Войти
Аминоацил-тРНК, с тРНК над стрелкой и общей аминокислотой под стрелкой. В большинстве случаев структура тРНК представлена в виде упрощенной красочной модели шарика и палки ; концевой аденозин и аминокислота показаны в виде структурных формул. Стрелка указывает на сложноэфирную связь между аминокислотой и тРНК. Аминоацил-тРНК (также аа-тРНК или заряженная тРНК ) - тРНК, с которой химически связана (заряжена) его родственная аминокислота. Аа-тРНК вместе с конкретными факторами элонгации доставляют аминокислоту к рибосоме для включения в цепь полипептида, которая продуцируется во время трансляции.
Сама по себе аминокислота не является субстратом, необходимым для образования пептидных связей в растущей полипептидной цепи. Вместо этого аминокислоты должны быть «заряжены» или аминоацилированы тРНК для образования соответствующей аа-тРНК. Каждая аминокислота имеет свою собственную специфическую аминоацил-тРНК-синтетазу, которая используется для химического связывания с тРНК, к которой она специфична, или, другими словами, «родственной» ей. Спаривание тРНК с родственной ей аминокислотой имеет решающее значение, поскольку оно гарантирует, что во время синтеза белка используется только конкретная аминокислота, соответствующая антикодону тРНК и, в свою очередь, соответствующая кодону мРНК..
Чтобы предотвратить ошибки трансляции, при которых неправильная аминокислота включается в полипептидную цепь, эволюция предусмотрела возможность проверки функциональных возможностей аа-тРНК синтетаз; эти механизмы обеспечивают правильное соединение аминокислоты с родственной ей тРНК. Аминокислоты, которые неправильно ацилируются с помощью соответствующего субстрата тРНК, подвергаются гидролизу посредством механизмов деацилирования, которыми обладают aa-тРНК синтетазы.
Из-за вырожденности генетического кода несколько тРНК будут иметь одинаковые аминокислота, но разные кодоны. Эти разные тРНК называются изоакцепторами. При определенных обстоятельствах будут заряжены непохожие аминокислоты, что приведет к неправильной зарядке или мизаминоацилированной тРНК. Эти неправильно заряженные тРНК должны быть гидролизованы, чтобы предотвратить неправильный синтез белка.
Хотя аа-тРНК служит главным образом промежуточным звеном между кодирующей цепью мРНК и кодируемой полипептидной цепью во время синтеза белка, также обнаружено, что аа-тРНК выполняет функции в нескольких других путях биосинтеза. Было обнаружено, что аа-тРНК действуют как субстраты в путях биосинтеза клеточных стенок, антибиотиков, липидов и деградации белков.
Понятно, что аа-тРНК могут функционировать как доноры аминокислот, необходимых для модификации липидов и биосинтеза антибиотиков. Также известно, что кластеры генов могут использовать аа-тРНК для регулирования синтеза кодируемых полипептидов.
Аминоацил-тРНК получают в два этапа. Во-первых, аденилирование аминокислоты, которая образует аминоацил-AMP:
Во-вторых, аминокислотный остаток переносится на тРНК:
Общая чистая реакция:
Чистая реакция энергетически выгодна только потому, что пирофосфат (PPi) позже гидролизуется. Реакция гидролиза пирофосфата до двух молекул неорганического фосфата (Pi) является энергетически выгодной и запускает две другие реакции. Вместе эти высокоэкзергонические реакции происходят внутри аминоацил-тРНК синтетазы, специфичной для этой аминокислоты.
Исследования стабильности аа-тРНК показывают, что ацил (или сложный эфир) сцепление является наиболее важным определяющим фактором, в отличие от последовательности самой тРНК. Эта связь представляет собой сложноэфирную связь, которая химически связывает карбоксильную группу аминокислоты с концевой 3'-OH группой ее родственной тРНК. Было обнаружено, что аминокислотный фрагмент данной α-тРНК обеспечивает ее структурную целостность; фрагмент тРНК по большей части определяет, как и когда аминокислота будет включена в растущую полипептидную цепь.
Различные аа-тРНК имеют различные константы скорости псевдопервого порядка для гидролиза сложноэфирная связь между аминокислотой и тРНК . Такие наблюдения связаны, в первую очередь, со стерическими эффектами. Стерическое затруднение обеспечивается специфическими группами боковых цепей аминокислот, которые помогают в ингибировании межмолекулярных атак на карбонил сложного эфира; эти межмолекулярные атаки ответственны за гидролиз сложноэфирной связи.
Разветвленные и алифатические аминокислоты (валин и изолейцин) при их синтезе генерируют наиболее стабильные аминоацил-тРНК с значительно более длительным периодом полураспада, чем те, которые обладают низкой гидролитической стабильностью (например, пролин). Стерические препятствия для аминокислот валина и изолейцина генерируются метильной группой на β-углероде боковой цепи. В целом, химическая природа связанной аминокислоты отвечает за определение стабильности аа-тРНК.
Было показано, что повышенная ионная сила в результате действия солей натрия, калия и магния дестабилизирует ацил аа-тРНК. облигация. Повышенный pH также дестабилизирует связь и изменяет ионизацию α-углеродной аминогруппы аминокислоты. Заряженная аминогруппа может дестабилизировать связь аа-тРНК за счет индуктивного эффекта. Фактор удлинения EF-Tu, как было показано, стабилизирует связь, предотвращая гидролиз слабых ацильных связей.
В совокупности фактическая стабильность сложноэфирной связи влияет на восприимчивость aa-тРНК к гидролизу в пределах организм при физиологических pH и концентрациях ионов. Термодинамически благоприятно, что процесс аминоацилирования дает стабильную молекулу аа-тРНК, что обеспечивает ускорение и продуктивность синтеза полипептидов.
Определенные антибиотики, такие как тетрациклины., предотвращают связывание аминоацил-тРНК с субъединицей рибосомы в прокариотах. Понятно, что тетрациклины ингибируют присоединение α-тРНК в акцепторном (A) сайте прокариотических рибосом во время трансляции. Тетрациклины считаются антибиотиками широкого спектра действия; эти препараты обладают способностью подавлять рост как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий, а также других атипичных микроорганизмов.
Кроме того, обнаружено, что белок TetM (P21598 ) позволяет молекулам аминоацил-тРНК связываться с рибосомным акцепторным сайтом, несмотря на то, что он сконцентрирован тетрациклинами, которые обычно ингибируют такие действия. Белок TetM рассматривается как белок защиты рибосом, проявляющий активность GTPase, которая зависит от рибосом. Исследования показали, что в присутствии белков TetM тетрациклины высвобождаются из рибосом. Таким образом, это обеспечивает связывание aa-тРНК с сайтом A рибосом, так как это больше не препятствует молекулам тетрациклина. TetO на 75% похож на TetM, и оба имеют примерно 45% сходства с EF-G. Структура TetM в комплексе с рибосомой E. coli была определена.
