Back to chapter

10.3:

tRNA Activation

JoVE Core
Cell Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Cell Biology
tRNA Activation

Languages

Share

Чтобы декодировать мРНК в белковую последовательность, каждая молекула тРНК, несущая аминокислоту, распознает трехнуклеотидный последовательность кодонов на мРНК, которая соответствует аминокислоте. Существует 61 различная последовательность кодонов, которые кодирует 20 аминокислот, содержащихся в клетке. Единственная аминокислота закодирована для нескольких разных кодонов, с одной тРНК, несущей одну аминокислоту.Во время сопряжения антикодона тРНК с кодоном мРНК, как только первые два участника образуют пару, третье основание может образовывать пару с любым пурином, или с любым пиримидином. Эта неустойчивое основание позволяет 20 тРНК декодировать 61 мРНК-кодон. Аминокислота ковалентно связана с концом праймера 3 своего партнера тРНК с помощью группы ферментов, называемых аминоацильные тРНК-синтетазы.Существует 20 различных аминоацильных тРНК-синтетаз, соответствующих 20-ти аминокислотам. Каталитическая реакция выполняется в два этапа. Первый шаг это активация аминокислот, когда в пределах ферментного кармана аминокислота реагирует с ATФ, образуя аминоацильную АМФ синтазу в качестве промежуточного шага.На втором этапе этерификации, активированная аминокислота присоединяется к гидроксильной группе при праймере 3 терминала тРНК, формируя последнюю молекулу аминоацильной тРНК. Если фермент связывается с неверной аминокислотой, он может исправить ошибку через механизм корректуры. Правильная аминокислота имеет высокий уровень сродства с активным сайтом фермента.Более крупные аминокислоты отклоняются от активного сайта. Если аминокислота является сходной по размеру с правильной кислотой, перед тем, как связаться с тРНК, Неправильные аминоацильные АМФ принудительно направляются во второй редактирующий карман в пределах фермента. Поскольку размеры этого сайта редактирования точно совпадают с правильной аминокислотой, Неверные аминоацильные АМФ гидролизуются, вместо того, чтобы быть присоединёнными к тРНК.

10.3:

tRNA Activation

Аминоацил-тРНК-синтетазы присутствуют как у эукариот, так и у бактерий. Хотя у эукариот есть 20 различных аминоацил-тРНК-синтетаз для связывания с 20 аминокислотами, многие бактерии не имеют генов для всех этих аминоацил-тРНК-синтетаз. Несмотря на это, они по-прежнему используют все 20 аминокислот для синтеза своих белков. Например, у некоторых бактерий нет гена, кодирующего фермент, который связывает глутамин с его тРНК-компаньоном. У этих организмов один фермент добавляет глутаминовую кислоту ко всем молекулам тРНК для глутаминовой кислоты, а также всем молекулам тРНК для глутамина. Затем второй фермент химически модифицирует глутаминовую кислоту в глутамин на молекулах последней тРНК, образуя таким образом правильную пару.

Равная важность тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы была установлена серией экспериментов, в которых одна аминокислота химически превращалась в другую аминокислоту уже после присоединения к ее парной тРНК. В эксперименте по синтезу белка in vitro эти "гибридные" молекулы аминоацил-тРНК вставляли неправильную аминокислоту в каждую точку пептидной цепи, где использовалась эта тРНК. Результаты показали, что и тРНК, и фермент в равной степени необходимы для правильной трансляции аминокислотной последовательности, кодируемой мРНК.

В клетках аминоацил-тРНК-синтетазы используют структурную и химическую комплементарность для определения правильной тРНК, которая должна быть соединена с аминокислотой, связанной в их активном сайте. Большинство тРНК-синтетаз содержат три соседних нуклеотид-связывающих кармана, каждый из которых комплементарен по форме и заряду нуклеотиду в антикодоне. Хотя эти карманы распознают специфические нуклеотиды в антикодоновой петле тРНК, дополнительные аминокислоты взаимодействуют с принимающим аминокислоту плечом, таким образом позволяя правильной тРНК вписаться в сайт фермента для синтеза.

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.