Waarom Moeder Natuur al 3 miljard jaar bang is voor alanine

Het is hard nodig om bij de toevoeging van alanine aan een eiwitketen niet één, maar zelfs twee keer te checken of alles goed is gegaan. De kans op fouten is bij dit aminozuur namelijk veel groter dan bij andere, zo melden Min Guo, Paul Schimmel en collega’s (Scripps Research Institute, Californië) in Nature.

Dat er twee controlemechanismes zijn, ontdekte dezelfde onderzoeksgroep al eerder. Ten eerste checkt het enzym alanyl-tRNA synthetase (AlaRS), dat alanine toevoert aan het transfer-RNA, na afloop zelf of het echt alanine was. Maar daarnaast beschikken veel organismen ook nog over een eiwit genaamd AlaXp, dat de controle nog eens dunnetjes overdoet.

Je zou dus verwachten dat een van de twee alaninecontroles er vanzelf een keer uit zou evolueren wegens overbodigheid. Bij andere aminozuren zie je immers ook maar één controlemechanisme, en die worden gewoonlijk óók correct in eiwitten ingebouwd.

Via röntgenkristallografie en kinetische studies is de reden van de dubbele controle nu opgehelderd. Het probleem zit in het basisontwerp van AlaRS. Ten eerste is de bindingssite een soort flexibel zakje waar niet alleen alanine naadloos in past, maar ook het iets kleinere aminozuur glycine én het iets grotere serine.

Dat AlaRS per ongeluk glycine oppakt in plaats van alanine is nog wel te begrijpen. Maar dat het ook van het grotere serine in de war raakt is zó apart dat er al van een ‘serineparadox’ is gesproken.

De reden blijkt te zijn dat de AlaRS voor het binden van alanine afhankelijk is van zijn bouwsteen nummer Asp235, een asparaginegroep die de aminogroep van alanine bindt. Maar datzelfde Asp235 blijkt óók, via een waterstofbrug, een OH-groep van serine te kunnen binden.

AlaRS is waarschijnlijk al zo’n 3 miljard jaar geleden ontstaan, en dit weeffoutje heeft de evolutie er sindsdien niet meer uit kunnen krijgen. Guo en Schimmel weten inmiddels ook de reden: je kunt proberen wat je wilt om Asp235 door een ander aminozuur te vervangen, maar het gevolg is altijd dat serine en alanine geen van beiden meer worden gebonden.

Vandaar dat de natuur het er maar bij heeft gelaten, en AlaXp heeft ontwikkeld om de onvermijdelijke fouten achteraf recht te trekken.

bron: Scripps Research Institute