انتقال RNA و آمینواسیل-tRNA سنتتازها

انتقال RNA مولکول‌های آداپتور ترجمه هستند: هر کدام یک آمینواسید خاص را حمل می‌کنند و کدون متناظر mRNA را از طریق آنتی‌کدون خود می‌خوانند و به این ترتیب کد ژنتیکی را به توالی پروتئین پیوند می‌دهند. آمینواسیل-tRNA سنتتازها آنزیم‌هایی هستند که هر tRNA را با آمینواسید صحیح خود شارژ می‌کنند و دقت آن‌ها باعث وفاداری کد می‌شود.

Definition

انتقال RNA یک RNA کوچک و تاخورده است که یک آمینواسید خاص را به ریبوزوم می‌رساند و آن را از طریق آنتی‌کدون خود با یک کدون mRNA تطبیق می‌دهد؛ آمینواسیل-tRNA سنتتازها آنزیم‌هایی هستند که آمینواسید صحیح را به صورت کووالانسی به هر tRNA متصل می‌کنند (آمینواسیلاسیون یا شارژینگ).

Scope

این موضوع ساختار و پردازش tRNA، عملکرد رمزگشایی (آداپتور) در ترجمه، آمینواسیل-tRNA سنتتازهایی که تطابق بین آمینواسید و آنتی‌کدون را برقرار می‌کنند، و ویرایش (proofreading) که دقت را تضمین می‌کند، پوشش می‌دهد. این مبحث سیستم tRNA-سنتتاز را به عنوان یک موضوع مولکولی در زیست‌شناسی RNA بررسی می‌کند و جنبه آموزشی-مرجعی دارد.

Core questions

• چگونه tRNA به عنوان آداپتوری عمل می‌کند که کدون‌ها را به آمینواسیدها متصل می‌کند؟
• چگونه آمینواسیل-tRNA سنتتازها آمینواسید و tRNA صحیح را انتخاب می‌کنند؟
• چگونه وفاداری شارژینگ از طریق ویرایش (proofreading) حفظ می‌شود؟
• چگونه tRNA پردازش، اصلاح و به شکل عملکردی خود تا می‌خورد؟

Key concepts

• ساختار شبدرمانند و L-شکل tRNA
• شناسایی آنتی‌کدون و کدون
• آمینواسیلاسیون (شارژینگ)
• آمینواسیل-tRNA سنتتازهای کلاس I و کلاس II
• ویرایش و بازبینی tRNAهای نادرست شارژ شده
• پردازش tRNA و اصلاح بازها
• جفت‌شدن لرزان (Wobble pairing)

Key theories

فرضیه آداپتور

ترجمه به یک مولکول آداپتور نیاز دارد که کدون‌ها را شناسایی کرده و آمینواسید متناظر را حمل کند؛ tRNA این نقش را ایفا می‌کند، و سنتتازها تعیین می‌کنند که هر tRNA کدام آمینواسید را حمل می‌کند، بنابراین وفاداری کد ژنتیکی بر آمینواسیلاسیون دقیق استوار است.

Mechanisms

یک tRNA بالغ از ساختار ثانویه شبدرمانند خود به یک ساختار سوم L-شکل تا می‌خورد که یک آنتی‌کدون در یک انتها و یک محل اتصال آمینواسید در انتهای دیگر ارائه می‌دهد. آمینواسیل-tRNA سنتتازها هم یک آمینواسید خاص و هم tRNA(های) هم‌خانواده آن را شناسایی می‌کنند، سپس یک واکنش دو مرحله‌ای را کاتالیز می‌کنند: فعال‌سازی آمینواسید با ATP، و به دنبال آن انتقال به انتهای 3' tRNA. از آنجا که برخی آمینواسیدها از نظر شیمیایی مشابه هستند، بسیاری از سنتتازها دارای فعالیت ویرایشی هستند که محصولات نادرست شارژ شده را هیدرولیز می‌کند و دقت را افزایش می‌دهد. tRNA شارژ شده به ریبوزوم تحویل داده می‌شود، جایی که آنتی‌کدون آن با کدون mRNA در طول رمزگشایی جفت می‌شود و آمینواسید آن به زنجیره در حال رشد در مرکز کاتالیزوری ریبوزوم اضافه می‌شود. پیش‌سازهای tRNA قبل از عملکردی شدن، برش داده می‌شوند، در بسیاری از موقعیت‌ها اصلاح می‌شوند و تا می‌خورند.

Clinical relevance

جهش‌هایی که tRNAها، آنزیم‌های اصلاح‌کننده آن‌ها، یا آمینواسیل-tRNA سنتتازها را تحت تأثیر قرار می‌دهند، با اختلالات میتوکندریایی و عصبی مرتبط هستند، و سنتتازها به عنوان اهداف ضد میکروبی و درمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرند. این مدخل آن زیست‌شناسی را به عنوان پیش‌زمینه آموزشی ارائه می‌دهد و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.

History

فرانسیس کریک فرضیه آداپتور را پیش‌بینی کرد که یک مولکول کدون‌ها و آمینواسیدها را قبل از شناسایی tRNA به هم متصل می‌کند، و تعیین اولین توالی tRNA توسط رابرت هالی ساختار آن را تأیید کرد. بیوشیمی شارژینگ و این شناخت که سنتتازها به دو دسته ساختاری با عملکردهای ویرایشی تقسیم می‌شوند، چگونگی حفظ وفاداری کد ژنتیکی توسط این سیستم را مشخص کرد.

Key figures

• Francis Crick
• Robert Holley
• Paul Schimmel
• Dieter Söll

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

انتقال RNA چه کاری انجام می‌دهد؟

این مولکول به عنوان یک آداپتور در ترجمه عمل می‌کند: هر tRNA یک آمینواسید خاص را حمل می‌کند و آنتی‌کدون خود را با کدون mRNA منطبق جفت می‌کند، بنابراین آمینواسید در موقعیت صحیح در پروتئین اضافه می‌شود.

چرا آمینواسیل-tRNA سنتتازها برای کد ژنتیکی مهم هستند؟

آنها آمینواسید صحیح را به هر tRNA متصل می‌کنند؛ کد تنها به این دلیل وفادار است که این آنزیم‌ها – اغلب با یک مرحله ویرایش – آمینواسیدها را با tRNAهای صحیح مطابقت می‌دهند.