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转运RNA与氨酰tRNA合成酶 [复制链接]

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#蛋白质翻译#翻译比转录复杂。转录是信息的简单复制,底物和产物都是核酸,编码规则(碱基互补配对)并未发生改变。翻译却需要把四种碱基的组合变成20种氨基酸的组合,相当于换了一种语言,是真正的“翻译”。

编码方式的转换要靠tRNA,它把mRNA中的密码与相应的氨基酸衔接起来,俗称为“接头”(adapter)。tRNA结构非常保守,但线粒体tRNA经常有些“残缺”。

tRNA的结构与线粒体tRNA。Biomolecules

氨基酸与tRNA的连接分为两个步骤。首先是氨基酸和ATP缩合形成氨基酸与腺苷酸的混合酸酐中间体,然后中间体非共价结合至活性位点。第二步是氨酰基转移反应,氨基酸被酯化到tRNA的3末端。

氨酰tRNA合成酶(ARS)分为两类,每类各10种。两类之间在结构和功能上都有差别,例如I类酶在tRNA的2-OH上氨基酰化,而II类酶通常在3-OH上氨基酰化。

氨酰化反应和两类氨酰基-tRNA合成酶。J

tRNA与氨基酸的对应是由氨酰tRNA合成酶决定的,它需要正确识别底物氨基酸和相应tRNA。常有一些结构类似的氨基酸,普通的酶是无法精细区分的,如Ile/Val,Thr/Ser等。所以ARS必须具有更强的识别能力,以防止错误氨酰化。

有一个“双筛”模型可以对此做出解释:首先是“粗筛”,阻止过大的和化学性质不同的氨基酸与酶结合。然后再进行一轮“细筛”,使过小的氨基酸进入第二个活性位点而被除去,称为“编辑”(editing)。

编辑都发生在生成混合酸酐中间体之后,但具体又可分为转移前编辑和转移后编辑。前者发生在氨基酸与tRNA连接之前,通过腺苷酸水解来实现;后者则通过脱酰基反应进行水解。

ARS-tRNA复合物,突出显示其相互作用位

编辑功能异常通常会导致疾病。但已发现某些寄生虫通过减少编辑来提高翻译过程中的随机突变,以增加抗原多样性,逃避宿主免疫反应,如某些支原体和微孢子虫。

ARS对tRNA的识别是通过多个位点进行的,而不是仅靠反密码子。不同的酶识别的具体部位不同,比如半胱氨酸的ARS(CysRS)识别反密码子环和第73位碱基,SerRS识别73位碱基和氨基酸臂。

识别同义密码子的几个tRNA称为同工tRNA。所以大多数ARS必须能够识别几个同工tRNA的共有结构。

大肠杆菌各种ARS识别tRNA的位点。引自

某些tRNA的修饰也与其识别相关。例如,大肠杆菌中某些亮氨酸tRNA的有效氨酰化取决于i6A37修饰。在此途径有缺陷的细胞中,RNA聚合酶σS(rpoS)的翻译受到干扰,因其无法有效地解码相应密码子。

一旦氨酰tRNA从酶中放出,其去向就由反密码子决定了,核糖体并不会核查其氨基酸是否正确。所以如果某种tRNA的反密码子突变通常会导致不利的后果,但在某些特殊情况下可以起到校正突变的作用。

tRNA的校正突变挽救无义突变。引自百度

在基因工程中,可以利用类似机制,将特殊的非天然氨基酸(UAA)掺入蛋白质中。借助于非内源性ARS/tRNA对(正交对),现已成功将多种UAA掺入重组蛋白中。

通过扩展遗传密码将非天然氨基酸掺入蛋

参考文献:

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