Познание мира

Что такое тРНК?

Определение тРНК- Транспортная РНК или тРНК — это тип молекулы РНК, которая помогает расшифровывать информацию, присутствующую в последовательностях мРНК, в определенные белки.

1. Молекула тРНК является переносчиком аминокислоты, которая доставляет соответствующую аминокислоту к рибосоме на основе кодона, присутствующего в последовательности мРНК.
2. тРНК также известна как адаптерная молекула, поскольку она переводит кодоны, присутствующие в последовательностях мРНК, в аминокислоты.
3. тРНК имеет длину всего 70-90 нуклеотидов, что делает ее наименьшей из трех основных РНК (мРНК и рРНК).
4. Молекулярная масса молекулы тРНК колеблется от 25 000 до 30 000 дальтон.
5. тРНК кодирует ДНК в ядре клетки и транскрибируется с помощью РНК-полимеразы ΙΙΙ.

Свойства тРНК=

1. тРНК может образовывать водородные связи с мРНК, а также может образовывать сложноэфирную связь с аминокислотами, таким образом связывая мРНК с аминокислотой в месте синтеза белка.
2. Связь тРНК комплементарна каждому трем нуклеотидам мРНК, называемым кодонами, и это происходит антипараллельно. Часть тРНК, которая связывается с кодоном мРНК, называется антикодоновым плечом тРНК.
3. Это комплементарное спаривание оснований тРНК и мРНК обеспечивает правильную трансляцию правильной аминокислоты, вставленной в растущую полипептидную цепь.
4. В дополнение к обычным основаниям, то есть аденину, урацилу, цитозину и гуанозину, тРНК также содержит модифицированные необычные основания, такие как аденин, есть необычное основание, называемое инозином, а также вместо урацила есть псевдоурацил и дигидроуридин.
5. Эти модифицированные необычные основания и внутримолекулярное спаривание оснований тРНК делают ее стабильной и защищают от деградации ферментом РНКазой.

Виды структуры тРНК

ТРНК имеет три типа структуры:

1. Первичная структура

1. Линейная одиночная цепь рибонуклеотидов, проходящая в направлении от 5′ к 3′.
2. Количество рибонуклеотидов колеблется в пределах 60-90, наиболее часто встречающаяся длина составляет 76 рибонуклеотидов.
3. Одна молекула тРНК, имеющая первичную структуру, состоит примерно на 20% из модифицированных оснований.
4. Основываясь на этих модифицированных основаниях, линейную последовательность молекулы тРНК можно разделить на три плеча: плечо D, содержащее модифицированное основание дигидроуридин, плечо антикодон, содержащее необычные основания, такие как инозин, полученный из аденина, или псевдоуридин, полученный из урацила, или лизидин из цитозина, плечо TΨC, содержащее модифицированную основу псевдоуридина.
5. В дополнение к этим трем плечам с модифицированными основаниями, на 3′-конце присутствует плечо, обычно содержащее нуклеотид ССА.
6. Плечо антикодона связывается с кодоном мРНК во время синтеза белка.

2. Вторичная структура (модель клеверного листа)

1. Вторичная структура тРНК состоит из последовательностей из 74-95 нуклеотидов, которые являются стабильными и складываются сами по себе, образуя структуру, похожую на лист клевера, содержащую четыре плеча, иногда даже пять в более длинных тРНК.
2. Этими четырьмя парными плечами являются: акцепторное плечо, D-плечо, плечо TΨC и плечо антикодон.
3. Акцепторное плечо имеет длину от 7 до 9 пар оснований, это плечо образовано путем спаривания оснований 5′-концевых и 3′-концевых нуклеотидов.
4. Из этих четырех спаренных оснований три плеча заканчиваются петлей из-за непарного спаривания оснований, образующих D-петлю, петлю антикодона и петлю TΨC соответственно. Однако акцепторное плечо не образует петли, а содержит удлинение свободной 3′-гидроксильной группы, состоящее из нуклеотидов ССА, которые используются для присоединения аминокислот.
5. Карбоксильная группа аминокислот соединяется со свободным 3′-гидроксилом аденина в CCA с образованием аминоацил-тРНК, этот процесс также называется зарядкой тРНК и катализируется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой. 
6. Акцепторное плечо расположено напротив плеча антикодона.
7. D-плечо состоит из стержня длиной от 4 до 5 пар оснований, который заканчивается петлей, которая обычно содержит модифицированные нуклеотиды пиримидинового основания, дигидроуридин.
8. Плечо антикодона состоит из стебля длиной около 6 пар оснований, который заканчивается петлей из-за 7 непарных оснований. Из которых три основания образуют антикодон.
9. Это первое основание антикодона иногда модифицируют необычными основаниями, такими как инозин, полученный из аденина, или псевдоуридин, полученный из урацила, или лизидин, полученный из цитозина.
10. Это антикодоновое основание антикодонового плеча распознает кодон в мРНК и связывается с ним во время синтеза белка.
11. Плечо TΨC состоит из стержня длиной 5 пар оснований, который заканчивается петлей, которая дополнительно содержит 7 неспаренных пар оснований, обычно содержащих тимин, псевдоуридин и цитозин, отсюда и название плеча TΨC.
12. В дополнение к четырем спаренным плечам в длинных тРНК обычно может присутствовать вариабельное плечо. Длина этих вариабельных ветвей варьируется от 3 до 21 нуклеотида в зависимости от типа кодируемой ими аминокислоты.
13. Вариабельное плечо находится между плечом антикодона и плечом TΨC, обычно короткое и выглядит немного иначе, чем обычные четыре плеча. Спаривание оснований редко встречается в этом плече, поэтому оно выглядит как петля из-за непарных оснований.
14. Вариабельное плечо отвечает за стабильность молекулы тРНК.

3. Третичная структура

1. Это трехмерная структура, где тРНК принимает L-образную структуру.
2. Эта L-образная форма образуется, когда стержень акцептора и TΨC укладываются друг на друга с одной стороны, а стержень антикодона и D-плечи укладываются на другую сторону, и оба образуют удлиненные спирали.
3. Обе эти удлиненные спирали выстраиваются под прямым углом, и при этом D-петля и петля TΨC выстраиваются вместе.
4. Третичная структура является наиболее стабильной структурой из всех, и эта устойчивость приобретается за счет водородных связей между азотистыми основаниями и рибозо-фосфатным остовом.
5. Для синтеза белков путем считывания кодона в мРНК молекула тРНК должна иметь третичную структуру.

Состав тРНК

1. тРНК, представляющая собой тип молекулы РНК, состоит из сахара рибозы, фосфата и азотистого основания.
2. тРНК транскрибируются с генов, присутствующих в ДНК. А, как мы знаем, ДНК проходит от 5′-конца к 3′-концу, поэтому синтезируемая тРНК имеет такое же направление.
3. Во время процессинга тРНК-предшественника в зрелую тРНК делается много добавлений и модификаций.
4. Эти модифицированные основания в структуре тРНК характеризуют отдельные участки цепей рибонуклеотидов. 
5. Основываясь на этих модифицированных основаниях, молекула тРНК имеет три плеча или сегменты, одно из которых представляет собой плечо D, которое отчетливо содержит необычное основание, называемое дигидроуридином, полученное в результате метилирования урацила.
6. Наряду с этими тремя отдельными плечами также присутствует важное плечо, которое не содержит модифицированных оснований, но после обработки становится акцепторным плечом, присоединяющим аминокислоты. 
7. Таким образом, молекула тРНК состоит из цепочек рибонуклеотидов, в которых во время процессинга происходит определенная модификация оснований и добавление нуклеотидов, в результате чего образуются четыре плеча: плечо D, плечо TΨC, плечо антикодона и плечо акцептора.

Процессинг тРНК

1. Как и все РНК, тРНК синтезируется путем транскрипции генов, закодированных в молекуле ДНК, с помощью фермента, называемого РНК-полимеразой ΙΙΙ.
2. И становятся готовыми к трансляции (созревающими) посредством сплайсинга, добавления ОСА и метилирования оснований в нуклеотидах. 
3. Недавно транскрибированная тРНК-предшественник имеет дополнительные последовательности на 5′- и 3′-концах, которые отщепляются под действием фермента, называемого РНКазой Р, который является рибонуклеазой.
4. В некоторых случаях тРНК-предшественник также содержит некодирующую область, называемую интронами, которые сплайсируются специфической эндонуклеазой, а затем оставшиеся фрагменты соединяются с помощью РНК-лигазы.
5. Добавление CCA на 3′-конце осуществляется с помощью фермента, называемого тРНК-нуклеотидилтрансферазой.
6. Модификация оснований также происходит во время процессинга тРНК-предшественника и становится возможной с помощью фермента тРНК-метилазы, который помогает обеспечить донора метила, таким образом делая основания метилированными, что приводит к модифицированным необычным основаниям, таким как псевдоуридин, инозин, дигидроуридин и Лизидин.
7. Каждая модификация предназначена для функционализации тРНК для синтеза белка.
8. Добавление нуклеотидов CCA на 3′-конце помогает присоединению конкретной аминокислоты путем образования сложноэфирной связи (этерификация) со свободной гидроксильной группой аденинового нуклеотида CCA. Эта реакция катализируется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой.
9. Сплайсинг освобождает тРНК от интронов. А метилирование оснований делает их узнаваемыми аминоацил-тРНК-синтетазой и рибосомой.
10. Следовательно, весь этот процессинг должен иметь место для создания зрелой тРНК, которая в дальнейшем может быть полезной во время синтеза белка.

Типы тРНК

1. Типы тРНК классифицируются по типам аминокислот, которые она несет. У человека обычно есть 20 незаменимых аминокислот, которые, таким образом, дают начало 20 различным типам тРНК.
2. Однако, в качестве альтернативы, их также можно классифицировать на основе их антикодонов.
3. Когда гены экспрессируются в белках. ДНК транскрибируется в мРНК, которая затем транслируется в белок с помощью тРНК. ДНК содержит четыре нуклеотида, поэтому их возможная комбинация дает 64 кодона.
4. Из 64 кодонов 3 кодона являются стоп-кодонами, т.е. UAG, UAA и UGA. Эти три кодона запускают терминацию трансляции. В дополнение к молекулам тРНК, которые необходимы для соединения с каждой аминокислотой. Некоторые другие молекулы тРНК также необходимы для соединения с этими стоп-кодонами, чтобы остановить синтез белка.
5. Некоторые кодоны кодируют одну и ту же аминокислоту, поэтому реальное число тРНК не равно 64. Эта избыточность в генетическом коде называется «колебанием».
6. Из-за этой избыточности очень немногие виды организмов имеют ровно 61 кодон, кодирующий аминокислоты.
7. тРНК взаимодействует с кодонами через свою антикодоновую петлю. Спаривание оснований между антикодоном и кодоном обеспечивает специфичность аминокислот для включения в полипептидные цепи.

Функции тРНК

1. тРНК являются жизненно важными молекулами, участвующими в синтезе белка, которые транспортируют аминокислоты к рибосоме, где эти аминокислоты добавляются в соответствии с последовательностями кодонов, закодированными в молекуле мРНК.
2. Подхватывает в цитоплазме специфические аминокислоты и переносит их к месту синтеза белка.
3. Также участвуют в небелковых синтетических процессах, таких как праймеры при обратной транскрипции ретровирусов. 
4. Он также известен как адаптерная молекула, потому что он присоединяет определенные аминокислоты, которые кодон представляет в последовательности мРНК. Его также можно назвать мостиком, соединяющим аминокислоты и нуклеотиды.
5. Мутации в тРНК или процессинге тРНК связаны с различными заболеваниями человека, такими как рак и нейродегенеративные заболевания.
6. В последнее время молекулы тРНК были изменены, чтобы приспособить нужные антикодоны, что приводит к трансляции необычных аминокислот, выполняющих некоторые специфические функции. Например, тРНК-зависимое аминоацилирование липидов мембран бактериальных клеток объясняет повышенную вирулентность бактерий и их устойчивость к антибиотикам.