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tRNA之角色扮演
所有细胞都含有一组转移RNAs(tRNAs),每一个tRNA都是一个小分子,大部分含有约70-90个核甘酸。tRNA经由一端与mRNA特殊密码子结合,另一端与此密码子所负责之氨基酸结合的方式,使得氨基酸顺着mRNA序列合成一条缩氨酸。每个tRNA仅可携带二十种氨基酸之一种用以进行蛋白质合成:通常带有Gly之tRNA以tRNAGly表示。
在氨基酸尚未被连接于蛋白链上前,它主要是利用其羰基(-COOH)与tRNA分子3端连结,此连结的意义有二:(1)此氨基酸与带有特定密码子tRNA之共价结合,特定密码子又与mRNA上的三个核甘酸互补配对,此密码子与反密码子配对的结果使得每个插入的氨基酸都是依据mRNA序列来合成蛋白质,这便是tRNA分子最重要的转接功能,即利用一端连接氨基酸,一端与密码子配对将核甘酸序列转译为氨基酸序列。(2)第二项功能为利用于羰基时所产生的高能键结来活化氨基酸,使其能与下一个氨基酸之氨基反应形成缩氨酸键。此活化过程为蛋白质合成所必须,因为未活化之氨基酸是无法直接结合上缩氨酸链。
tRNA分子的功能主要是仰赖其精确之三级结构,有一些tRNA已被晶化并以X光绕射分析检测其完整结构,互补碱基对与特殊碱基反应都是tRNA摺叠构造所必须;从许多不同种类之tRNA核甘酸显示,tRNA可形成圈环(loops)及碱基对柄(base-paired stems),并再进一步摺叠形成一L状结构,而在自然状况下,氨基酸会与L构造之一端结合,而反密码子则位于L结构的另一端。
核甘酸链中之核甘酸能经共价修饰来调控核甘酸分子之生物活性,此转录后之修正步骤在tRNA中特别普遍,有些修正过之核甘酸会影响构造及反密码子之碱基配对,因而促进tRNA针对mRNA密码子的辨识。
氨基酸与适当tRNA之连结
tRNA是如何与特异氨基酸共价键结?此机制需仰赖一种称为aminoacyl-tRNA合成脢的酵素,它可将每一个氨基酸结合至适当的一组tRNA上,每一个氨基酸都由不同之合成脢所负责(故总共有20种合成脢),此结合反应最终即形成aminoacyl-tRNA分子。
虽然tRNA为将核甘酸转为氨基酸的最终步骤,然而,aminoacyl-tRNA合成脢在解码步骤中亦占有相当重要的地位,因此,基因密码可说是由两组转接器所协同转译而来。
缩氨酸羰基端(C-terminal end)之氨基酸添加
蛋白质合成的最基础反应为氨基酸之自由氨基与缩氨酸链羰基间之缩氨酸键的形成,以此方式,蛋白质一步步自氨基端向羰基端合成。在整个过程中,缩氨酸链所形成之羰基端经由与tRNA共价结合而维持在活化状态,此高能键结在每个氨基酸加入周期中会被打断,但很快又会被最新加入之氨基酸键结所取代,每个氨基酸携带高能被加入都是为了下一个要加入的氨基酸,以此方式,缩氨酸链于是渐渐变长。