Т-РНК

 

   Основное назначение транспортной РНК (тРНК) - доставлять активированные остатки аминокислот в рибосому

 

История открытия тРНК

   В 50-х годах стало ясно, что информация для аминокислотной последовательности белков закодирована в виде нуклеотидной последовательности матрицы. Хотя генетический код еще не был раскрыт, Г. Гамов предложил считать, что он должен быть триплетным. Между тем триплетный кодон не может узнавать боковые радикалы аминокислот, поскольку между ними нет соответствия. Исходя из этого, Ф. Крик в 1955 году предположил, что должно существовать семейство малых молекул РНК. Не прошло и двух лет, как гипотеза была доказана экспериментально: были открыты тРНК и специфические ферменты, присоединяющие к ним аминокислотные остатки.

 

Строение тРНК

   Впервые последовательность мо­лекулы тРНК - дрожжевой аланиновой тРНК - была расшифрована в 1965 году в лаборатории Р. Холли.

   Все тРНК имеют общие черты как в структуре, так и в способе складывания полинуклеотидной цепи во вторичную структуру. На рис. 1 представлены универсальные черты первичной и вторичной структур тРНК.

Особенности строения тРНК органелл

   Хлоропласты и митохондрии содержат автономно все компоненты, необходимые для транс­крипции и трансляции их генетической информа­ции. ТРНК кодируется геномом органелл.

   ТРНК хлоропластов похожи на эубактериальные тРНК, что считается следствием симбиотического происхождения хлоропластов. Все хлоропластные тРНК укладываются в структуру клеверного листа и содержат консервативные и полуконсервативные основания. Митохондриальные тРНК имеют палитру нео­бычных структурных свойств. У многих из них не обнаружено некоторых консервативных нуклеотидов. В митохонд­риальных тРНК животных укорочены Т - и D-петли.

 

Изоакцепторные тРНК

   В каждой клетке присутствует более 20 видов тРНК. В кишечной палочке 45 видов тРНК. Это значит, что несколько различных тРНК могут соединяться с одной и той же аминокислотой; такие тРНК называются изоакцепторными. Изоакцепторные тРНК могут узнавать кодоны для данной аминокислоты. Если кодируется 4 или более кодонами, то обязательно существуют 2 или более изоакцепторных тРНК с разными антикодонами.

 

Аминоацилирование тРНК

   Для каждой из 20 амино­кислот в клетках есть фермент, осуще­ствляющий синтез соответствующей аминоацил-тРНК (общее название - аминоацил-тРНК-синтетаза). Все ферменты группы катализируют реак­ции аминоацилирования тРНК. Реакция сопряжена с расщеп­лением аденозин-5'-трифосфата (АТР) и протекает в две стадии. На первой стадии происходит акти­вация аминокислоты с использованием энергии, запасенной в АТР, а на второй активированный аминоацильный остаток переносится на одну из гидроксильных групп рибозного кольца концевого аденозина на ССА-конце тРНК.

   Например, валил-тРНК-синтетаза катализирует реакцию синтеза валил-тРНК:

Vа1 + тРНК. + АТР = Vа1-тРНК + АМР + РР,            (1)

включающую две стадии.

Е + Vа1 + АТР  =  Е*(Vа1-АМР) + РР,                        (2)

Е*(Vа1-АМР) + тРНК  = Е + АМР + Vа1-тРНК,        (3)

где Е — фермент, Vа1- валин, АТР и АМР — аденозин-5'-три - и монофосфат соответственно, РР -пирофосфат, Е*(Уа1-АМР) — комплекс фермента с аминоациладенилатом, тРНК - специфическая валиновая тРНК. Vа1-тРНК - валил-тРНК.

   Как видно из уравнения (2) на первой стадии аминоациладенилат Vаl-АМР, в котором остаток валина активирован за счет гидролиза макроэргической связи АТР и отщепле­ния пирофосфата, не покидает молекулы валил-тРНК-синтетазы, образуя с ней комплекс. Проис­ходящий затем перенос аминоаллильного остатка из Vа1-АМР на валиновую тРНК завершает реакцию аминоацилирования тРНК и приводит к освобождению фермента и АИР

Молекулярные основы узнавания тРНК аминоацил-тРНК-синтетазами

   Каждая тРНК, сохраняя  L-образную форму, должна иметь отличительные признаки, распознаваемые "своим" ферментом. На сегодняшний день ученые знают на­бор нуклеотидов, которые занимают од­ни и те же положения в структуре большинства тРНК. Это следующие участки тРНК:

   1. Антикодон. Участие антикодона, определяющего на рибосоме включение ами­нокислоты в цепь белка  и в отборе этой аминокислоты на стадии реакции аминоацилиравания тРНК.

   2. Первые три пары нуклеотидов акцепторного стебля (1-72, 2-71, 3-70). Синтетазой может вовлекаться от одной до трех пар нуклеотидов акцепторного стебля.

   Экспериментальные данные свидетельствуют, что тРНК узнаются аминоацил-тРНК-синтетазами из других организмов. В случае некоторых тРНК к элементам узнавания относят неконсервативные нуклеотиды D- и Т-петель (в первую очередь 20 D –петли). У каждой  тРНК-синтетазами может узнаваться только часть перечисленных элементов.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Молекулы тРНК - пионеры нуклеиновых кислот. Дрожжевая аланиновая тРНК стала первой расшифро­ванной нуклеиновой кислотой. ТРНК оказались первыми природными полирибонуклеотидами, которые удалось закристал­лизовать и изучить методом рентгеноструктурного анализа. ТРНК ответственны за начало синтеза белковой молекулы, за ее удлинение и завершение.

Список литературы

Киселев Л.Л., Лаврик О.И. «Биосинтез белков от аминокислот до аминоацил – тРНК», М.: «Наука», 1984

Спирин А.С., «Молекулярная биология: Структура рибосомы и биосинтеза белка». М.: Высш.шк., 1986.

 

Александр Батурин

 

Рис. 1. Схема L-образной трехмерной структуры фенилаланиновой тРНК. Видно , что T- и D- петли находятся в очень тесном контакте.

 

Рис. 2. Универсальная укладка полинуклеотидной цепи тРНК, названная клеверным листом. Каждому нуклеотиду присвоен свой номер, нумерация идет от 5' - к 3' - концу. Зелеными кружками показаны консервативные или полуконсервативные нуклеоиды.