Химическая энциклопедия - транспортные рибонуклеиновые кислоты

(тРНК, трансферные РНК, адапторные РНК), низкомолекулярные РНК, осуществляющие перенос аминокислотных остатков к матричной РНК (мРНК) при трансляции (синтезе полипептидяой цепи на мРНК-матрице в рибосомах).

Присутствуют в цитоплазме и митохондриях. Цитоплаз-матич. тРНК состоят из одной полирибонуклеотидной цепи, включающей 74-95 нуклеотидных остатков (мол. м. 24-31 тыс.), митохондриальные тРНК немного короче. Для всех молекул тРНК характерно присутствие остатка фосфорной к-ты на 5'-конце (см. Нуклеиновые кислоты) нуклеотидной цепи (фосфорилирован 5'-гидроксил), наличие последовательности ССАЧОН (С-остаток цитидина, А-аденозина) на 3'-конце и неск. консервативных нуклеотидных остатков, рассеянных вдоль цепи и занимающих во всех тРНК одни и те же положения.

Отличит. особенность тРНК-присутствие в молекуле минорных нуклеозидов (миноров), общее число разновидностей к-рых в разных тРНК св. 50, а в одной молекуле тРНК их доля может достигать 25%. Они образуются путем метилирования, гидрирования и др. превращений обычных нуклеотидных звеньев в ходе посттранскрипц. модификации тРНК под действием соответствующих ферментов. Большинство миноров влияет на стабильность пространственной структуры и(или) на адапторную ф-цию тРНК-способность каждой тРНК узнавать свой кодон (участок мРНК из трех нуклеотидных остатков, кодирующий определенную аминокислоту; см. Генетический код). На присоединение к тРНК аминокислот (акцепторную ф-цию) миноры, как правило, не влияют.

Более половины пуриновых и пиримидиновых оснований тРНК с помощью водородных связей образуют внутрицепо-чечные пары по принципу комплементарности(A-U, G-C, G-U; U и G-соотв. остатки уридина и гуанозина), формируя 4 двухспиральных участка. Эти короткие спирали чередуются с участками неспаренных оснований, в результате чего нуклеотидная цепь образует 3 петли. Таким образом формируется вторичная структура, получившая назв. клеверного листа (см. рис.). В ней выделяют: акцепторную ветвь (стебель, черешок) с универсальной 3'-концевой последовательностью, служащей акцептором (местом прикрепления) остатка аминокислоты; дигидроуридиловую ветвь (шпильку), варьирующую по числу входящих в ее состав нуклеотидов и содержащую до 3 остатков дигидро-уридина (DHU); антикодоновую ветвь (шпильку) с петлей в 7 нуклеотидных остатков, в центре к-рой находится анти-кодон (тринуклеотид, комплементарный кодону мРНК и обусловливающий специфичность тРНК к этому кодону); тимидилпсевдоуридиловую ветвь, или Ty-шпильку, содержащую минорные нуклеозиды риботимидин и псевдоури-дин.

Кроме того, у всех тРНК между Ty-шпилькой и акцепторным стеблем имеется вариабельная петля (V-петля). Число составляющих ее нуклеотидов у разл. тРНК варьирует от 3 до 20. Если петля длинная, то формируется дополнит. пятый двухспиральный участок тРНК, как, напр., у дрожжевых тРНК ^Ser и тРНК ^Leu (в верхнем индексе-условные обозначения аминокислот, к к-рым специфичны данные тРНК; букв. обозначения см. в ст. Аминокислоты).

Нуклеотидная последовательность и вторичная структура дрожжевой алани-новой тРНК; линии между антипараллельными участками обозначают водородные связи между комплементарными парами оснований (р-остаток фосфорной к-ты); молекула содержит семь минорных нуклеозидов: y-псевдо-уридин, 1-инозин, Т-риботимидин. DHU-5,6-дигидроуридин, m¹I-1-метили-нозин, m¹G-1-метилгуанозин, m²G-N² -диметилгуанозин: 1-акцепторная ветвь, 2-Тy-шпилька, S-V-петля, 4-антикодонная ветвь, 5-дигидроуриди-ловая ветвь.

Все тРНК имеют сходную пространственную укладку цепи, напоминающую лат. букву L. Акцепторная и тими-дилпсевдоуридиловая ветви расположены по одной оси, формируя непрерывную двойную спираль, состоящую из 12 пар нуклеотидных остатков; антикодоновая и дигидроури-диловая ветви располагаются также по одной оси, формируя вторую двойную спираль, включающую 9 пар нуклеотидных остатков. Эти два спиральных участка располагаются под углом ок. 90° друг к другу. Трехмерная структура поддерживается нековалентными связями между Tyи DHU-шпильками, а также др. взаимод., в т. ч. с ионами Mg²⁺. Конформация тРНК в р-ре в целом соответствует ее конформации в кристалле. Важная особенность структуры тРНК заключается в том, что антикодон, находящийся в центре полинуклеотидной цепи и на одном из концов "L", доступен для контактов с мРНК.

В присут. АТФ, ионов Mg²⁺ и аминоацил-тРНК-синтетаз к группе 3'-ОН 3'-концевого аденозина тРНК присоединяется остаток аминокислоты с образованием аминоацил-тРНК. Аминоацил-тРНК в рибосоме с помощью антико-дона комплементарно связывается с соответствующим ко-доном мРНК. тРНК, акцептирующие разл. аминокислоты, имеют разные последовательности оснований, благодаря чему синтетазы легко их узнают. Через взаимод. кодон-антикодон осуществляется перевод нуклеотидной последовательности мРНК в специфич. аминокислотную Последовательность синтезируемой полипептидной цепи.

Ошибка в узнавании аминокислоты своей тРНК при синтезе аминоацил-тРНК не может быть исправлена на последующих этапах белкового синтеза; последовательность аминокислотных остатков в синтезируемой полипептидной цепи определяется мРНК и аминоацил-тРНК, взаимодействующими в рибосоме, а не природой аминокислотного остатка, связанного с тРНК. Для большинства тРНК с короткой V-петлей важную роль при взаимном узнавании фермента и тРНК играет антикодон, для тРНК с длинной V-петлей-двухспиральные участки. При узнавании происходят взаимные конформац. изменения тРНК и фермента.

Как правило, каждая аминокислота имеет неск. соответствующих ей разновидностей тРНК, незначительно различающихся по первичной структуре и наз. изоакцептор-ными; их подразделяют на мажорные (доминирующие) и минорные (малочисленные). Структурные различия обусловлены заменами неск. нуклеотидов (или пар нуклео-тидов) в разл. частях молекулы (в т. ч. в антикодоне) и существенно не отражаются на укладке цепей. Для считывания разных кодонов мРНК, соответствующих одной и той же аминокислоте, используются изоакцепторные тРНК с разными антикодонами. Для мн. аминокислот число соответствующих им изоакцепторных тРНК с разными антикодонами гораздо меньше, чем общее число кодонов (напр., 24 митохондриальных тРНК достаточно для узнавания 61-62 смысловых кодонов мРНК). Из этого следует, что одна и та же тРНК может узнавать неск. кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту, но различающихся по одному нуклеотиду.