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10.3:

tRNA Activation

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Cell Biology
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tRNA Activation

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Per decodificare un mRNA in una sequenza proteica, ogni molecola di tRNA che porta un amminoacido riconosce la sequenza di codoni di tre nucleotidi sull’mRNA che corrisponde all’amminoacido. Ci sono 61 sequenze di codoni distinte che codificano 20 amminoacidi presenti in una cellula. Un singolo aminoacido è codificato da diversi codoni, con un tRNA che porta un aminoacido.Durante l’appaiamento dell’anticodone tRNA con il codone mRNA, una volta appaiate le prime due posizioni, la terza base può accoppiarsi ad una delle purine o ad una delle pirimidine. Questa base oscillante consente a 20 tRNA di decodificare 61 codoni mRNA. Un amminoacido è legato covalentemente all’estremità 3 primi del suo partner tRNA da un gruppo di enzimi chiamati aminoacil tRNA sintetasi.Ci sono 20 differenti aminoacil tRNA sintetasi corrispondenti a 20 aminoacidi. La reazione catalitica procede in due fasi. la prima fase è l’attivazione degli aminoacidi, dove all’interno del pocket o tasca enzimatica l’aminoacido reagisce con un ATP formando un aminoacile intermedio AMP sintasi.Nella seconda fase di esterificazione, l’amminoacido attivato viene unito ad un gruppo idrossile all’estremità 3 primi del tRNA, formando la molecola finale di amminoacil tRNA. Se l’enzima lega l’amminoacido sbagliato, può correggere l’errore attraverso un meccanismo di correzione. L’amminoacido corretto ha un’alta affinità per il sito attivo dell’enzima.Gli aminoacidi più grandi vengono rifiutati dal sito attivo. Se un amminoacido ha dimensioni simili a quelle corrette, prima di essere accoppiato a un tRNA, gli AMPs aminoacilici incorretti, vengono forzati ad una seconda modifica, nel pocket, all’interno dell’enzima. Poiché le dimensioni di questo sito di editing corrispondono esattamente all’amminoacido corretto, gli AMPs aminoacilici errati vengono idrolizzati, piuttosto che essere uniti al tRNA.

10.3:

tRNA Activation

Aminoacyl-tRNA synthetases are present in both eukaryotes and bacteria. Though eukaryotes have 20 different aminoacyl-tRNA synthetases to couple to 20 amino acids, many bacteria do not have genes for all of these aminoacyl-tRNA synthetases. Despite this, they still use all 20 amino acids to synthesize their proteins. For instance, some bacteria do not have the gene encoding the enzyme that couples glutamine with its partner tRNA. In these organisms, one enzyme adds glutamic acid to all of the glutamic acid tRNA molecules, as well as all of the glutamine tRNA molecules. Then, a second enzyme chemically modifies the glutamic acid into glutamine on the latter tRNA molecules, thus forming the proper pair.

The equal importance of tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase was established by a series of experiments in which one amino acid was chemically converted into a different amino acid after being attached to its paired tRNA. In an in vitro protein synthesis experiment, these "hybrid" aminoacyl-tRNA molecules inserted the incorrect amino acid at every point in the peptide chain where that tRNA was used. The results showed that both the tRNA and the enzyme are equally required for proper translation of the amino acid sequence encoded by the mRNA.

In cells, aminoacyl-tRNA synthetases use structural and chemical complementarity to identify the correct tRNA that must be coupled to the amino acid bound at its active site. Most tRNA synthetases contain three adjacent nucleotide-binding pockets, each of which is complementary in shape and charge to a nucleotide in the anticodon. While these pockets recognize the specific nucleotides in the anticodon loop of the tRNA, additional amino acids interact with the amino acid-accepting arm, thus allowing the correct tRNA to fit into the synthesis site of the enzyme.

Suggested Reading

  1. Alberts, Bruce. "Molecular Biology of the Cell." (2016), Pgs 336-339.
  2. “PDB101: Molecule of the Month: Aminoacyl-TRNA Synthetases.” RCSB, PDB-101, Apr. 2001, pdb101.rcsb.org/motm/16.