Кіріспе
Пиролизин (символ Pyl немесе O; "қызғылт" тоқтату кодоны UAG арқылы кодталады) – кейбір метаногендік археялар мен бактерияларда белоктердің биосинтезінде қолданылатын α-аминқышқылы; ол адамдарда кездеспейді. Ол α-амин тобын (биологиялық жағдайда протондалған –NH3+ түрінде) және карбоксилдік қышқыл тобын (биологиялық жағдайда депротондалған –COO− түрінде) қамтиды. Оның пиролин шынжыршасы лизинге ұқсас, бейімді және нейтралды pH-да оң зарядталған.
Генетика
Көптеген гендер тек 20 стандартты аминқышқыл құрылыс бөліктерін пайдаланып аударылады. Селеноцистеин және пирролизин – генетикалық түрде кодталған екі ерекше аминқышқыл. Пирролизин 2002 жылы метан өндіретін архея Methanosarcina barkeri-ден алынған метилтрансфераза ферментінің активті орнында табылды. MALDI массалық спектрометриясы бойынша пирролизин лизиннің εN тобымен амидтік байланыс арқылы қосылған 4 метилпирролин-5-карбоксилаттан тұрады.
Синтез
Пиролизин L лизиннің екі молекуласы қосылу арқылы тірі организмде (in vivo) синтезделеді. Лизиннің бір молекуласы ең алдымен (3R) 3-метил-D-орнитине түрлендіріледі, содан кейін екінші лизинмен байланысады. NH2 тобы бөлініп шығарылады, одан кейін циклдану және сусыздану қадамы L пиролизиннің түзілуіне әкеледі.
Катализациялық функция
Қосымша пирролин сақинасы бірнеше метилтрансферазалардың белсенді орнына енгізіледі, онда ол салыстырмалы түрде еркін айналады деп саналады. Кориноид кофакторының шабуылы үшін метиламиннің метил тобын орналастыруға және көрсетуге осы сақина қатысады деп есептеледі. Ұсынылған модель бойынша, жақын орналасқан карбоксил қышқылы бар қалдық – глутамат протонға толады, содан кейін протон имин сақинасының азотына беріліп, көрші сақина көміртегін метиламинмен нуклеофильді қосылуға ұшыратады. Бұл өзара әрекеттесуден пайда болған оң зарядты азот депротонталған глутаматпен өзара әрекеттесіп, сақина бағытының өзгеруіне және метиламиннен алынған метил тобының корриноидпен өзара әрекеттесе алатын байланыс жарығына шығуына себеп болуы мүмкін. Осылайша, таза CH3+ кофактордың кобальт атомына окистену күйінің I-ден III-ге өзгеруімен беріледі. Метиламиннен алынған аммиак босатылып, бастапқы имин жай-күйіне келтіріледі. Мысалы, жүйе FRET спектроскопиясы арқылы ақуыздағы өзгерістерді нақты уақыт режимінде зерттеуге мүмкіндік беретін екі флюорофорды кальмодулиннің ішіне нақты орналастырып, сондай-ақ фотоклеткамен қоршалған лизин туындысын енгізді. (Көбейтілген генетикалық кодқа қараңыз) Бастапқыда, мРНК-да сабақ құрайтын "PYLIS" атты нақты төменгі ағыстағы тізбек метаногендік археяларда трансляцияны тоқтатудың орнына пирролизиннің енгізілуін күштеген деп ұсынылды. Бұл селеноцистеин енгізілуі үшін SECIS элементіне ұқсас.
It was originally proposed that a specific downstream sequence "PYLIS", forming a stem loop in the mRNA, forced the incorporation of pyrrolysine instead of terminating translation in methanogenic archaea. This would be analogous to the SECIS element for selenocysteine incorporation.
Эволюция
PylT (tRNA) және pylS (aa tRNA синтеза) гендері Methanosarcina barkeri операонының құрамында болады, ал Methanosarcinaceae тұқымдасының басқа да секвенирленген түрлерінде – M. acetivorans, M. mazei және M. thermophila – гомологтары табылады. Пиролизин құрамындағы ақуыздарға монометиламин метилтрансферазасы (mtmB), диметиламин метилтрансферазасы (mtbB) және триметиламин метилтрансферазасы (mttB) жатады. PylS және pylT гомологтары Антарктидалық археон Methanosarcina barkeri және грам-оң бактерия Desulfitobacterium hafniense-де де анықталған. Pyl операонының басқа гендері пиролизин биосинтезіне қатысады, нәтижесінде операн "табиғи генетикалық кодты кеңейту жиынтығы" деп сипатталады. Пиролизин жүйесі үшін бірнеше эволюциялық сценарийлер ұсынылған. Қазіргі (2022) көзқарас, қолжетімді tRNA және Pyl tRNA (PylRS) синтезасы гендерінің тізбектерін ескере отырып, мынадай: tRNA(Pyl) үш доменнің (~LUCA) және археялық тармақтардың айырылысы арасында біраз уақыт бұрын tRNA(Phe)-ден бөлініп шыққан, бірақ археялық емес туыстамаларда жоғалған; қазір көптеген прокариоттарда осы екі геннің бар екені белгілі. Сонымен қатар, кейбір метаноген емес организмдерде де осы екі геннің табылуы анықталды, бірақ мерзімдік есептеулер тым қате болған жоқ. Бұл, 2022 жылғы зерттеуге сүйенсек, дұрыс болса да, бастапқы мақалада метаногенезбен байланысы бар деп есептелген. Тағы бір зерттеу көрсеткендей, LysRS1 және LysRS2 гендерін кодтайтын гендер метилтрансферазаның қалыпты деңгейімен метанол және метиламиндерде қалыпты өсу үшін қажет емес, сондай-ақ UAG-ның күміс тоқтау кодонын жою үшін рекомбинантты жүйеде pylS-ті алмастыра алмайды.
tRNA(Pyl) diverged from tRNA(Phe) some time between the divergence of the three domains (~LUCA) and the divergence of archaeal phyla, but was lost in non archaeal lineages; It is now known that a wide range of prokaryotes have these two genes. It is now known that some non methanogens also have these two genes, but the dating was not too far off. This is probably true based on the 2022 study, though the paper originally assumed a link to methanogenesis. Further study found that the genes encoding LysRS1 and LysRS2 are not required for normal growth on methanol and methylamines with normal methyltransferase levels, and they cannot replace pylS in a recombinant system for UAG amber stop codon suppression.