Транспортная РНК и аминоацил-тРНК-синтетазы

Транспортные РНК являются адаптерными молекулами трансляции: каждая из них переносит специфическую аминокислоту и считывает соответствующий кодон матричной РНК посредством своего антикодона, физически связывая генетический код с последовательностью белка. Аминоацил-тРНК-синтетазы — это ферменты, которые присоединяют к каждой тРНК правильную аминокислоту, и их точность обеспечивает верность кода.

Definition

Транспортная РНК — это небольшая, свернутая РНК, которая доставляет специфическую аминокислоту к рибосоме и сопоставляет ее с кодоном мРНК посредством своего антикодона; аминоацил-тРНК-синтетазы — это ферменты, которые ковалентно присоединяют правильную аминокислоту к каждой тРНК (аминоацилирование или зарядка).

Scope

Эта тема охватывает структуру и процессинг тРНК, декодирующую (адаптерную) функцию в трансляции, аминоацил-тРНК-синтетазы, которые устанавливают соответствие между аминокислотой и антикодоном, а также коррекцию, обеспечивающую точность. Она рассматривает систему тРНК-синтетаз как молекулярную тему в рамках РНК-биологии и носит справочно-образовательный характер.

Core questions

• Как тРНК действует как адаптер, который связывает кодоны с аминокислотами?
• Как аминоацил-тРНК-синтетазы выбирают правильную аминокислоту и тРНК?
• Как поддерживается точность зарядки посредством коррекции?
• Как тРНК обрабатывается, модифицируется и сворачивается в свою функциональную форму?

Key concepts

• Структура тРНК «клеверный лист» и L-образная структура
• Распознавание антикодона и кодона
• Аминоацилирование (зарядка)
• Аминоацил-тРНК-синтетазы класса I и класса II
• Редактирование и коррекция неправильно заряженной тРНК
• Процессинг тРНК и модификация оснований
• Шатающееся спаривание (wobble pairing)

Key theories

Гипотеза адаптера

Трансляция требует молекулы-адаптера, которая распознает кодоны и переносит соответствующую аминокислоту; тРНК выполняет эту роль, при этом синтетазы устанавливают, какую аминокислоту переносит каждая тРНК, поэтому точность генетического кода зависит от точного аминоацилирования.

Mechanisms

Зрелая тРНК сворачивается из своей вторичной структуры «клеверного листа» в третичную L-образную структуру, представляя антикодон на одном конце и сайт присоединения аминокислоты на другом. Аминоацил-тРНК-синтетазы распознают как специфическую аминокислоту, так и ее когнатную тРНК(и), затем катализируют двухстадийную реакцию: активацию аминокислоты с АТФ, за которой следует перенос на 3'-конец тРНК. Поскольку некоторые аминокислоты химически схожи, многие синтетазы обладают редактирующей активностью, которая гидролизует неправильно заряженные продукты, повышая точность. Заряженная тРНК доставляется к рибосоме, где ее антикодон спаривается с кодоном мРНК во время декодирования, а ее аминокислота добавляется к растущей цепи в каталитическом центре рибосомы. Предшественники тРНК обрезаются, модифицируются во многих положениях и сворачиваются, прежде чем стать функциональными.

Clinical relevance

Мутации, затрагивающие тРНК, их модифицирующие ферменты или аминоацил-тРНК-синтетазы, связаны с митохондриальными и неврологическими расстройствами, а синтетазы изучаются как антимикробные и терапевтические мишени. Эта статья предоставляет биологические сведения в качестве образовательной основы и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Гипотеза адаптера Фрэнсиса Крика предсказывала молекулу, которая будет связывать кодоны и аминокислоты, еще до того, как была идентифицирована тРНК, а определение Робертом Холли первой последовательности тРНК подтвердило ее структуру. Биохимия зарядки и признание того, что синтетазы делятся на два структурных класса с редактирующими функциями, установили, как система поддерживает точность генетического кода.

Key figures

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

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

Что делает транспортная РНК?

Она служит адаптером в трансляции: каждая тРНК переносит специфическую аминокислоту и спаривает свой антикодон с соответствующим кодоном мРНК, так что аминокислота добавляется в правильное положение в белке.

Почему аминоацил-тРНК-синтетазы важны для генетического кода?

Они присоединяют правильную аминокислоту к каждой тРНК; код верен только потому, что эти ферменты — часто с этапом коррекции — сопоставляют аминокислоты с правильными тРНК.