Трансферна РНК та аміноацил-тРНК-синтетази

Трансферні РНК (тРНК) є адапторними молекулами трансляції: кожна несе специфічну амінокислоту і зчитує відповідний кодон матричної РНК (мРНК) через свій антикодон, фізично пов'язуючи генетичний код із послідовністю білка. Аміноацил-тРНК-синтетази є ферментами, які заряджають кожну тРНК відповідною амінокислотою, і саме їхня точність забезпечує вірність коду.

Definition

Трансферна РНК — це невелика, складена РНК, яка доставляє специфічну амінокислоту до рибосоми та зіставляє її з кодоном мРНК через свій антикодон; аміноацил-тРНК-синтетази — це ферменти, які ковалентно приєднують правильну амінокислоту до кожної тРНК (аміноацилювання або заряджання).

Scope

Ця тема охоплює структуру та процесинг тРНК, функцію розпізнавання (адапторну) в трансляції, аміноацил-тРНК-синтетази, які встановлюють відповідність між амінокислотою та антикодоном, а також коректуру, що забезпечує точність. Вона розглядає систему тРНК-синтетаза як молекулярну тему в межах біології РНК і має довідково-освітній характер.

Core questions

• Як тРНК діє як адаптор, що пов'язує кодони з амінокислотами?
• Як аміноацил-тРНК-синтетази вибирають правильну амінокислоту та тРНК?
• Як забезпечується точність заряджання через коректуру?
• Як тРНК процесується, модифікується та згортається у функціональну форму?

Key concepts

• Клеверна та L-подібна структура тРНК
• Розпізнавання антикодону та кодону
• Аміноацилювання (заряджання)
• Клас I та клас II аміноацил-тРНК-синтетаз
• Редагування та коректура неправильно зарядженої тРНК
• Процесинг та модифікація основ тРНК
• Воббл-спарювання

Key theories

Адапторна гіпотеза

Трансляція потребує адапторної молекули, яка розпізнає кодони та несе відповідну амінокислоту; тРНК виконує цю роль, а синтетази встановлюють, яку амінокислоту несе кожна тРНК, отже, точність генетичного коду залежить від точного аміноацилювання.

Mechanisms

Зріла тРНК згортається зі своєї вторинної структури типу «конюшиновий лист» у третинну L-подібну структуру, представляючи антикодон на одному кінці та сайт приєднання амінокислоти на іншому. Аміноацил-тРНК-синтетази розпізнають як специфічну амінокислоту, так і її когнатну(і) тРНК(и), а потім каталізують двоступеневу реакцію: активацію амінокислоти за допомогою АТФ, а потім перенесення на 3'-кінець тРНК. Оскільки деякі амінокислоти хімічно схожі, багато синтетаз мають редагувальну активність, яка гідролізує неправильно заряджені продукти, підвищуючи точність. Заряджена тРНК доставляється до рибосоми, де її антикодон спарюється з кодоном мРНК під час розпізнавання, а її амінокислота додається до зростаючого ланцюга в каталітичному центрі рибосоми. Прекурсори тРНК обрізаються, модифікуються в багатьох позиціях і згортаються перед тим, як стати функціональними.

Clinical relevance

Мутації, що впливають на тРНК, їхні ферменти модифікації або аміноацил-тРНК-синтетази, пов'язані з мітохондріальними та неврологічними розладами, а синтетази вивчаються як протимікробні та терапевтичні мішені. Ця стаття надає цю біологію як освітній фон і не є основою для індивідуальної діагностики чи лікування.

History

Гіпотеза адаптора Френсіса Кріка передбачала молекулу, яка б пов'язувала кодони та амінокислоти ще до ідентифікації тРНК, а визначення першої послідовності тРНК Робертом Голлі підтвердило її структуру. Біохімія заряджання та розпізнавання того, що синтетази поділяються на два структурні класи з редагувальними функціями, встановили, як система підтримує точність генетичного коду.

Key figures

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

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

Що робить трансферна РНК?

Вона слугує адаптором у трансляції: кожна тРНК несе специфічну амінокислоту і спарює свій антикодон з відповідним кодоном мРНК, тому амінокислота додається у правильному місці білка.

Чому аміноацил-тРНК-синтетази важливі для генетичного коду?

Вони приєднують правильну амінокислоту до кожної тРНК; код є точним лише тому, що ці ферменти — часто з етапом коректури — зіставляють амінокислоти з правильними тРНК.