西亞試劑：Distinct domains of tRNA synthetase recognize the same base

Nature 451, 90-93 (3 January 2008) | doi:10.1038/nature06454; Received 28 August 2007; Accepted 7 November 2007

Distinct domains of tRNA synthetase recognize the same base pair

Kirk Beebe1,2, Marissa Mock1,2, Eve Merriman1 & Paul Schimmel1

Correspondence to: Paul Schimmel1 Correspondence and requests for materials should be addressed to P.S. (Email: schimmel@scripps.edu).

Synthesis of proteins containing errors (mistranslation) is prevented by aminoacyl transfer RNA synthetases through their accurate aminoacylation of cognate tRNAs and their ability to correct occasional errors of aminoacylation by editing reactions1, 2, 3, 4, 5. A principal source of mistranslation comes from mistaking glycine or serine for alanine, which can lead to serious cell and animal pathologies, including neurodegeneration3. A single specific GU base pair (G3U70) marks a tRNA for aminoacylation by alanyl-tRNA synthetase6, 7, 8, 9. Mistranslation occurs when glycine or serine is joined to the G3U70-containing tRNAs, and is prevented by the editing activity that clears the mischarged amino acid. Previously it was assumed that the specificity for recognition of tRNAAla for editing was provided by the same structural determinants as used for aminoacylation. Here we show that the editing site of alanyl-tRNA synthetase, as an artificial recombinant fragment, targets mischarged tRNAAla using a structural motif unrelated to that for aminoacylation so that, remarkably, two motifs (one for aminoacylation and one for editing) in the same enzyme independently can provide determinants for tRNAAla recognition. The structural motif for editing is also found naturally in genome-encoded protein fragments that are widely distributed in evolution10, 11, 12. These also recognize mischarged tRNAAla. Thus, through evolution, three different complexes with the same tRNA can guard against mistaking glycine or serine for alanine.附 蛋白質(zhì)合成過程詳解
 
蛋白質(zhì)生的合成亦稱為翻譯（Translation），即把mRNA分子中堿基排列順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈罢圪|(zhì)或多肽鏈中的氨基酸排列順序過程。這也是基因表達的第二步，產(chǎn)生基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)的最后節(jié)段。不同的組織細胞具有不同的生理功能，是因為它們表達不同的基因，產(chǎn)生具有特殊功能的蛋白質(zhì)，參與蛋白質(zhì)生物合成的成份至少有200種，其主要體第主要由mRNA、tRNA、核糖核蛋白體以及有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)因子共同組成。
原核生物與真核生物的蛋白質(zhì)合成過程中有很多的區(qū)別，真核生物此過程更復雜，下面著重介紹原核生物蛋白質(zhì)合成的過程，并指出真核生物與其不同這處。
蛋白質(zhì)生物合成可分為五個階段，氨基酸的活化、多肽鏈合成的起始、肽鏈的延長、肽鏈的終止和釋放、蛋白質(zhì)合成后的加工修飾。
 
一、 氨基酸的活化
在進行合成多肽鏈之前,必須先經(jīng)過活化,然后再與其特異的tRNA結(jié)合,帶到mRNA相應的位置上,這個過程靠氨基酰tRNA合成酶催化,此酶催化特定的氨基酸與特異的tRNA相結(jié)合,生成各種氨基酰tRNA。
每種氨基酸都靠其特有合成酶催化,使之和相對應的tRNA結(jié)合,在氨基酰tRNA合成酶催化下,利用ATP供能,在氨基酸羧基上進行活化,形成氨基酰-AMP,再與氨基酰tRNA合成酶結(jié)合形成三聯(lián)復合物,此復合物再與特異的tRNA作用,將氨基酰轉(zhuǎn)移到tRNA的氨基酸臂(即3’-末端CCA-OH)上。
 
原核細胞中起始氨基酸活化后，還要甲?；纬杉柞５鞍彼醫(yī)RNA，由N10甲酰四氫葉酸提供甲?；?。而真核細胞沒有此過程。
前面講過運載同一種氨基酸的一組不同tRNA稱為同功tRNA。一組同功tRNA由同一種氨?；鵷RNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶對tRNA和氨基酸兩者具有專一性，它對氨基酸的識別特異性很高，而對tRNA識別的特異性較低。
氨基酰tRNA合成酶是如何選擇正確的氨基酸和tRNA呢？按照一般原理，酶和底物的正確結(jié)合是由二者相嵌的幾何形狀所決定的，只有適合的氨基酸和適合的tRNA進入合成酶的相應位點，才能合成正確的氨?；鵷RNA?，F(xiàn)在已經(jīng)知道合成酶與L形tRNA的內(nèi)側(cè)面結(jié)合，結(jié)合點包括接近臂，DHU臂和反密碼子臂。
二、 多肽鏈合成的起始
 
核蛋白體大小亞基，mRNA起始tRNA和起始因子共同參與肽鏈合成的起始。
真核細胞蛋白質(zhì)合成起始復合物的形成中需要更多的起始因子參與，因此起始過程也更復雜。
（1）需要特異的起始tRNA即，-tRNAfmet，并且不需要N端甲?；Ｒ寻l(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近10種（eukaryote Initiation factor,eIF） 
（2）起始復合物形成在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，（除某些病毒mRNA外）
（3）ATP水解為ADP供給mRNA結(jié)合所需要的能量。真核細胞起始復合物的形成過程是：翻譯起始也是由eIF-3結(jié)合在40S小亞基上而促進80S核糖體解離出60S大亞基開始，同時eIF-2在輔eIF-2作用下，與Met-tRNAfmet及GTP結(jié)合，再通過eIF-3及eIF-4C的作用，先結(jié)合到40S小亞基，然后再與mRNA結(jié)合。
mRNA結(jié)合到40S小亞基時，除了eIF-3參加外，還需要eIF-1、eIF-4E及eIF-4G并由ATP小解為ADP及Pi來供能，通過帽結(jié)合因子與mRNA的帽結(jié)合而轉(zhuǎn)移到小亞基上。但是在mRNA5’端并未發(fā)現(xiàn)能與小亞基18SRNA配對的S-D序列。目前認為通過帽結(jié)合后，mRNA在小亞基上向下游移動而進行掃描，可使mRNA上的起始密碼AUG在Met-tRNAfmet的反密碼位置固定下來，進行翻譯起始。
 
通過eIF-5的作用，可使結(jié)合Met-tRNAfmet·GTP及mRNAR40S小亞基與60S大亞基結(jié)合，形成80S復合物。eIF-5具有GTP酶活性，催化GTP水解為GDP及Pi，并有利于其它起始因子從40S小亞基表面脫落，從而有利于40S與60S兩個亞基結(jié)合起來，最后經(jīng)eIF-4D激活而成為具有活性的80SMet-tRNAfmet· mRNA起始復合物。
 
三、 多肽鏈的延長
在多肽鏈上每增加一個氨基酸都需要經(jīng)過進位，轉(zhuǎn)肽和移位三個步驟。
1.     進位
為密碼子所特定的氨基酸t(yī)RNA結(jié)合到核蛋白體的A位，稱為進位。氨基酰tRNA在進位前需要有三種延長因子的作用，即，熱不穩(wěn)定的EF（Unstable temperature,EF）EF-Tu,熱穩(wěn)定的EF(stable temperature EF,EF-Ts)以及依賴GTP的轉(zhuǎn)位因子。EF-Tu首先與GTP結(jié)合，然后再與氨基酰tRNA結(jié)合成三元復合物，這樣的三元復合物才能進入A位。此時GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP與結(jié)合在A位上的氨基酰tRNA分離。
 
2.     轉(zhuǎn)肽--肽鍵的形成（peptide bond formation）
在70S起始復合物形成過程中，核糖核蛋白體的P位上已結(jié)合了起始型甲酰蛋氨酸t(yī)RNA，當進位后，P位和A位上各結(jié)合了一個氨基酰tRNA，兩個氨基酸之間在核糖體轉(zhuǎn)肽酶作用下，P位上的氨基酸提供α-COOH基，與A位上的氨基酸的α-NH2形成肽鍵，從而使P位上的氨基酸連接到A位氨基酸的氨基上，這就是轉(zhuǎn)肽。轉(zhuǎn)肽后，在A位上形成了一個二肽酰tRNA。
3. 移位（Translocation)
轉(zhuǎn)肽作用發(fā)生后，氨基酸都位于A位，P位上無負荷氨基酸的tRNA就此脫落，核蛋白體沿著mRNA向3’端方向移動一組密碼子，使得原來結(jié)合二肽酰tRNA的A位轉(zhuǎn)變成了P位，而A位空出，可以接受下一個新的氨基酰tRNA進入，移位過程需要EF-2，GTP和Mg2+的參加。
以后，肽鏈上每增加一個氨基酸殘基，即重復上述進位，轉(zhuǎn)肽，移位的步驟，直至所需的長度，實驗證明mRNA上的信息閱讀是從5’端向3’端進行，而肽鏈的延伸是從氮基端到羧基端。所以多肽鏈合成的方向是N端到C端。
四、 翻譯的終止及多肽鏈的釋放
無論原核生物還是真核生物都有三種終止密碼子UAG，UAA和UGA。沒有一個tRNA能夠與終止密碼子作用，而是靠特殊的蛋白質(zhì)因子促成終止作用。這類蛋白質(zhì)因子叫做釋放因子，原核生物有三種釋放因子：RF1，RF2T RF3。RF1識別UAA和UAG，RF2識別UAA和UGA。RF3的作用還不明確。真核生物中只有一種釋放因子eRF，它可以識別三種終止密碼子。翻譯的終止及多肽鏈的釋放過程見左圖。
不管原核生物還是真核生物，釋放因子都作用于A位點，使轉(zhuǎn)肽酶活性變?yōu)樗槊富钚?，將肽鏈從結(jié)合在核糖體上的tRNA的CCA末凋上水介下來，然后mRNA與核糖體分離，最后一個tRNA脫落，核糖體在IF-3作用下，解離出大、小亞基。解離后的大小亞基又重新參加新的肽鏈的合成，循環(huán)往復，所以多肽鏈在核糖體上的合成過程又稱核糖體循環(huán)。

• 以上資料由西亞試劑：http://hendrickstechnology.com/ 提供此產(chǎn)品的詳細信息如密度,含量,分子式,分子量等均可在西亞官網(wǎng)查詢   
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