转运RNA

中国教育装备采购网2013-08-07 09:05围观136次我要分享

  转运RNA的概念

  转运RNA是具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸,简称tRNA。绝大多数tRNA由七十几至九十几个核苷酸组成,分子量为25000~30000,沉降常数约为4S(个别tRNA的沉降常数为3S,含63个核苷酸)。曾用名有联接RNA、可溶性RNA、pH5RNA等。tRNA(transfer RNA)是蛋白质合成中的接合器分子。tRNA分子有100多种,各可携带一种氨基酸,将其转运到核蛋白体上,供蛋白质合成使用。tRNA是细胞内分子量最小的一类核酸,由70~120核苷酸构成,各种tRNA无论在一级结构上,还是在二、三级结构上均有一些共同特点。tRNA中含有10%~20%的稀有碱基(rare bases),如:甲基化的嘌呤mG、mA,双氢尿嘧啶(DHU)、次黄嘌呤等等。此外,tRNA内还含有一些稀有核苷,如:胸腺嘧啶核糖核苷,假尿嘧啶核苷(Ψ,pseudouridine)等。胸腺嘧啶一般存在于DNA中;在假尿嘧啶核苷中,不是通常嘧啶环中1位氮原子,而是嘧啶环中的5位碳原子与戊糖的1′位碳原子之间形成糖苷键。tRNA分子内的核苷酸通过碱基互补配对形成多处局部双螺旋结构,未成双螺旋的区带构成所谓的环。

  转运RNA的结构

  (一)三叶草型的二维结构

  现发现的所有tRNA均可呈现图15-14所示的这种所谓的三叶草样(clover leafpattern)二级结构。在此结构中,从5′末端起的第一个环是DHU环,以含二氢尿嘧啶为特征;第二个环为反密码子环,其环中部的三个碱基可以与mRNA中的三联体密码子形成碱基互补配对,构成所谓的反密码子(anticodon),在蛋白质合成中起解读密码子,把正确的氨基酸引入合成位点的作用;第三个环为TΨ环,以含胸腺核苷和假尿苷为特征;在反密码子环与TΨ环之间,往往存在一个额外环,由数个乃至二十余个核苷酸组成,所有tRNA3′末端均有相同的CCA-OH结构,tRNA所转运的氨基酸就连接在此末端上。

  tRNA的结构是在1965年由Holley,R.N.及其同事对酵母丙氨酸tRNA的研究首先发现的,因此他荣获了1968年度的诺贝尔化学奖。几百种来自细菌和真核生物的tRNA的顺序通过碱基的互补配对都能形成三叶草型(cloverleaf)的结构。其具体特点是:

  (1)各种tRNA均含有70~80个碱基,其中22个碱基是恒定的。

  (2)其5’端总是配对的,此与tRNA的稳定性有关。5’端和3’端配对(常为7bp)形成茎区,称为受体臂(acceptor arm)或称氨基酸臂 。在3’端永远是4个碱基(XCCA)的单链区,在其末端有2’-OH或3’-OH,是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。其它的臂都为茎环结构。

  (3)TψC臂存在着特殊的碱基ψ(假尿嘧啶),常由5bp的茎和7Nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA 识别结合;

  (4)反密码子臂(anticodon arm)常由5bp的茎区和7Nt的环区组成,在环区的中央总存在着反密码子三联体,它负责对mRNA上的密码子的识别与配对。

  (5)D环(D arm)的茎区长度常为4bp,环区有4个碱基不恒定,此环位于17,17:1 20:1,20:2含有特殊的碱基D(双氢尿嘧啶),故也称为(双氢尿嘧啶环)。

  (6)额外环(extra arm)可变性大,从4 Nt到21 Nt不等,其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域(D环-反密码子环和TψC-受体臂)。

  (二)tRNA的三维结构

  tRNA的三叶草结构并没有使我们明确tRNA的各个臂在空间上如何排列,只有通过X-衍射来研究tRNA的晶体才能获得tRNA真实的构象。从几种酵母的tRNA晶体的研究表明,各种tRNA 存在共同的三维结构。它主要是依靠茎中的碱基配对来维持,形成了稳定的L型结构。此结构的检测结果如下:

  (1)氨基酸受体臂位于L型的一侧,距反密码子环约70。

  (2)D环和TψC环形成了“L”的转角。

  (3)在一些保守和半保守的碱基之间形成很多的三级氢键,使分子形成L形,并使结构稳定。

  (4)使得三维结构得以形成的这些碱基配对不同于DNA双链中的碱基配对。涉及到与磷酸核糖主链相互作用的三级结构的磷酸二酯键分布在核糖的2’-OH上。

  (5)几乎所有的碱基其轴向使得碱基平面之间产生堆积的作用。这种作用也是tRNA构象稳定的主要因素之一。

  (6)在反密码子茎中仅有很少的三级氢键,这可能由于在蛋白质合成时,反密码子区的相对方向会发生改变之故。

  转运RNA的二级结构图和三结构图如下:

  转运RNA结构图

  通过X-射线衍射等结构分析方法,发现tRNA的共同三级结构均呈倒L形(如上图右二),其中3′末端含CCAOH的氨基酸臂位于一端,反密码子环位于另一端,DHU环和TΨ环虽在二级结构上各处一方,但在三级结构上却相互邻近。tRNA三级结构的维系主要是依赖核苷酸之间形成的各种氢键。各种tRNA分子的核苷酸序列和长度相差较大,但其三级结构均相似,提示这种空间结构与tRNA的功能有密切关系(tRNA-Asp、tRNA-Phe)。

  转运RNA的功能

  主要是携带氨基酸进入核糖体,在mRNA指导下合成蛋白质。即以mRNA为模板,将其中具有密码意义的核苷酸顺序翻译成蛋白质中的氨基酸顺序(见蛋白质tRNA循环的生物合成、核糖体)。tRNA与mRNA是通过反密码子与密码子相互作用而发生关系的。在肽链生成过程中,第一个进入核糖体与mRNA起始密码子结合的tRNA叫起始tRNA,其余tRNA参与肽链延伸,称为延伸tRNA,按照mRNA上密码的排列,携带特定氨基酸的tRNA依次进入核糖体。形成肽链后,tRNA即从核糖体释放出来。整个过程叫做tRNA循环(图3)。tRNA靠反密码子与mRNA识别,但并非一种反密码子只能识别一种密码子。例如反密码子CIG(I是次黄嘌呤核苷酸)能识别三种密码子。一般反密码子中的稀有核苷酸因配对不严格而能识别多种密码子,这种现象在生物学中称为“摆动性”

  tRNA是通过分子中3′端的CCA携带氨基酸的。氨基酸连接在腺苷酸的2′或3′OH基上,携带了氨基酸的tRNA叫氨酰tRNA,例如,携带甘氨酸的tRNA叫甘氨酰tRNA。氨基酸与tRNA的结合由氨酰tRNA合成酶催化,分二步进行:①氨基酸+ATP→氨酰-AMP+焦磷酸;②氨酰-AMP+tRNA→氨酰-tRNA+AMP。与一种氨基酸对应的至少有一种tRNA和一种氨酰-tRNA合成酶(见蛋白质生物合成)。

  tRNA还具有其他一些特异功能,例如,在没有核糖体或其他核酸分子参与下,携带氨基酸转移至专一的受体分子,以合成细胞膜或细胞壁组分;作为反转录酶引物参与DNA合成;作为某些酶的抑制剂等。有的氨酰-tRNA还能调节氨基酸的生物合成。在许多植物病毒RNA分子中发现有类似于tRNA的三叶草结构,有的也能接受氨基酸,其功能不详。

来源:上海一基实业有限公司作者:上海一基实业有限公司

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