Siehe auch: Nicht-proteinogene Aminosäuren
Siehe auch: Erweiterter genetischer Code

Ein Alloprotein ist ein neuartiges synthetisches Protein, das eine oder mehrere „nicht natürliche“ Aminosäuren enthält. Nicht natürlich bedeutet in diesem Zusammenhang eine Aminosäure, die entweder nicht in der Natur vorkommt (neuartige und synthetisierte Aminosäuren) oder in der Natur vorkommt, aber nicht natürlich in Proteinen vorkommt (natürliche, aber nicht proteinogene Aminosäuren).

Die Möglichkeit für neuartige Aminosäuren und Proteine ergibt sich, weil in der Natur der genetische Code, der für die Proteinstruktur verantwortlich ist, 64 mögliche Codons zur Verfügung hat, um alle in Proteinen verwendeten Aminosäuren zu codieren (4 Nukleotide in jeder von 3 Basen; 4 x 4 x 4 ergibt 64 mögliche Kombinationen), aber beim Menschen und anderen Eukaryoten kodieren diese nur für 20 Standardaminosäuren. Dieses Maß an Informationsredundanz innerhalb der Codontabelle ist in der Biochemie als Degeneration bekannt. Es öffnet die Tür für neue Aminosäuren, die potenziell codiert werden können.

Ein Ansatz nutzt die Redundanz der 3 Codons, die ein „Stop“-Signal codieren. Wenn eines davon durch ein anderes Stopcodon ersetzt werden kann, kann dieses Codon im Prinzip (zusammen mit den erforderlichen tRNA-, Freisetzungsfaktor- und Enzymmodifikationen) „neu zugewiesen“ werden, um für eine neue Aminosäure zu codieren, ohne andere vorhandene Codierungen zu beeinflussen. Mit diesem Ansatz können Alloproteine und neuartige Aminosäuren durch Techniken erzeugt werden, die den genetischen Code um zusätzliche neuartige Codierungen „erweitern“, indem neu entwickelte Codons und verwandte tRNA- (Transfer-RNA) und tRNA-Synthetase-Enzyme (Aminoacyl-tRNA-Synthetase) verwendet werden. Die üblichen Mechanismen, die Aminosäuren produzieren und zu Proteinen kombinieren, produzieren dann neuartige oder nicht proteinogene Aminosäuren und bauen sie auf die gleiche Weise zu neuartigen Proteinen ein. Im Jahr 2010 wurde diese Technik verwendet, um ein Codon im genetischen Code des Bakteriums E neu zuzuweisen. coli, modifiziert es, um eine neue Aminosäure zu produzieren und einzubauen, ohne bestehende Kodierungen oder den Organismus selbst nachteilig zu beeinflussen.

Alloproteinverwendungen umfassen den Einbau ungewöhnlicher oder schwerer Atome für die diffraktive Strukturanalyse, photoreaktive Linker (Photocrosslinker), fluoreszierende Gruppen (als markierte Sonden verwendet) und molekulare Schalter für Signalwege.

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