酰化反应时表现出明显的种属特异性。其种属特异性是通过tRNA上和色氨酰-tRNA合成酶上的种属特异性元件的相互作用实现的。已经知道tRNA上的种属特异性元件为特定的碱基，色氨酰-tRNA合成酶上的种属特异性元件为特定的氨基酸。对于tRNATrp来说，其种属特异性主要是由接受茎上的第73位碱基决定的。原核生物tRNATrp73位碱基为G；真核生物tRNATrp73位碱基为A。如果把枯草杆菌tRNATrp和人tRNATrp上的73位碱基互换，那么突变的枯草杆菌tRNATrp更容易被人色氨酰-tRNA合成酶识别，而人tRNATrpo更容易被枯草杆菌色氨酰-tRNA合成酶识别。
在枯草杆菌色氨酰-tRNA合成酶中，也已发现K149和E153残基和它的种属特异性识别有关，参与了对枯草杆菌tRNATrp的G73碱基的识别。但是，在本工作报道的人色氨酰-tRNA合成酶和牛tRNATrp晶体复合物结构上意外地发现，牛tRNATrp的A73碱基被人色氨酰-tRNA合成酶上N-端的D99、K102、R106识别，而不是和K149、E153同源的D314、R318识别。和原核生物的色氨酰-tRNA合成酶相比，人色氨酰-tRNA合成酶在N-端约多出150个氨基酸，而且其上的β-hairpin(84-91)对酶的活性是必需的，所以人色氨酰-tRNA合成酶催化tRNATrp色氨酰化反应的机理可能不同于原核生物色氨酰-tRNA合成酶。还发现，人色氨酰-tRNA合成酶是从tRNA的大沟方向对tRNA进行识别。在这个复合物结构中，可以清楚地看到tRNA的3CCA末端和人色氨酰-tRNA合成酶的相互作用，也很清楚地看到了tRNA反密码子区域和合成酶的相互识别。由于晶体复合物上的人色氨酰-tRNA合成酶N-端的96个氨基酸在结晶过程中被水解掉了，所以β-hairpin结构对tRNA的结合有什么影响就无从得知。
根据以前的文章报道，除了4种第Ⅰ类氨酰-tRNA合成酶外，大多数氨酰-tRNA合成酶在催化磷交换反应时是不需要其相应tRNA存在的，这4种氨酰-tRNA合成酶分别是精氨酰-tRNA合成酶，谷氨酰-tRNA合成酶，谷氨酰胺酰-tRNA合成酶，以及属于第Ⅰ类的赖氨酰-tRNA合成酶。在没有tRNA存在的情况下，这4种氨酰-tRNA合成酶完全不能催化其相应氨基酸的活化；而且，精氨酰-tRNA合成酶，谷氨酰-tRNA合成酶和谷氨酰胺酰-tRNA合成酶催化氨基酸的活化时，其tRNA 3CCA末端腺苷酸的完整也是必需的。色氨酰-tRNA合成酶同样属于第Ⅰ类氨酰-tRNA合成酶，它在催化色氨酸活化时并不需要tRNATrp的存在。我们在这部分工作中发现，人色氨酰-tRNA合成酶N-端β-hairpin上85位的缬氨酸突变成亲水性氨基酸时，人色氨酰-tRNA合成酶转变成了tRNA依赖的色氨酸活化活力。通过结构比较发现，V85可能通过与AIDQ(310-313)保守序列上I311的疏水相互作用影响人色氨酰-tRNA合成酶对ATP的结合，进而影响色氨酸的活化，I311的亲水性突变证实了这个推想。