ทีอาร์เอ็นเอถ่ายโอนและอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส

ทีอาร์เอ็นเอถ่ายโอน (transfer RNAs) เป็นโมเลกุลตัวเชื่อมในการแปลรหัส: แต่ละโมเลกุลจะนำกรดอะมิโนจำเพาะและอ่านรหัสพันธุกรรม (codon) ของเอ็มอาร์เอ็นเอ (messenger-RNA) ที่สอดคล้องกันผ่านแอนติโคดอน (anticodon) ของมัน ซึ่งเชื่อมโยงรหัสพันธุกรรมเข้ากับลำดับโปรตีนทางกายภาพ เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส (aminoacyl-tRNA synthetases) เป็นเอนไซม์ที่บรรจุทีอาร์เอ็นเอแต่ละชนิดด้วยกรดอะมิโนที่ถูกต้อง และความแม่นยำของเอนไซม์เหล่านี้คือสิ่งที่ทำให้รหัสพันธุกรรมมีความเที่ยงตรง

Definition

ทีอาร์เอ็นเอถ่ายโอน (Transfer RNA) เป็นอาร์เอ็นเอขนาดเล็กที่พับตัวซึ่งนำส่งกรดอะมิโนจำเพาะไปยังไรโบโซมและจับคู่กับรหัสพันธุกรรมของเอ็มอาร์เอ็นเอผ่านแอนติโคดอนของมัน; เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส (aminoacyl-tRNA synthetases) เป็นเอนไซม์ที่เชื่อมต่อกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับทีอาร์เอ็นเอแต่ละชนิดด้วยพันธะโควาเลนต์ (อะมิโนเอซิเลชันหรือการบรรจุ)

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและการประมวลผลของทีอาร์เอ็นเอ หน้าที่ในการถอดรหัส (ตัวเชื่อม) ในการแปลรหัส เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทสที่สร้างความสอดคล้องกันระหว่างกรดอะมิโนและแอนติโคดอน และการตรวจสอบแก้ไขที่รับประกันความเที่ยงตรง หัวข้อนี้ถือว่าระบบทีอาร์เอ็นเอ-ซินเทเทสเป็นหัวข้อระดับโมเลกุลภายในชีววิทยาของอาร์เอ็นเอ และมีลักษณะเป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงการศึกษา

Core questions

• ทีอาร์เอ็นเอทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมที่เชื่อมโยงรหัสพันธุกรรมเข้ากับกรดอะมิโนได้อย่างไร?
• เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทสเลือกกรดอะมิโนและทีอาร์เอ็นเอที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• ความเที่ยงตรงของการบรรจุถูกรักษาไว้ผ่านการตรวจสอบแก้ไขได้อย่างไร?
• ทีอาร์เอ็นเอถูกประมวลผล ดัดแปลง และพับตัวให้เป็นรูปแบบที่ทำงานได้อย่างไร?

Key concepts

• โครงสร้างทีอาร์เอ็นเอแบบใบโคลเวอร์และรูปตัว L
• การจดจำแอนติโคดอนและรหัสพันธุกรรม
• อะมิโนเอซิเลชัน (การบรรจุ)
• เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทสชนิด I และชนิด II
• การแก้ไขและการตรวจสอบแก้ไขทีอาร์เอ็นเอที่บรรจุผิดพลาด
• การประมวลผลทีอาร์เอ็นเอและการดัดแปลงเบส
• การจับคู่แบบวอบเบิล (Wobble pairing)

Key theories

สมมติฐานตัวเชื่อม

การแปลรหัสต้องอาศัยโมเลกุลตัวเชื่อมที่จดจำรหัสพันธุกรรมและนำกรดอะมิโนที่สอดคล้องกัน; ทีอาร์เอ็นเอทำหน้าที่นี้ โดยมีเอนไซม์ซินเทเทสเป็นตัวกำหนดว่าทีอาร์เอ็นเอแต่ละชนิดนำกรดอะมิโนใด ดังนั้นความเที่ยงตรงของรหัสพันธุกรรมจึงขึ้นอยู่กับอะมิโนเอซิเลชันที่แม่นยำ

Mechanisms

ทีอาร์เอ็นเอที่สมบูรณ์จะพับตัวจากโครงสร้างทุติยภูมิแบบใบโคลเวอร์ (cloverleaf secondary structure) ไปเป็นโครงสร้างตติยภูมิรูปตัว L (L-shaped tertiary structure) โดยมีแอนติโคดอนอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและตำแหน่งการจับกรดอะมิโนอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง เอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทสจะจดจำทั้งกรดอะมิโนจำเพาะและทีอาร์เอ็นเอที่เข้าคู่กัน จากนั้นจะเร่งปฏิกิริยาสองขั้นตอน: การกระตุ้นกรดอะมิโนด้วย ATP ตามด้วยการถ่ายโอนไปยังปลาย 3' ของทีอาร์เอ็นเอ เนื่องจากกรดอะมิโนบางชนิดมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกัน ซินเทเทสหลายชนิดจึงมีกิจกรรมการแก้ไขที่ไฮโดรไลซ์ผลิตภัณฑ์ที่บรรจุผิดพลาด ซึ่งช่วยเพิ่มความเที่ยงตรง ทีอาร์เอ็นเอที่บรรจุแล้วจะถูกส่งไปยังไรโบโซม ซึ่งแอนติโคดอนของมันจะจับคู่กับรหัสพันธุกรรมของเอ็มอาร์เอ็นเอในระหว่างการถอดรหัส และกรดอะมิโนของมันจะถูกเพิ่มเข้ากับสายโซ่ที่กำลังเติบโตในศูนย์กลางเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม สารตั้งต้นของทีอาร์เอ็นเอจะถูกตัดแต่ง ดัดแปลงในหลายตำแหน่ง และพับตัวก่อนที่จะทำงานได้

Clinical relevance

การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อทีอาร์เอ็นเอ เอนไซม์ดัดแปลง หรืออะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทส มีความเชื่อมโยงกับความผิดปกติของไมโทคอนเดรียและระบบประสาท และเอนไซม์ซินเทเทสกำลังถูกศึกษาในฐานะเป้าหมายในการรักษาโรคติดเชื้อและโรคอื่นๆ ข้อมูลนี้ให้ความรู้ทางชีววิทยาเป็นพื้นฐานทางการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

สมมติฐานตัวเชื่อม (adaptor hypothesis) ของ Francis Crick ได้ทำนายถึงโมเลกุลที่จะเชื่อมโยงรหัสพันธุกรรมและกรดอะมิโนก่อนที่จะมีการระบุทีอาร์เอ็นเอ และการระบุลำดับทีอาร์เอ็นเอแรกโดย Robert Holley ได้ยืนยันโครงสร้างของมัน ชีวเคมีของการบรรจุและการรับรู้ว่าซินเทเทสแบ่งออกเป็นสองประเภทโครงสร้างที่มีหน้าที่ในการแก้ไข ได้สร้างความเข้าใจว่าระบบนี้รักษาความเที่ยงตรงของรหัสพันธุกรรมได้อย่างไร

Key figures

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

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

ทีอาร์เอ็นเอถ่ายโอนทำหน้าที่อะไร?

มันทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมในการแปลรหัส: ทีอาร์เอ็นเอแต่ละชนิดจะนำกรดอะมิโนจำเพาะและจับคู่แอนติโคดอนของมันกับรหัสพันธุกรรมของเอ็มอาร์เอ็นเอที่เข้าคู่กัน ดังนั้นกรดอะมิโนจึงถูกเพิ่มในตำแหน่งที่ถูกต้องในโปรตีน

ทำไมเอนไซม์อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอซินเทเทสจึงมีความสำคัญต่อรหัสพันธุกรรม?

เอนไซม์เหล่านี้จะเชื่อมต่อกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับทีอาร์เอ็นเอแต่ละชนิด; รหัสพันธุกรรมจะมีความเที่ยงตรงก็ต่อเมื่อเอนไซม์เหล่านี้—ซึ่งมักจะมีขั้นตอนการตรวจสอบแก้ไข—จับคู่กรดอะมิโนกับทีอาร์เอ็นเอที่ถูกต้อง