Определение тРНК
Трансферные РНК или тРНК представляют собой молекулы, которые действуют как временные носители аминокислоты в результате чего соответствующие аминокислоты рибосома на основе мессенджера РНК (мРНК ) нуклеотид последовательность. Таким образом, они действуют как посредники между нуклеотидной и аминокислотной последовательностями.
тРНК представляют собой рибонуклеиновые кислоты и поэтому способны образовывать водородные связи с мРНК. Кроме того, они также могут образовывать сложноэфирные связи с аминокислотами и, следовательно, могут физически объединять мРНК и аминокислоты в процессе перевод, Они спариваются с мРНК комплементарным и антипараллельным образом, и каждая тРНК может базовая пара с натяжкой из трех нуклеотидов на мРНК. Эти наборы из трех нуклеотидов на мРНК называются кодонами, а соответствующая последовательность на тРНК называется антикодоновую, Спаривание оснований между кодоном и антикодоном вносит специфичность в процесс трансляции. На одном конце тРНК соответствующая аминокислота присоединена к ее 3 ’ гидроксильная группа основанный на антикодоне и рибосоме катализирует образование пептидная связь между этой аминокислотой и удлиненной полипептидной цепью.
Структура и функции тРНК
Трансферные РНК кодируются рядом генов и обычно представляют собой короткие молекулы длиной от 70 до 90 нуклеотидов (5 нм). Двумя наиболее важными частями тРНК являются ее антикодон и концевая 3′-гидроксильная группа, которая может образовывать сложноэфирную связь с аминокислотой. Тем не менее, существуют и другие аспекты структуры тРНК, такие как D-плечо и T-плечо, которые способствуют его высокому уровню специфичности и эффективности. Только 1 из 10000 аминокислот неправильно присоединены к тРНК, что является замечательным числом, учитывая химическое сходство между многими аминокислотами.
Трансферные РНК имеют сахарно-фосфатный остов, как и все другие клеточные нуклеиновые кислоты, и ориентация рибозного сахара вызывает направленность в молекула, Один конец РНК имеет реактивный фосфатная группа присоединен к пятому атому углерода рибозы, тогда как другой конец имеет свободную гидроксильную группу на третьем атоме углерода. Это приводит к 5 ‘и 3’ концам РНК, так как все другие фосфатные и гидроксильные группы участвуют в фосфодиэфирных связях внутри нуклеиновая кислота.
D-рычаг состоит из двухцепочечной области ствола, образованной внутренним спариванием оснований, а также петлевой структурой неспаренных нуклеотидов. D-дуга является сильно изменчивой областью и играет важную роль в стабилизации РНК. третичная структура а также влияет на кинетику и точность трансляции на рибосоме.
Другой структурой, которая влияет на роль тРНК в трансляции, является Т-образный рычаг. Как и у D-плеча, он содержит участок нуклеотидов, пары оснований которых соединены друг с другом, и петлю, которая является одноцепочечной. Парный регион называется «стебель» и в основном содержит 5 пар оснований. Цикл содержит модифицированные основания и также называется плечом TΨC, чтобы указать присутствие остатков тимидина, псевдоуридина и цитидина (модифицированных оснований). Молекулы тРНК необычны тем, что содержат большое количество модифицированных оснований, а также содержат тимидин, обычно наблюдаемый только в ДНК. Т-образный рычаг участвует во взаимодействии тРНК с рибосомой.
Наконец, вариабельное плечо, содержащее менее 20 нуклеотидов, расположено между антикодонной петлей и Т-образным плечом. Он играет роль в распознавании тРНК ААТС, но может отсутствовать в некоторых вид.
Считается, что вторичная структура тРНК, содержащая акцепторную область, D- и T-плечи и петлю антикодона, напоминает клеверный лист. После того как РНК складывается в свою третичную структуру, она становится L-образной, с акцепторным стержнем и Т-образным плечом, образующим расширенную спираль, а антикодонная петля и D-плечо аналогично образуют еще одну расширенную спираль. Эти две спирали располагаются перпендикулярно друг другу таким образом, что D-рычаг и Т-образный рычаг находятся в непосредственной близости, в то время как петля антикодона и плечо акцептора расположены на противоположных концах молекулы.
На этом изображении 3’’-область CCA выделена желтым цветом, плечо акцептора – фиолетовым, переменная петля – оранжевым, D-плечо красным, T-плечо зеленым и антикодонная петля синим.
Типы тРНК
ТРНК может быть классифицирована на основе аминокислоты, которую она несет, давая в результате 20 различных тРНК. Альтернативно, они также могут быть сгруппированы на основе их антикодона. Существует 64 возможных кодона, возникающих из комбинации четырех нуклеотидов. Из них 3 являются стоп кодоны это сигнал об окончании перевода. Это приводит к ситуации, когда одна аминокислота представлена множественными кодонами и AATS, а также тРНК должны учитывать эту избыточность. Однако очень немногие виды имеют ровно 61 тРНК, что ставит вопрос о том, как каждый кодон распознается конкретной тРНК. У многих видов это число значительно превышает 61, и разные тРНК, несущие один и тот же антикодон, могут демонстрировать различную эффективность в трансляции, добавляя слой регуляции в процесс синтеза белка.
тРНК взаимодействуют с кодонами мРНК через их антикодонную петлю. Спаривание оснований между кодоном и антикодоном обеспечивает специфичность при трансляции. Однако первое основание антикодона, которое соединяется с «колебанием» или третьей позицией в кодоне, часто модифицируется, чтобы позволить тРНК образовывать водородную связь с тремя, а не с одним основанием. Таким образом, одна тРНК имеет возможность распознавания и спаривания оснований с тремя кодонами, которые кодируют одну и ту же аминокислоту. Есть 20 ААТС, по одному на каждую аминокислоту. Эта группа ферментов может распознавать все антикодоны, представляющие определенную аминокислоту, и, следовательно, выступать в качестве второго рычага механизма, который обрабатывает генетический код избыточность.
Наконец, эти молекулы также можно разделить на три категории: те, которые несут канонические аминокислоты, присоединенные к правильной тРНК, те, которые неправильно присоединены, и те, которые несут модифицированные аминокислоты, такие как селеноцистеин, для неканонического удлинения.
Посттранскрипционная модификация тРНК
В геноме человека насчитывается около 500 генов, кодирующих тРНК, и 300 ген фрагменты, связанные с этими РНК. Эти гены транскрибируются РНК-полимераза III и транскрипт подвергается обширной модификации, особенно у эукариот. Интроны сращены, интрон –экзон На границу действуют эндонуклеазы, 5′- и 3′-концы РНК обрабатываются, и ферменты добавляют концевые остатки CCA к 3′-концу тРНК. Остатки CCA могут стать аминоацилированными в самом ядре, и эта заряженная тРНК может затем экспортироваться из ядра.
Кроме того, многие основания на тРНК также модифицируются, особенно метилированием (добавление метильной группы) и дезамидированием (удаление амидной группы). В частности, первая база антикодона, которая спаривается с положением «колебания» на кодоне, модифицирована, чтобы допустить необычные типы спаривания оснований. Аденин может быть модифицирован с образованием инозина, который расширяет возможности соединения, включая урацил, цитозин и аденин. Псевдоуридин является еще одним распространенным модифицированным основанием, полученным из остатков уридина посредством ферментативно-опосредованной изомеризации. Говорят, что он играет роль в структурной целостности молекулы тРНК, участвует в придании жесткости близлежащему сахарофосфатному остову, а также влияет на укладку основания проксимальных областей. Лизидин является необычным основанием, образованным, когда аминокислота лизина присоединена к остатку цитидина. Лизидин специфически связывается с аденозином, свойство, которое используется тРНК изолейцина для обеспечения специфичности трансляции.
AATS присоединяют подходящую аминокислоту к молекулам тРНК на основе их антикодона. Эти ферменты содержат сайты связывания для аминокислоты, тРНК, а также АТФ и Hydrolyze ATP к AMP и присоедините аминокислоту к рибозному сахару последнего нуклеотида на тРНК. Теперь тРНК считается «заряженной» и может участвовать в реакциях синтеза белка на рибосоме. Эта реакция часто происходит в цитоплазма Хотя это также наблюдалось в ядре.
Зрелая тРНК затем связывает специфические экспортные факторы, которые экспортируют ее из ядра, используя систему RanGTP. Рука акцептора и T-рука играют важную роль в этом процессе, и существует обширное взаимодействие между факторами экспорта и молекулой РНК, что позволяет только полностью обработанным, полным тРНК перемещаться в цитоплазму.
Взаимодействие тРНК с рибосомой
Рибосома содержит три важных области – P (пептидильный) сайт, содержащий растущий полипептид, A (акцепторный) сайт, который получает новую заряженную тРНК, и E (выходной) сайт, через который деацилированная тРНК покидает рибосому. Эти сайты охватывают обе субъединицы рибосомы и обозначаются как сайты P / P или A / A, причем первая буква относится к сайту на меньшей субъединице. Например, сайт P / P связывается с тРНК, закрепляющей полипептидную цепь, в то время как сайт A / A привязывает входящую заряженную тРНК. Пептидил-тРНК в P / P-сайте переносит растущий полипептид в тРНК в A / A-сайте и подвергается деацилированию. Чтобы продолжить процесс трансляции, рибосома продвигается вперед на один кодон, заставляя тРНК в P / P-сайте сместиться в переходную P / E-конфигурацию и затем в E / E-сайт, прежде чем покинуть рибосому. Точно так же тРНК на A / A-сайте принимает временную конформацию A / P-связывания перед оседанием на P / P-сайте, готовую к следующей аминокислоте для продолжения трансляции.
- антипараллельны – Параллельно, но работает в противоположных направлениях, таких как два сахарофосфатных остова молекулы ДНК.
- взаимодополняемость – Свойство азотистых оснований в нуклеиновых кислотах образовывать специфические и стабильные водородные связи с другими азотистыми основаниями. Например, взаимодействие между аденином и тимин через комплементарную водородную связь.
- интроны – Части молекулы РНК, которые удаляются после транскрипции.
- транскрипция – Процесс генерирования молекулы РНК из матрицы ДНК.
викторина
1. Какая из этих структур обнаружена на тРНК?A. Антикондон петляB. кодоныC. AATSD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 1
верно. Только антикодонная петля обнаружена в тРНК. Кодоны обнаруживаются на мРНК, а AATS являются ферментами, а не частями молекулы РНК.
2. Какие из этих модифицированных остатков обнаружены в тРНК?A. псевдоуридинаB. тимидинаC. цитидинD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 2
D верно. Трансферные РНК содержат ряд модифицированных оснований, и эти модификации необходимы для его правильного функционирования. Пока что они являются единственным классом молекул РНК, которые, как известно, содержат тимидин, обычно наблюдаемый только в ДНК. Псевдоуридин и цитидин обычно видны в T-плече тРНК.
3. Какое из этих модифицированных оснований происходит от аденина?A. аденозинB. ИнозинC. цитидинD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 3
В верно. Инозин получен из аденина. Хотя технически можно сказать, что аденозин происходит из аденина, он не считается «модифицированным» основанием. Цитидиновый нуклеотид образуется, когда цитозин присоединяется к фосфорилированному рибозному сахару.