ทีอาร์เอ็นเอถ่ายโอนและอะมิโนเอซิลเลชัน

โมเลกุลอะแดปเตอร์ที่เชื่อมโยงรหัสพันธุกรรม (codons) กับกรดอะมิโนเข้าด้วยกัน และเอนไซม์สังเคราะห์ (synthetases) ที่ทำหน้าที่เติมกรดอะมิโนที่ถูกต้องให้กับ tRNA แต่ละชนิด

Definition

Transfer RNA (tRNA) คือ RNA ขนาดเล็กที่มีโครงสร้างพับตัวซึ่งทำหน้าที่นำกรดอะมิโนจำเพาะและมีแอนติโคดอนที่เข้าคู่กับรหัสพันธุกรรม (mRNA codon) ส่วนอะมิโนเอซิลเลชัน (aminoacylation) หรือการเติมกรดอะมิโน (charging) คือกระบวนการที่เอนไซม์ซินเทเทสเร่งปฏิกิริยาการเชื่อมกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับ tRNA ที่จำเพาะของมัน ซึ่งเป็นการสร้างการเชื่อมโยงทางกายภาพระหว่างรหัสพันธุกรรมและโปรตีน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของ transfer RNA (tRNA) — รูปทรงใบโคลเวอร์และรูปตัว L, แอนติโคดอน, และปลายรับกรดอะมิโน — รวมถึงเอนไซม์อะมิโนเอซิล-tRNA ซินเทเทส (aminoacyl-tRNA synthetases) ที่ทำหน้าที่เชื่อมกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับ tRNA แต่ละชนิด นอกจากนี้ยังกล่าวถึงวิธีการรักษาความแม่นยำในการเติมกรดอะมิโน (charging fidelity) รวมถึงการตรวจสอบแก้ไขโดยเอนไซม์ซินเทเทส และวิธีการที่แอนติโคดอนช่วยให้การถอดรหัสถูกต้อง การใช้ tRNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่โดยไรโบโซมจะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• โครงสร้างของ tRNA เป็นอย่างไร และทำหน้าที่เป็นอะแดปเตอร์ได้อย่างไร?
• เอนไซม์อะมิโนเอซิล-tRNA ซินเทเทสเชื่อมกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับ tRNA ที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• ความแม่นยำในการเติมกรดอะมิโนยังคงรักษาไว้ได้อย่างไร เมื่อพิจารณาจากกรดอะมิโนที่มีโครงสร้างทางเคมีคล้ายกัน?
• แอนติโคดอนช่วยให้การจดจำรหัสพันธุกรรมที่ถูกต้องระหว่างการแปลรหัสได้อย่างไร?

Key theories

สมมติฐานอะแดปเตอร์

Crick เสนอว่าโมเลกุลอะแดปเตอร์ขนาดเล็กทำหน้าที่นำกรดอะมิโนและจดจำรหัสพันธุกรรมโดยการจับคู่เบส Transfer RNA คืออะแดปเตอร์เหล่านี้ ซึ่งแยกเคมีของกรดอะมิโนออกจากภาษาของกรดนิวคลีอิก

ความแม่นยำในการเติมกรดอะมิโนที่บังคับโดยเอนไซม์ซินเทเทส

เอนไซม์อะมิโนเอซิล-tRNA ซินเทเทสจดจำได้ทั้งกรดอะมิโนและ tRNA ที่จำเพาะของมัน และหลายชนิดใช้ขั้นตอนการแก้ไข (proofreading) เพื่อไฮโดรไลซ์ผลิตภัณฑ์ที่เติมกรดอะมิโนผิดพลาด เพื่อให้แน่ใจว่ารหัสพันธุกรรมถูกอ่านอย่างถูกต้องในขั้นตอนการเติมกรดอะมิโน

Mechanisms

Transfer RNA จะพับตัวเป็นรูปตัว L ที่กะทัดรัด โดยมีแอนติโคดอนอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและปลายรับกรดอะมิโนอยู่ที่อีกด้านหนึ่ง เอนไซม์อะมิโนเอซิล-tRNA ซินเทเทสจะกระตุ้นกรดอะมิโนจำเพาะของมันด้วย ATP และถ่ายโอนกรดอะมิโนนั้นไปยังปลาย 3' ของ tRNA ที่เข้าคู่กัน เอนไซม์ซินเทเทสหลายชนิดมีตำแหน่งแก้ไขแยกต่างหากที่ทำหน้าที่ไฮโดรไลซ์กรดอะมิโนที่เชื่อมติดผิดพลาด ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำ ในระหว่างการแปลรหัส (translation) แอนติโคดอนของ tRNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่จะจับคู่กับ mRNA codon ในศูนย์ถอดรหัสของไรโบโซม เพื่อส่งมอบกรดอะมิโนที่ถูกเข้ารหัส

Clinical relevance

การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อ tRNA หรือเอนไซม์ซินเทเทสเป็นสาเหตุของความผิดปกติทางพันธุกรรมหลายชนิด และขั้นตอนการเติมกรดอะมิโนกำลังถูกศึกษาเพื่อการปรับปรุงรหัสพันธุกรรมให้กว้างขวางขึ้น ข้อมูลนี้มีไว้เพื่อแสดงความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

History

สมมติฐานอะแดปเตอร์ของ Crick ได้ทำนายการมีอยู่ของ tRNA ก่อนที่จะมีการระบุทางชีวเคมี Holley ได้กำหนดลำดับ tRNA ที่สมบูรณ์เป็นครั้งแรกในช่วงกลางทศวรรษ 1960 และหลังจากนั้นเอนไซม์ซินเทเทสและกิจกรรมการแก้ไขของพวกมันก็ได้รับการจำแนก ทำให้บทบาทของ tRNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่ในการถอดรหัสเป็นที่ประจักษ์

Key figures

• Francis Crick
• Robert Holley
• Paul Zamecnik

Seminal works

• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

การ 'เติมกรดอะมิโน' ให้กับ tRNA หมายความว่าอย่างไร?

หมายถึงการเชื่อมกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับ tRNA นั้น tRNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่ หรือ aminoacylated tRNA จะนำกรดอะมิโนที่ระบุโดยรหัสพันธุกรรมที่แอนติโคดอนของมันจดจำ

เซลล์หลีกเลี่ยงการใส่กรดอะมิโนผิดชนิดลงบน tRNA ได้อย่างไร?

เอนไซม์อะมิโนเอซิล-tRNA ซินเทเทสจดจำได้ทั้งกรดอะมิโนและ tRNA และหลายชนิดมีตำแหน่งแก้ไขที่ทำลายกรดอะมิโนที่เชื่อมติดผิดพลาด