写在前面

    怎么说呢，这个系列就是把自己的homework拿出来晒一晒，也就是图一乐丢人现眼一下，因为本人能力和知识范围有限，难免会有错误，请谅解一下，也就是仅供参考。引文都有标注，如果有侵权的可以联系我。欢迎各位大佬多交流，提问题、指错误。要是能关注一波那就更好了！  

关于吡咯赖氨酸及其合成过程的思考

——How two amino acids become one阅读心得

1 吡咯赖氨酸

  2002年，美国Ohio州立大学的Krzycki等研究古菌甲烷八叠球菌（Methanosarcinabarkeri）的3种甲基转移酶底物及其基因时发现其编码序列中都有一个在翻译时不是作为终止信号,而是被通读的阅读框内的终止密码子UAG．对蛋白质产物的化学分析和结构分析表明，其在酶活性部位有一个与密码子UAG相对应的氨基酸———吡咯赖氨酸残基（pyl）（Fig1）．吡咯赖氨酸不是翻译后通过修饰形成的,而是与包括硒代半胱氨酸在内的21种天然氨基酸一样由特定的tRNA- tRNACUA（Fig2）携带作为原料参与蛋白质生物合成的，是迄今为止发现的构成蛋白质的第22种天然氨基酸．[1][2]

2 吡咯赖氨酸的合成

  2011年，Krzycki和他的同事又报道了必需氨基酸赖氨酸是吡咯赖氨酸的唯一前体，他们通过提供被同位素标记的赖氨酸给具有pylTSBCD基因簇的大肠杆菌，并利用质谱分析从其中纯化的甲基转移酶，最终揭示了两个L-赖氨酸分子转化为一个L-吡咯赖氨酸分子的生物合成步骤。（Fig3）[3][4]

3 吡咯赖氨酸如何加入蛋白质

  吡咯赖氨酸在合成酶pylS的催化下与tRNACUA结合，然后通过plyT的修饰生成pyl—tRNACUA，后与特定的UAG密码子配对将吡咯赖氨酸加入正在合成的肽链．[5]

4  思考

4.1  终止密码子的重新定义与新氨基酸的发现

   无论是第21种用于蛋白质合成的氨基酸——硒代半胱氨酸（Sec），还是第22种——吡咯赖氨酸（pyl）编码其的密码子皆为在其他生物中为终止密码子（UAG、UGA）,且二者都是最初发现与古菌细胞中的，这可能意味着我们或许可以通过深入研究古菌或其他生存于极端环境的生物的“终止密码子”来找到第23种、24种参与蛋白质合成的氨基酸.

4.2  将氨基酸残基加入蛋白质的方法

  文中提到pyl蛋白酶专一性不强，可被相似底物影响，甚至进行错误催化，例如错把D—鸟氨酸当做3-甲基-D-鸟氨酸，催化其与赖氨酸反应产生去甲基吡咯赖氨酸。我们或许可以利用改造pyl蛋白酶使其将我们需要的有用的修饰氨基酸残基加入到特定蛋白质中。此外，我们可能还可以利用pyl的加入来跳过部分特定蛋白的终止密码子以达到将部分特殊氨基酸序列加入特定蛋白的目的，以此改造蛋白质或时特定蛋白更易于识别。

参考文献：

[1] 凌晨,王恩多.吡咯赖氨酸:第22种参与蛋白质生物合成的氨基酸[J].生物化学与生物物理进展,2005(06):490-494.

[2] Carey M. James, Tsuneo K. Ferguson, Joseph F. Leykam, Joseph A. Krzycki,The Amber Codon in the Gene Encoding the Monomethylamine Methyltransferase Isolated from Methanosarcina barkeri Is Translated as a Sense Codon*,Journal of Biological Chemistry,Volume 276, Issue 36,2001,Pages 34252-34258,ISSN 0021-9258,https://doi.org/10.1074/jbc.M102929200.

[3] Gaston, M., Zhang, L., Green-Church, K. et al. The complete biosynthesis of the genetically encoded amino acid pyrrolysine from lysine. Nature 471, 647–650 (2011). https://doi.org/10.1038/nature09918

[4] Ragsdale, S. How two amino acids become one. Nature 471, 583–584 (2011).

[5] Blight, S., Larue, R., Mahapatra, A. et al. Direct charging of tRNACUA with pyrrolysine in vitro and in vivo. Nature 431, 333–335 (2004). https://doi.org/10.1038/nature02895