セレノシステイン (Sec) とピロリジン (Pyl) は希少アミノ酸で、20 種類の標準アミノ酸ほど広くは存在しません.
ほとんどの人は、私たちのタンパク質を構成するアミノ酸が 20 種類あることをよく知っています。
一般的なアミノ酸 (写真提供:Christian Victor Rete/Shutterstock)
合計 22 アミノ酸 私たちのDNAに定義されています。セレノシステイン (Sec) とピロリジン (Pyl) は、それぞれ 21 番目と 22 番目のアミノ酸です。これらは、他のアミノ酸ほど自然界に存在しないため、希少アミノ酸と呼ばれます。
なぜこの発見は衝撃的だったのですか?
A、G、T、C の文字で表される 4 つのヌクレオチド塩基が、私たちの DNA 全体を構成しています。 1960 年代に遺伝暗号が発見されたとき、科学者は一度に 3 文字ずつ読み取られることを発見しました。これらの 3 文字はまとめてコドンと呼ばれ、メッセンジャー RNA (mRNA) に存在します。
各コドンは、20 アミノ酸の 1 つを表すか、タンパク質を生成する翻訳機構の開始点 (開始コドンを介して) または終点 (停止コドンを介して) を示す、単一の機能を持つと見なされました。
アミノ酸を指定し、終止コドンで終わる mRNA 上のコドン (写真提供者 :Thomas Splettstoesser/Wikimedia Commons)
これらの 20 のアミノ酸はすべてのタンパク質の骨格ですが、一部のタンパク質は異なるアミノ酸または非伝統的なアミノ酸を持っています.科学者が発見したこれらのアミノ酸のほとんどは、翻訳の最後にポリペプチド鎖が形成された後に構造が変化した元の20個に由来していました.これらの変更は、翻訳後修飾として知られています 、そしてそれらはタンパク質に必要な機能を与えるために必要です.
これらのアミノ酸は珍しいものですが、重要な機能を持っています。たとえば、4-ヒドロキシリジンと 5-ヒドロキシプロリンは、それぞれリジンとプロリンの誘導体であり、コラーゲン (結合組織に見られるタンパク質) に含まれています。
翻訳後の修正 (写真提供:Kep17/Wikimedia Commons)
したがって、セレノシステイン (Sec) とピロリジン (Pyl) がタンパク質で最初に発見されたとき、それらはそれぞれシステインとリジンへのそのような翻訳後修飾に起因すると考えられていました。しかし、1986 年に 2 つの重要な発見により、セレノシステインが実際には終止コドン UGA によってコードされていることが明らかになりました。 16 年後、ピロリジンは停止コドン UAG によってコードされていることが確認されました!
1960 年代半ばまでに、開始コドン (AUG) がアミノ酸のメチオニンをコードしていることはよく知られていましたが、終止コドン (UAG、UAA、および UGA) はタンパク質をコードしておらず、単に翻訳を終了させると考えられていました。実際、それらはアミノ酸を形成しないため、ナンセンスコドンと呼ばれることさえあります.
したがって、この発見は画期的であり、停止コドンに新しい役割があると考えられました。さらに、この 2 つの発見は、2 つの異なる生物である E. で別々に行われました。大腸菌 およびマウス - そのような異常なアミノ酸が多種多様な種に存在することを示しています.
終止コドンの通常のメカニズム (写真提供:Alain Gallien/Wikimedia Commons)
16 年後、ピロリジンは停止コドン UAG によってコードされていることが確認されました!
なぜ希少なのですか?
セレノシステイン (Sec) とピロリジン (Pyl) は DNA にコードされていますが、標準的なアミノ酸とは異なり、タンパク質に組み込まれるには特別なメカニズムが必要です。実際、これら 2 つの希少アミノ酸は両方とも終止コドンによってコードされていますが、完全に異なるメカニズムを利用しているため、2 つのメカニズムが必要です。
ピロリジンの存在は、非常に限られた数の生物のごく一部のタンパク質に限定されています.これまでのところ、完全なゲノムデータが利用可能な約 1,000 の生物のうち、11 の生物のみがピロリジンをコードしています。
一方、セレノシステインは、生命の 3 つのドメイン (古細菌、細菌、真核生物) のすべてにまたがる多数の生物に存在します。配列決定された細菌のほぼ 4 分の 1 によって合成されると考えられています。しかし、興味深いことに、セレノシステインを合成する哺乳類のタンパク質は 17 個しか見つかっていません。
彼らは重要ですか?
科学者たちは、多くの非標準アミノ酸がタンパク質に取り込まれない可能性があるとしても、多くの代謝プロセスにおいて依然として重要な中間体であることをすでに知っていました.セレノシステインとピロリジンは実際には DNA によってコードされているため、必須である可能性がさらに高くなりました。しかし、その希少性のために、これら 2 つのアミノ酸の重要性は最近まで見過ごされてきました.
セレノシステインは構造的にシステインに似ており、システインに見られる硫黄原子の代わりに必須微量栄養素であるセレンを含んでいます.これは、セレノプロテインに見られる重要なアミノ酸であり、多くの代謝および細胞プロセスに関連しています。脳内のセレンの欠乏は、発作などの神経学的異常を引き起こすことがわかっています.神経変性疾患に加えて、他の多くの疾患と関連しています。しかし、研究者は、病気のメカニズムにおけるその正確な役割をまだ特定していません.
セレノシステインの構造 (写真提供:Shmitt Maria/Shutterstock)
ピロリジンはメタン生成菌 Methanosarcina barkeri で同定されました 、牛の胃の中にあります！最近まで、ピロリジンを含むタンパク質はメタン生成菌でのみ発見されており、メタン生成 (メタン生成) に役割を果たしていることが示唆されています。構造的にリジンに似ており、メタン生成中に酵素メチルトランスフェラーゼを助けます。ピロリジンが他のプロセスで役割を果たしているかどうかを確認するには、さらなる研究が必要です.
ピロリジンの構造 (写真提供:Bacsica/Shutterstock)
結論
なぜ、いつ、生命の進化の過程で、これら 2 つのアミノ酸がいくつかの生物のゲノムに追加されたのかは謎のままです。現在、それらはまれなものとして分類されていますが、さらなる調査により、私たちが間違っていることが判明する可能性があります.結局のところ、アルバート アインシュタインの言葉を借りれば、「自然が私たちに明らかにしたことの 1000 分の 1 パーセントもまだわかっていません」。
