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7.3 氨酰-tRNA的合成
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:4464    更新时间:2011/4/15
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蛋白质合成时,各种氨基酸需经AARS活化并与特异的tRNA连接,氨基酸由tRNA携带至核糖体上以mRNA为模板缩合成肽链。

 

7.3.1 氨酰-tRNA合成酶(AARS)

AARS(Aminoacyl-tRNA Synthetase)存在于细胞浆中,按亚基结构分为单体(a1)、二聚体(α2)和同型或异型四聚体(α4或α2β2)等。

分子大小差异很大(40kD~110kD/亚基)。肽链长短从329aa~951aa残基。

真核AARS可形成11条肽链组成的特殊聚集体,MW 1000kD。

 

 

 

AARS上有氨基酸结合位点、tRNA结合位点和ATP结合位点。aaRS具有高度的特异性,它能识别特异的氨基酸和特异tRNA。

AARS可与这种氨基酸的多种同工tRNA结合。一种tRNA可能有两种AARS。

 

7.3.2 氨酰-tRNA的合成

①氨酰-AMP的形成

AARS催化ATP和氨基酸形成结合在AARS上的氨酰-AMP。

 

②tRNA的氨基酰化

AARS催化氨酰-AMP的氨酰基转移到特异tRNA的氨基酸臂上。

 

Ⅰ类AARS中的ArgRS、GluRS和G1nRS在进行第一步反应时,需相识tRNA(cognate tRNA)存在,同时进行第二步反应。其他AARS催化的这两步反应可分开进行。

Ⅰ类酶将氨酰基转移至tRNA的3’端腺苷酸的2’-OH上然后通过转酯作用转移至3’-OH上;

Ⅱ类酶直接将氨酰基转移至3’-OH上。

 

原核细胞中起始Met活化后需经甲酰化形成fMet-tRNA。甲酰基阻碍了fMet的α-NH2与其它氨基酸形成肽键的可能性,fMet必然位于肽链的N端。

当肽链合成达15~30aa残基时,蛋氨酸肽酶将N端的fMet水解。

真核细胞无此过程。

 

 

7.3.3 AARS的识别校正机制

酶和底物的正确结合是由二者几何形状所决定的,只有适合的氨基酸和适合的tRNA进入aaRS的相应位点,才能合成正确的氨酰-tRNA。

 

AARS与L形tRNA的侧面结合。

 

Ⅰ类酶(如GlnRS)与tRNA的D-环侧结合,识别其受体臂的小沟,反密码子环在另一端。

 

Ⅱ类酶(如AspRS)是在另一侧面与tRNA结合,识别其可变环和受体臂的大沟。

 

反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关,某些tRNA确实如此,但大多数tRNA并非如此,由于某些tRNA上的反密码子突变后,但它们所携带的氨基酸却不变。

由于tRNA的受体臂和反密码子臂与AARS紧密接触,因此它们可能是AARS识别tRNA的部位。

 

tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域为副密码子(识别要素)。一种AARS可以识别一组同工tRNA,表明它们具有共同特征。

但无充分的证据说明所有AARS也识别同工tRNA组中相同的副密码子。另外副密码子也没有固定的位置,也可能并不止一个碱基对。

一些tRNA中的副密码子的位置

E. coli Ala-tRNA      G3·U70

E. coli Arg-tRNA     A20·U70

E. coli Glu-tRNA     U35

E. coli Met-tRNA     反密码子

E. coli Ser-tRNA      G1·C72,G2·C71,A3·U70,C11·G24

E. coli Val-tRNA      反密码子

酵母 Ala-tRNA        G20,G34,A35,A36,A73

 

 

不同AARS对氨基酸有不同的专一性,高度专一的AARS只识别一种氨基酸;有些酶虽能与正确氨基酸结构近似的氨基酸结合,但却不能生成稳定的AA-tRNA而很快解离。

同样AARS也高度专一地识别tRNA,酶与同族的tRNA亲和力强,而与其它tRNA亲和力弱。

 

AARS的校正(proofreading)机制

①有相关tRNA结合在AARS上时,可将已生成的错误的AA-AMP水解,如Met、Ile、Val的AARS即是如此。

 

②错误的氨基酸转移至tRNA上时,由于AARS的结合位点识别错误的AA-tRNA结构而将其水解。

 

AARS的校正要求相关tRNA参与。甚至在形成氨酰-AMP前,tRNA也起着引发校正的作用。

如E. coli的IleRS也可催化Val-AMP形成,但当加入tRNAIle时,Val-AMP便水解。

若形成错误的AA-tRNA,在蛋白质合成中便无任何特异的识别和校正方式。

 

合成酶加载tRNAIle的精确性依赖两个阶段的错误控制,形成错误的氨酰-AMP的概率为1/225,释放出错误的氨酰/tRNA概率为1/270。因此合成蛋白质出错的可能性不大。

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