Трансферная РНК

редактировать
РНК, которая облегчает добавление аминокислот к новому белку Взаимодействие тРНК и мРНК в синтезе белка.
тРНК
Идентификаторы
Символt
Rfam RF00005
Другие данные
РНК типген, тРНК
PDB структурыPDBe 3icq, 1asy, 1asz, 1il2, 2tra, 3tra, 486d, 1fir, 1yfg, 3eph, 3epj, 3epk, 3epl, 1efw, 1c0a, 2ake, 2azx, 2dr2, 1f7u, 1f7v, 3foz, 2hgp, 2j00, 2j02, 2ow8, 2v46, 2v48, 2wdg, 2wdh, 2wdk, 2wdm, 2wh1

A трансферная РНК (сокращенно тРНК и ранее называвшаяся sRNA, для растворимой РНК ) представляет собой адаптер молекулы, состоящей из РНК, обычно длиной от 76 до 90 нуклеотидов, которая служит физическим связь между мРНК и аминокислотной последовательностью белков. Переносная РНК делает это путем переноса аминокислоты в аппарат синтеза белка клетки (рибосома ) в соответствии с комплементарным распознаванием 3-нуклеотидной последовательности (кодон ) в информационная РНК (мРНК) посредством 3-нуклеотидной последовательности (антикодон) тРНК. Таким образом, тРНК являются необходимым компонентом трансляции, биологического синтеза новых белков в соответствии с генетическим кодом.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Структура
  • 3 Антикодон
  • 4 Аминофосфорилирование
  • 5 Связывание с рибосомой
  • 6 гены тРНК
    • 6.1 Эволюция
    • 6.2 Фрагменты, происходящие от тРНК
    • 6.3 Сконструированные тРНК
  • 7 Биогенез тРНК
  • 8 История
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Внешние ссылки

Обзор

В то время как конкретная нуклеотидная последовательность мРНК определяет, какие аминокислоты включены в белковый продукт гена, из которого транскрибируется мРНК, роль тРНК состоит в том, чтобы указать, какая последовательность из генетического кода соответствует какой аминокислоте. МРНК кодирует белок как серию смежных кодонов, каждый из которых распознается определенной тРНК. Один конец тРНК соответствует генетическому коду в трехнуклеотидной последовательности, называемой антикодоном. Антикодон образует три комплементарных пары оснований с кодоном в мРНК во время биосинтеза белка. На другом конце тРНК происходит ковалентное присоединение к аминокислоте, соответствующей последовательности антикодона. Каждый тип молекулы тРНК может быть присоединен только к одному типу аминокислоты, поэтому каждый организм имеет много типов тРНК. Поскольку генетический код содержит несколько кодонов, которые определяют одну и ту же аминокислоту, существует несколько молекул тРНК, несущих разные антикодоны, которые несут одну и ту же аминокислоту. Ковалентное присоединение к тРНК 3 ’конца катализируется ферментами, называемыми аминоацил тРНК-синтетазами. Во время синтеза белка тРНК с присоединенными аминокислотами доставляются к рибосоме с помощью белков, называемых факторами элонгации, которые способствуют ассоциации тРНК с рибосомой, синтезу нового полипептида и транслокация (перемещение) рибосомы по мРНК. Если антикодон тРНК совпадает с мРНК, другая тРНК, уже связанная с рибосомой, переносит растущую полипептидную цепь со своего 3'-конца на аминокислоту, прикрепленную к 3'-концу вновь доставленной тРНК, реакция катализируется рибосомой. Большое количество отдельных нуклеотидов в молекуле тРНК может быть химически модифицировано, часто посредством метилирования или дезамидирования. Эти необычные основания иногда влияют на взаимодействие тРНК с рибосомами, а иногда встречаются в антикодоне для изменения свойств спаривания оснований.

Структура

Вторичная структура тРНК в виде клеверного листа из дрожжей. Третичная структура тРНК. Хвост CCA желтым, ствол акцептора фиолетовым, переменная петля оранжевым, плечо D красным, рука Anticodon синим с Anticodon черным, плечо T зеленым. 3D анимированный GIF, показывающий структуру фенилаланин-тРНК дрожжей ( PDB ID 1ehz). Белые линии указывают на спаривание оснований водородными связями. В показанной ориентации акцепторный стержень находится сверху, а антикодон - снизу.

Структура тРНК может быть разложена на ее первичную структуру, ее вторичную структуру (обычно визуализируется в качестве структуры клеверного листа) и его третичной структуры (все тРНК имеют аналогичную L-образную трехмерную структуру, которая позволяет им вписываться в сайты P и A рибосомы ). Структура клеверного листа становится трехмерной L-образной структурой за счет коаксиального наложения спиралей, который является общим мотивом третичной структуры РНК. Длина каждого плеча, а также «диаметр» петли в молекуле тРНК варьируются от вида к виду. Структура тРНК состоит из следующего:

  • A 5'-терминальная фосфатная группа.
  • Акцепторный стержень представляет собой стержень из 7–9 пар оснований (п.н.), образованный путем спаривания оснований 5'-концевого нуклеотида с 3'-концевым нуклеотидом (который содержит 3'-концевую группу CCA, используемую для присоединения аминокислоты). Обычно такие 3'-концевые тРНК-подобные структуры обозначаются как ''. Акцепторный стержень может содержать пары оснований, не относящиеся к Уотсону-Крику.
  • Хвост CCA представляет собой последовательность цитозин -цитозин- аденин на 3'-конце тРНК молекула. Аминокислота, загруженная на тРНК аминоацил-тРНК-синтетазами с образованием аминоацил-тРНК, ковалентно связана с 3'-гидроксильной группой на хвосте CCA. Эта последовательность важна для распознавания тРНК ферментами и важна для трансляции. У прокариот последовательность CCA транскрибируется в некоторых последовательностях тРНК. В большинстве прокариотических тРНК и эукариотических тРНК последовательность CCA добавляется во время процессинга и, следовательно, не появляется в гене тРНК.
  • D-плечо представляет собой окончание ствола длиной от 4 до 6 п.н. в петле, которая часто содержит дигидроуридин.
  • Ветвь антикодона представляет собой стержень из 5 п.н., петля которого содержит антикодон. Первичная структура тРНК 5'-к-3 'содержит антикодон, но в обратном порядке, поскольку для чтения мРНК от 5'-к-3' требуется направленность 3'-к-5 '.
  • Т-плечо представляет собой ножку длиной от 4 до 5 пар оснований, содержащую последовательность TΨC, где Ψ представляет собой псевдоуридин, модифицированный уридин.
  • Основания, которые были модифицированы, особенно с помощью метилирование (например, тРНК (гуанин-N7 -) - метилтрансфераза ), происходит в нескольких положениях по всей тРНК. Первое антикодоновое основание или положение колебания иногда модифицируют на инозин (производное от аденина), квевозин (производное от гуанина), уридин-5-оксиуксусную кислоту (производное от урацила).), 5-метиламинометил-2-тиоуридин (производное от урацила) или лизидин (производное от цитозина).

Антикодон

антикодон представляет собой единицу из трех нуклеотидов, соответствующих трем основаниям мРНК кодона. Каждая тРНК имеет отличную триплетную последовательность антикодона, которая может образовывать 3 комплементарных пар оснований с одним или несколькими кодонами для аминокислоты. Некоторые антикодоны соединяются более чем с одним кодоном из-за спаривания оснований колебания. Часто первый нуклеотид антикодона не обнаруживается на мРНК: инозин, который может водородная связь с более чем одним основанием в соответствующем положении кодона. В генетическом коде одна аминокислота обычно определяется всеми четырьмя возможностями третьего положения или, по крайней мере, обоими пиримидинами и пуринами ; например, аминокислота глицин кодируется последовательностями кодонов GGU, GGC, GGA и GGG. Другие модифицированные нуклеотиды также могут появляться в первой позиции антикодона - иногда известной как «позиция колебания» - что приводит к незначительным изменениям генетического кода, как, например, в митохондриях. На клетку требуется 61 тип тРНК для обеспечения однозначного соответствия между молекулами тРНК и кодонами, которые определяют аминокислоты, поскольку существует 61 смысловой кодон стандартного генетического кода. Однако многие клетки имеют менее 61 типа тРНК, потому что основание вобуляции способно связываться с несколькими, хотя не обязательно со всеми, кодонами, которые определяют конкретную аминокислоту. Для однозначной трансляции всех 61 смыслового кодона требуется по крайней мере 31 тРНК; наблюдаемый максимум составляет 41.

Аминофосфорилирование

Аминофосфорилирование - это процесс добавления аминофосфатной группы к соединению. Он ковалентно связывает аминокислоту с 3'-концом CCA молекулы тРНК. Каждая тРНК является аминофосфатом (или заряжена) определенной аминокислотой с помощью аминофосфатной тРНК-синтетазы. Обычно существует одна аминоацил тРНК синтетаза для каждой аминокислоты, несмотря на то, что может быть более одной тРНК и более одного антикодона для аминокислоты. Распознавание соответствующей тРНК синтетазами не опосредуется исключительно антикодоном, и акцепторный стержень часто играет важную роль. Реакция:

  1. аминокислота + АТФ → аминофосфат + ADP
  2. аминофосфат + тРНК → амино-тРНК + PPi

Некоторые организмы могут иметь одну или несколько аминофосфат-тРНК синтетазы отсутствуют. Это приводит к зарядке тРНК химически родственной аминокислотой, и при использовании фермента или ферментов тРНК модифицируется для правильного заряда. Например, в Helicobacter pylori отсутствует глутамил-тРНК-синтетаза. Таким образом, глутамат-тРНК-синтетаза заряжает тРНК-глутамин (тРНК-Gln) с глутаматом. Затем амидотрансфераза превращает кислотную боковую цепь глутамата в амид, образуя правильно заряженную gln-тРНК-Gln.

Связывание с рибосомой

Файл: перенос морфа РНК AT в PE conformation.ogv Play media Диапазон конформаций, принимаемых тРНК, когда она проходит через A / T через сайты P / E на рибосоме. Приведены коды банка данных белка (PDB) для структурных моделей, используемых в качестве конечных точек анимации. Обе тРНК моделируются как фенилаланин-специфичная тРНК из Escherichia coli с тРНК A / T в качестве модели гомологии депонированных координат. Цветовое кодирование, как показано для третичной структуры тРНК. Адаптировано из.

рибосома имеет три сайта связывания для молекул тРНК, которые охватывают пространство между двумя субъединицами рибосомы : A (аминоацил), P (пептидил) и E (выход) сайты. Кроме того, рибосома имеет два других сайта для связывания тРНК, которые используются во время декодирования мРНК или во время инициации синтеза белка. Это Т-сайт (названный фактором удлинения Tu ) и I-сайт (инициация). Условно сайты связывания тРНК обозначаются первым в списке малой рибосомной субъединицы и вторым в списке большой рибосомной субъединицы. Например, сайт A часто пишется A / A, сайт P - P / P, а сайт E - E / E. Связывающие белки, такие как L27, L2, L14, L15, L16 в A- и P-сайтах, были определены A. P. Czernilofsky et al. Путем аффинного мечения. (Proc. Natl. Acad. Sci, США, стр. 230–234, 1974).

После завершения инициации трансляции первая аминоацил тРНК располагается в сайте P / P и готова к циклу элонгации, описанному ниже. Во время удлинения трансляции тРНК сначала связывается с рибосомой как часть комплекса с фактором элонгации Tu (EF-Tu ) или его эукариотическим (eEF-1 ) или архейным аналогом. Этот начальный сайт связывания тРНК называется сайтом A / T. В сайте A / T половина A-сайта находится в малой рибосомной субъединице, где расположен сайт декодирования мРНК. Сайт декодирования мРНК - это место, где мРНК кодон считывается во время трансляции. Половина Т-сайта находится в основном на большой рибосомной субъединице, где EF-Tu или eEF-1 взаимодействует с рибосомой. После завершения декодирования мРНК аминоацил-тРНК связывается в сайте A / A и готова для образования следующей пептидной связи с присоединенной к ней аминокислотой. Пептидил-тРНК, которая переносит растущий полипептид на аминоацил-тРНК, связанную в сайте A / A, связана в сайте P / P. После образования пептидной связи тРНК в сайте P / P деацилируется или имеет свободный 3 ’конец, и тРНК в сайте A / A несет растущую полипептидную цепь. Чтобы обеспечить следующий цикл элонгации, тРНК затем перемещаются через сайты связывания гибридных A / P и P / E, прежде чем завершить цикл и находиться в сайтах P / P и E / E. После того как тРНК A / A и P / P переместились в сайты P / P и E / E, мРНК также переместилась на один кодон, и сайт A / T стал вакантным, готовым для следующий раунд декодирования мРНК. Затем тРНК, связанная с сайтом E / E, покидает рибосому.

Сайт P / I фактически первым связывается с аминоацил тРНК, которая доставляется в бактериях с помощью фактора инициации, называемого IF2. Однако существование сайта P / I в рибосомах эукариот или архей еще не подтверждено. Белок P-сайта L27 был определен с помощью аффинного мечения E. Collatz и A. P. Czernilofsky (FEBS Lett., Vol. 63, pp. 283–286, 1976).

гены тРНК

Организмы различаются по количеству тРНК генов в их геноме. Например, нематода червь C. elegans, широко используемый модельный организм в генетических исследованиях, имеет 29 647 генов в его ядерном геноме, из которых 620 кодируют тРНК. У почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae в геноме 275 генов тРНК.

В геноме человека, который, по оценкам января 2013 г., насчитывает около 20 848 генов, кодирующих белок, 497 ядерных генов, кодирующих молекулы цитоплазматической тРНК, и 324 тРНК-производных псевдогенов - гены тРНК, как считается, больше не функционируют (хотя было показано, что псевдотРНК участвуют в устойчивости к антибиотикам у бактерий). Также были идентифицированы участки ядер хромосом, очень похожие по последовательности на гены митохондриальной тРНК (тРНК-двойники). Эти двойники тРНК также считаются частью ядерной митохондриальной ДНК (гены, переносимые из митохондрий в ядро).

Как и все эукариоты, существует 22 митохондриальных Гены тРНК у человека. Мутации в некоторых из этих генов были связаны с тяжелыми заболеваниями, такими как синдром MELAS..

Гены цитоплазматической тРНК можно сгруппировать в 49 семейств в соответствии с их антикодонными характеристиками. Эти гены находятся на всех хромосомах, кроме 22-й и Y-хромосомы. Наблюдается высокая кластеризация на 6p (140 генов тРНК), а также на 1 хромосоме.

HGNC, в сотрудничестве с геномной базой данных тРНК (GtRNAdb ) и Специалисты в данной области утвердили уникальные названия человеческих генов, кодирующих тРНК.

Эволюция

Верхняя половина тРНК (состоящая из Т-плеча и акцепторного стержня с 5'-концевой фосфатной группой и 3'-концевой CCA-группой) и нижняя половина (состоящая из рука D и рука антикодона) являются независимыми единицами как по структуре, так и по функциям. Верхняя половина могла развиться первой, включая 3'-концевую геномную метку, которая первоначально могла иметь маркированные тРНК-подобные молекулы для репликации в раннем мире РНК. Нижняя половина могла развиться позже как расширение, например поскольку синтез белка начался в мире РНК и превратил его в мир рибонуклеопротеидов (мир РНП ). Этот предлагаемый сценарий называется. Фактически, тРНК и тРНК-подобные агрегаты имеют важное каталитическое влияние (то есть как рибозимы ) на репликацию и сегодня. Эти роли можно рассматривать как «молекулярные (или химические) окаменелости » мира РНК.

Геномное содержание тРНК является отличительной чертой геномов среди биологических областей жизни: археи представляют простейшую ситуацию с точки зрения содержания геномной тРНК с одинаковым числом копий гена, бактерии находятся в промежуточном положении, а эукарионы представляют собой наиболее сложную ситуацию. Eukarya представляют не только большее содержание генов тРНК, чем два других царства, но также и высокую вариацию числа копий генов среди различных изоакцепторов, и эта сложность, по-видимому, связана с дупликациями генов тРНК и изменениями в антикодонной специфичности.

Эволюция числа копий гена тРНК у разных видов была связана с появлением специфических ферментов модификации тРНК (уридинметилтрансферазы у бактерий и аденозиндезаминазы у Eukarya), которые увеличивают способность декодирования данной тРНК. Например, тРНКAla кодирует четыре различных изоакцептора тРНК (AGC, UGC, GGC и CGC). У Eukarya изоакцепторы AGC чрезвычайно обогащены числом копий гена по сравнению с остальными изоакцепторами, и это коррелирует с его модификацией A-to-I его основания колебания. Эта же тенденция была показана для большинства аминокислот эукариальных видов. Действительно, эффект этих двух модификаций тРНК также проявляется в систематической ошибке использования кодонов. Высокоэкспрессируемые гены, по-видимому, обогащены кодонами, которые используют исключительно кодоны, которые будут декодироваться этими модифицированными тРНК, что предполагает возможную роль этих кодонов - и, следовательно, этих модификаций тРНК - в эффективности трансляции.

тРНК. -производные фрагменты

Фрагменты, производные тРНК (или tRF), представляют собой короткие молекулы, которые появляются после расщепления зрелых тРНК или транскрипта-предшественника. И цитоплазматические, и митохондриальные тРНК могут продуцировать фрагменты. Существует по крайней мере четыре структурных типа tRF, которые, как полагают, происходят из зрелых тРНК, включая относительно длинные половинки тРНК и короткие 5’-tRF, 3’-tRF и i-tRF. ТРНК-предшественник может быть расщеплен с образованием молекул из 5’-лидерной или 3’-концевой последовательности. Ферменты расщепления включают ангиогенин, дисер, РНКазу Z и РНКазу P. Особенно в случае ангиогенина tRF имеют характерно необычный циклический фосфат на своем 3 ’конце и гидроксильную группу на 5’ конце. tRFs, по-видимому, играют роль в РНК-интерференции, особенно в подавлении ретровирусов и ретротранспозонов, которые используют тРНК в качестве праймера для репликации. ПолутРНК, расщепляемые ангиогенином, также известны как тиРНК. Биогенез более мелких фрагментов, включая те, которые функционируют как пиРНК, менее изучен.

tRFs имеют множество зависимостей и ролей; например, демонстрация значительных изменений между полами, расами и статусом болезни. Функционально они могут быть загружены на Ago и действовать через пути РНКи, участвовать в образовании стрессовых гранул, вытеснять мРНК из РНК-связывающих белков или ингибировать трансляцию. На системном или организменном уровне четыре типа tRF обладают разнообразным спектром активности. Функционально tRF связаны с вирусной инфекцией, раком, пролиферацией клеток, а также с эпигенетической трансгенерационной регуляцией метаболизма.

tRF не ограничиваются людьми и, как было показано, существуют во многих организмах.

Для желающих узнать больше о tRF доступны два онлайн-инструмента: структура для интерактивного исследования mi тохондриальных и n ядерных t фрагментов РНК (MINTbase ) и реляционная база данных фрагментов T ransfer R NA, связанных F (tRFdb ). MINTbase также предоставляет схему именования tRF, называемую tRF-номерные знаки (или MINTcodes), которая не зависит от генома; схема сжимает последовательность РНК в более короткую строку.

Сконструированные тРНК

Искусственные тРНК-удлинители супрессоров используются для включения неприродных аминокислот в бессмысленные кодоны, помещенные в кодирующую последовательность гена. Сконструированные тРНК инициатора (тРНК с антикодоном CUA, кодируемым геном metY ) были использованы для инициирования трансляции в янтарном стоп-кодоне UAG. Этот тип сконструированной тРНК называется супрессором нонсенс тРНК, потому что она подавляет сигнал остановки трансляции, который обычно возникает на кодонах UAG. Янтарная инициаторная тРНК вставляет метионин и глутамин в кодоны UAG, которым предшествует сильная последовательность Шайна-Дальгарно. Исследование янтарной тРНК инициатора показало, что она ортогональна обычному стартовому кодону AUG, не обнаруживая событий инициации трансляции вне мишени в геномно перекодированном штамме E. coli.

биогенез тРНК

В эукариотических клетках тРНК транскрибируются с помощью РНК-полимеразы III как пре-тРНК в ядре. РНК-полимераза III распознает две высококонсервативные нижестоящие промоторные последовательности: 5'-внутреннюю контрольную область (5'-ICR, D-контрольную область или A-бокс) и 3'-ICR (T-контрольную область или B-бокс) внутри тРНК. гены. Первый промотор начинается на +8 зрелых тРНК, а второй промотор расположен на 30–60 нуклеотидов ниже первого промотора. Транскрипция заканчивается после того, как участок из четырех или более тимидинов.

мотив выпуклости-спирали-выпуклости интрона тРНК

претерпевает обширные модификации внутри ядра. Некоторые пре-тРНК содержат интроны, которые сплайсируются или разрезаются с образованием функциональной молекулы тРНК; у бактерий эти само- сплайсируют, тогда как у эукариот и архей они удаляются с помощью тРНК-сплайсинга эндонуклеазами. Эукариотическая пре-тРНК содержит мотив структуры выпуклость-спираль-выпуклость (BHB), который важен для распознавания и точного сплайсинга интрона тРНК эндонуклеазами. Положение и структура этого мотива эволюционно сохраняются. Однако некоторые организмы, такие как одноклеточные водоросли, имеют неканоническое положение BHB-мотива, а также 5'- и 3'-концы сплайсированной интронной последовательности. 5'-последовательность удаляется РНКазой P, тогда как 3'-конец удаляется ферментом тРНКаза Z. Заметным исключением является archaeon Nanoarchaeum equitans, который не обладает ферментом РНКазы P и имеет промотор, расположенный так, что транскрипция начинается с 5'-конца зрелой тРНК. Нестандартный 3'-CCA-хвост добавлен нуклеотидилтрансферазой. Перед тем как тРНК экспортируются в цитоплазму посредством Los1 / Xpo-t, тРНК аминоацилируются. Порядок обработки событий не сохраняется. Например, в дрожжах сплайсинг осуществляется не в ядре, а на цитоплазматической стороне митохондриальных мембран.

История

существование тРНК было впервые высказано Фрэнсисом Криком, основываясь на предположении, что должна существовать адапторная молекула, способная опосредовать перевод алфавита РНК в белковый алфавит. Пол К. Замечник и Мэлон Хогланд открыли тРНК. В начале 1960-х годов Алекс Рич и два исследователя из Бостона, группа Жака Фреско провели значительные исследования структуры. в Принстонском университете и группе Соединенного Королевства в Королевском колледже Лондона. В 1965 г. Роберт В. Холли из Корнельского университета сообщил о первичной структуре и предложил три вторичные структуры. тРНК была впервые кристаллизована в Мэдисоне, штат Висконсин, Робертом М. Боком. Структура клеверного листа была подтверждена несколькими другими исследованиями в последующие годы и окончательно подтверждена с помощью исследований рентгеновской кристаллографии в 1974 году. Две независимые группы, Ким Сун-Хоу, работающие под руководством Александр Рич и британская группа, возглавляемая Аароном Клугом, опубликовали те же результаты кристаллографии в течение года.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с TRNA.
Последняя правка сделана 2021-06-11 09:46:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте