Transfer-RNA och aminoacyl-tRNA-syntetaser

Transfer-RNA (tRNA) är adaptormolekylerna vid translationen: varje tRNA bär en specifik aminosyra och läser motsvarande kodon i messenger-RNA (mRNA) via sin antikodon, vilket fysiskt kopplar den genetiska koden till proteinsekvensen. Aminoacyl-tRNA-syntetaser är de enzymer som laddar varje tRNA med sin korrekta aminosyra, och deras noggrannhet är det som gör koden trogen.

Definition

Transfer-RNA är ett litet, veckat RNA som levererar en specifik aminosyra till ribosomen och matchar den mot ett mRNA-kodon via sin antikodon; aminoacyl-tRNA-syntetaser är de enzymer som kovalent fäster den korrekta aminosyran till varje tRNA (aminoacylering eller laddning).

Scope

Detta ämne behandlar tRNA:s struktur och bearbetning, den avkodande (adaptor-) funktionen vid translationen, de aminoacyl-tRNA-syntetaser som etablerar motsvarigheten mellan aminosyra och antikodon, samt den korrekturläsning som säkerställer trohet. tRNA-syntetassystemet behandlas som ett molekylärt ämne inom RNA-biologi och är av referens- och utbildningskaraktär.

Core questions

• Hur fungerar tRNA som den adaptor som kopplar kodon till aminosyror?
• Hur väljer aminoacyl-tRNA-syntetaser den korrekta aminosyran och tRNA:t?
• Hur upprätthålls laddningens trohet genom korrekturläsning?
• Hur bearbetas, modifieras och veckas tRNA till sin funktionella form?

Key concepts

• tRNA:s klöverblads- och L-formade struktur
• Antikodon- och kodonigenkänning
• Aminoacylering (laddning)
• Klass I och klass II aminoacyl-tRNA-syntetaser
• Redigering och korrekturläsning av felaktigt laddat tRNA
• tRNA-bearbetning och basmodifiering
• Wobble-parning

Key theories

Adaptorhypotesen

Translation kräver en adaptormolekyl som känner igen kodon och bär den motsvarande aminosyran; tRNA uppfyller denna roll, där syntetaserna etablerar vilken aminosyra varje tRNA bär, så den genetiska kodens trohet vilar på korrekt aminoacylering.

Mechanisms

Ett moget tRNA veckas från sin klöverbladsformade sekundärstruktur till en L-formad tertiärstruktur, med en antikodon i ena änden och en aminosyra-fästesplats i den andra. Aminoacyl-tRNA-syntetaser känner igen både en specifik aminosyra och dess kognata tRNA (eller tRNA:er), och katalyserar sedan en tvåstegsreaktion: aktivering av aminosyran med ATP, följt av överföring till tRNA:ets 3'-ände. Eftersom vissa aminosyror är kemiskt lika, har många syntetaser en redigeringsaktivitet som hydrolyserar felaktigt laddade produkter, vilket ökar troheten. Det laddade tRNA:t levereras till ribosomen, där dess antikodon paras med mRNA-kodonet under avkodning och dess aminosyra läggs till den växande kedjan i ribosomens katalytiska centrum. tRNA-prekursorer trimmas, modifieras vid många positioner och veckas innan de blir funktionella.

Clinical relevance

Mutationer som påverkar tRNA, deras modifieringsenzymer eller aminoacyl-tRNA-syntetaser är kopplade till mitokondriella och neurologiska sjukdomar, och syntetaserna studeras som antimikrobiella och terapeutiska mål. Denna uppsats ger denna biologi som utbildningsbakgrund och är inte grund för individuell diagnos eller behandling.

History

Francis Cricks adaptorhypotes förutsade en molekyl som skulle överbrygga kodon och aminosyror innan tRNA identifierades, och Robert Holleys bestämning av den första tRNA-sekvensen bekräftade dess struktur. Biokemin för laddning och insikten att syntetaser faller i två strukturella klasser med redigeringsfunktioner etablerade hur systemet upprätthåller den genetiska kodens trohet.

Key figures

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

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

Vad gör transfer-RNA?

Det fungerar som en adaptor vid translationen: varje tRNA bär en specifik aminosyra och parar sin antikodon med det matchande mRNA-kodonet, så att aminosyran läggs till på rätt position i proteinet.

Varför är aminoacyl-tRNA-syntetaser viktiga för den genetiska koden?

De fäster den korrekta aminosyran till varje tRNA; koden är endast trogen eftersom dessa enzymer – ofta med ett korrekturläsningssteg – matchar aminosyror till rätt tRNA.