Транспортна РНК, особливості будови, роль в біосинтезі білка.

Молекули тРНК містять 76-92 нуклеотиди, серед яких зустрічаються неканонічні (утв при посттранскрипц модифікаціях) – інозин (І – дезамінований гуанін), дигідроуридин (D), псевдоуридин (ψ) тощо.

У складі молекули утворюються комплементарні дволанцюгові стебла та шпильки за єдиною для усіх тРНК схемою, що нагадує лист конюшини. Кінцеві фрагменти ланцюга об'єднуються у дволанцюгове стебло, причому 4 нуклеотиди на 3'-кінці залишаються неспареними. 3'-кінцевий триплет ССА є стандартним для усіх тРНК, до рибози кінцевого аденозина ковалентно приєднується амінокислота: відповідно, стебло називають акцепторним. 5'-Кінцева частина акцепторного стебла переходить у шпильку з петлею, яка часто містить дигідроуридин – D-стебло і D-петля. D-стебло переходить у стебло з петлею, у складі якої розташований антикодоновий триплет (завжди у позиції 34-36), – антикодонове стебло/антикодонова петля. За антикодоновим стеблом розташована варіабельна петля (V-петля): її мінімальний розмір зображено на рис. 8.1, у тРНК інших типів до складу петлі може додатково входити до 16 нуклеотидів (додаткові нуклеотиди варіабельної петлі нумерують окремо). За варіабельною петлею – Тψ С-стебло з петлею (у складі петлі часто зустрічається консенсус Тψ С), яке переходить у 3'-кінцеву частину акцепторного стебла.

тРНК конкретного типу, який відповідає певній амінокислоті, позначають, індексами: наприклад, тРНКAla. Якщо молекула тРНК містить амінокислоту, то таку аміноацильовану тРНК позначають як Ala-тРНКAla. Загальне позначення для аміноацильованих тРНК – аа-тРНК (aa-tRNA – aminoacyl-tRNA).

Схема “лист конюшини“ не дає уяви щодо просторової структури тРНК. Насправді акцепторне та Тψ С-стебло, переходячи одне в одне, утворюють єдину майже пряму подвійну спіраль, під приблизно прямим кутом до якої розташована друга 2-на спіраль, сформована D- та акцепторним стеблом. Тψ С- та D-петлі при цьому наближуються одна до одної, і між ними реалізується комплементарне спарювання основ. У результаті молекула тРНК має Г-подібну (або L-подібну) форму з двома плечами різної довжини: на кінці одного плеча акцептується амінокислота (акцепторне плече), на кінці іншого розташований антикодон.

У складі дволанцюгових спіральних зон тРНК знаходиться ~55% нуклеотидів, але ~90% основ залучено до стекінг-взаємодій. Отже, молекула характеризується високою впорядкованістю, жорсткістю своєї структури. Це стосується також і петель, серед яких лише антикодонова петля не залучена до взаємодій з іншими елементами. Але 5 основ петлі (включаючи антикодон) утворюють досить жорстку стопку. Додатково структура тРНК стабілізується іонами Mg2+, тільки у присутності яких молекула є функціонально активною.

Заг к-сть типів тРНК, які обслуговують процес білкового синтезу, є близькою до 40. Оскільки типів тРНК більше, ніж амінокислот, одній амінокислоті може відповідати кілька тРНК – такі тРНК називають ізоакцепторними. Серед них є такі, що містять різні (але, звичайно, синонімічні) антикодони, – гетерокодонові. І є гомокодонові тРНК, що можуть бути продуктами різних генів (розрізняються за послідовністю нуклеотидів), а можуть бути продуктами одного гена, розрізняючись модифікаціями основ. Оскільки типів тРНК менше, ніж кодонів, одна тРНК здатна впізнавати кілька синонімічних кодонів, що забезпечується неоднозначністю спарювання між першою позицією антикодона і третьою (за якою, головним чином, розрізняються синонімічні кодони, див. розділ 4) – кодона. А саме, U та G здатні впізнавати по два нуклеотиди у третій позиції кодона, I (який досить часто зустрічається у першій позиції антикодона) впізнає три нуклеотиди.

Роль Порядок залучення амінокислот до поліпептидного ланцюга, що утворюється при білковому синтезі, залежить лише від взаємодій між нуклеїновими кислотами – кодоном та антикодоном; амінокислота, яку несе тРНК, жодним чином не розпізнається рибосомою. Отже, акцептування певної амінокислоти молекулою тРНК відповідного типу (і тільки відповідного типу) є одним з найважливіших моментів білкового синтезу: від точності процесу акцептування буде залежати й точність синтезу білка в цілому.

Процес приєднання амінокислот до тРНК каталізується аміноацил-тРНК-синтетазами (АРСаза, aaRS – aminoacyl-tRNA-Synthetase). Кожна з 20 типів (по числу амінокислот) цих ферментів каталізує 2 хімічні реакції:

На першій стадії відбувається так зване активування амінокислоти – її перенос на АМР з утворенням аміноацил-аденілату, коли пірофосфат (рр) у складі АТР замінюється на амінокислоту (аа).

Аміноацил-аденілат утворює проміжний комплекс з активним центром ферменту і ефективно атакує ОН-групу рибози 3'-кінцевого аденозину тРНК (3'- або 2'-ОН групу в залежності від класу АРСази): відбувається перенос амінокислоти на тРНК. Після дисоціації від АРСази у складі аа-тРНК відбувається спонтанний обмін ак-ти між двома ОН-групами рибози; при зв'язуванні з рибосомою амінокислота фіксується на 3'-ОН групі.