转移RNA和氨酰-tRNA合成酶

转移RNA是翻译的衔接分子：每个tRNA携带一个特定的氨基酸，并通过其反密码子读取相应的信使RNA密码子，从而将遗传密码与蛋白质序列物理连接起来。氨酰-tRNA合成酶是负责将正确氨基酸连接到每个tRNA上的酶，它们的准确性保证了遗传密码的忠实性。

Definition

转移RNA是一种小的、折叠的RNA，它将特定的氨基酸递送至核糖体，并通过其反密码子与mRNA密码子配对；氨酰-tRNA合成酶是负责将正确氨基酸共价连接到每个tRNA上的酶（氨基酰化或加载）。

Scope

本主题涵盖tRNA的结构和加工、在翻译中的解码（衔接）功能、建立氨基酸与反密码子之间对应关系的氨酰-tRNA合成酶，以及确保忠实性的校对机制。它将tRNA-合成酶系统作为RNA生物学中的一个分子主题进行探讨，并具有参考教育意义。

Core questions

• tRNA如何作为连接密码子和氨基酸的衔接分子？
• 氨酰-tRNA合成酶如何选择正确的氨基酸和tRNA？
• 通过校对机制如何维持氨基酰化（charging）的忠实性？
• tRNA如何被加工、修饰和折叠成其功能形式？

Key concepts

• tRNA三叶草形和L形结构
• 反密码子和密码子识别
• 氨基酰化（charging）
• I类和II类氨酰-tRNA合成酶
• 错误连接tRNA的编辑和校对
• tRNA加工和碱基修饰
• 摆动配对

Key theories

衔接假说

翻译需要一种能够识别密码子并携带相应氨基酸的衔接分子；tRNA履行了这一角色，合成酶确定了每个tRNA携带哪种氨基酸，因此遗传密码的忠实性取决于准确的氨基酰化。

Mechanisms

成熟的tRNA从其三叶草二级结构折叠成L形三级结构，一端呈现反密码子，另一端呈现氨基酸附着位点。氨酰-tRNA合成酶识别特定的氨基酸及其同源tRNA，然后催化两步反应：首先用ATP激活氨基酸，然后将其转移到tRNA的3'端。由于某些氨基酸在化学上相似，许多合成酶具有编辑活性，可以水解错误连接的产物，从而提高忠实性。已连接氨基酸的tRNA被递送至核糖体，其反密码子在解码过程中与mRNA密码子配对，其氨基酸在核糖体的催化中心被添加到正在生长的链中。tRNA前体在发挥功能之前会经过修剪、在许多位置进行修饰和折叠。

Clinical relevance

影响tRNA、其修饰酶或氨酰-tRNA合成酶的突变与线粒体和神经系统疾病有关，并且合成酶被作为抗菌和治疗靶点进行研究。本条目提供这些生物学知识作为教育背景，并非个体诊断或治疗的依据。

History

弗朗西斯·克里克（Francis Crick）的衔接假说在tRNA被识别之前就预测了一种能够连接密码子和氨基酸的分子，罗伯特·霍利（Robert Holley）对第一个tRNA序列的测定证实了其结构。氨基酰化（charging）的生物化学以及合成酶分为两类具有编辑功能的结构这一认识，确立了该系统如何维持遗传密码的忠实性。

Key figures

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

Seminal works

• ibba-2000
• nissen-2000

Frequently asked questions

转移RNA有什么作用？

它在翻译中充当衔接分子：每个tRNA携带一个特定的氨基酸，并将其反密码子与匹配的mRNA密码子配对，从而使氨基酸在蛋白质中被添加到正确的位置。

氨酰-tRNA合成酶对遗传密码为何重要？

它们将正确的氨基酸连接到每个tRNA上；遗传密码之所以忠实，正是因为这些酶——通常通过校对步骤——将氨基酸与正确的tRNA匹配起来。