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Lexikon der Biochemie: Aminoacyl-tRNA-Synthetasen

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, aminosäureaktivierende Enzyme (EC 6.1.1), eine Gruppe von Enzymen, die zu Beginn der Proteinbiosynthese die Aminosäuren aktivieren und auf spezifische tRNA-Moleküle übertragen. Das geschieht z.B. für Leucin in folgendem Zweischrittprozess:
1) Leu + ATP + Leucyl-tRNA-Synthetase →

[Leu-AMP-Enzym] + PPi
2) [Leu-AMP-Enzym] + tRNALeu

Leucyl-tRNALeu + AMP + Enzym.
Aminoacyl-tRNA-Synthetasen sind hochspezifisch hinsichtlich der zu aktivierenden Aminosäure und erkennen auch die tRNA mit hoher Präzision. Ihre Genauigkeit in Bezug auf das Laden der richtigen Aminosäure hängt von einem Editierungsprozess ab. Das aktive Zentrum des Enzyms, welches die Bildung der Esterbindung zwischen der Aminosäure und der tRNA katalysiert, ist nicht immer in der Lage, zwischen der richtigen Aminosäure und einem kleineren Homologen genau zu unterscheiden. Die Valyl-tRNA-Synthetase z.B. kann der tRNAVal sowohl Alanin als auch Threonin hinzufügen. Dies wird durch die Existenz eines zweiten Zentrums auf der Synthetase kompensiert, das Esteraseaktivität besitzt und die falsche Aminosäure viel schneller umsetzt als die richtige.
Aminoacyl-tRNA-Synthetasen können aus einer Polypeptidkette bestehen oder aus zwei bzw. vier homologen oder heterogenen Untereinheiten zusammengesetzt sein. Eukaryontische Zellen enthalten mehr als 20 verschiedene Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, da die Mitochondrien und Plastiden eigene aminosäurespezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetasen haben, die sich in Bezug auf ihre Spezifität gegenüber homologen tRNA-Molekülen von derjenigen der cytoplasmatischen Aminoacyl-tRNA-Synthetasen unterscheiden. Manche Aminoacyl-tRNA-Synthetasen sind in der Lage, mehrere aminosäurespezifische tRNAs zu beladen, z.B. die Leucyl-tRNA-Synthetase in E. coli fünf verschiedene Typen von tRNA

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