8.16
Transfer RNA
Jedną z unikalnych cech tRNA jest obecność zmodyfikowanych zasad. W niektórych tRNA zmodyfikowane zasady stanowią prawie 20% wszystkich zasad w cząste…
Transferowe RNA lub tRNA to niekodujące RNA, które odgrywają główną rolę w syntezie białek. Komórki eukariotyczne zawierają ponad 50 różnych tRNA, z których każdy przenosi określony aminokwas.
Złożone tRNA ma trzy pętle spinki do włosów: pętlę antykodonu, pętlę T i pętlę D. Koniec 3' cząsteczki ma konserwatywną sekwencję CCA, która kowalencyjnie wiąże aminokwas. Dodatkowo tRNA zawierają wiele zmodyfikowanych zasad w kilku pozycjach.
Gen tRNA jest transkrybowany przez polimerazę RNA III jako długi prekursor tRNA lub pre-tRNA. Pre-tRNA zawiera sekwencję liderową 5', sekwencję przyczepową 3' składającą się z traktu poliurydynowego, długiego intronu 14-nukleotydowego i niezmodyfikowanych zasad.
Prekursor tRNA przechodzi przetwarzanie i modyfikacje potranskrypcyjne, zanim uzyska dojrzałe tRNA. Zakres przetwarzania różni się znacznie pod względem kolejności i rodzaju dla różnych tRNA.
Pierwszy etap przetwarzania tRNA polega na usunięciu sekwencji lidera 5' i jest katalizowany przez enzym RNA zwany rybonukleazą P lub RNazą P. Enzym ten zawiera katalitycznie aktywny RNA, który usuwa sekwencję lidera 5'
.W drugim etapie sekwencja przyczepy na końcu 3′ jest przycinana przez jedną lub więcej nukleaz, takich jak egzonukleaza RNaza D. W trzecim etapie serii dodaje się końcowy trinukleotyd 3' CCA, którego brakuje w niektórych bakteryjnych i wszystkich eukariotycznych prekursorach tRNA.
We wszystkich eukariotycznych pre-tRNA enzym zwany nukleotydylotransferazą tRNA dodaje sekwencję CCA do przetworzonego końca 3′.
Następnie wiele nukleotydów w pre-tRNA jest chemicznie modyfikowanych w określonych pozycjach. Typowe modyfikacje zasad obejmują metylację, deaminację, redukcję i izomeryzację.
W ostatnim etapie przetwarzania tRNA sekwencja intronu jest składana z transkryptów tRNA w celu wytworzenia dojrzałego tRNA.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the role of tRNA in protein synthesis?
Transfer RNAs (tRNAs) are non-coding RNAs essential for protein synthesis. Each tRNA carries a specific amino acid and contains an anticodon that recognizes corresponding codons on mRNA. Eukaryotic cells contain over 50 distinct tRNAs, enabling accurate translation of genetic information into proteins.
Q2: How does RNA Polymerase III transcribe tRNA genes?
RNA Polymerase III transcribes tRNA genes into long precursor tRNA (pre-tRNA) molecules. The pre-tRNA contains a 5' leader sequence, a 3' trailer sequence with a polyuridine tract, a 14-nucleotide intron, and unmodified bases. This initial transcript requires extensive post-transcriptional processing before becoming a functional mature tRNA.
Q3: What are the main steps in tRNA processing?
tRNA processing involves five key steps: removal of the 5' leader by RNase P, trimming the 3' trailer by exonucleases like RNase D, addition of the CCA sequence by tRNA nucleotidyltransferase, chemical modification of specific bases, and intron splicing. The extent and order of processing varies among different tRNAs.
Q4: Why are modified bases important in tRNA structure?
Modified bases, which comprise nearly 20% of some tRNAs, protect the molecule from enzymatic degradation by RNases. These modifications include methylation, deamination, reduction, and isomerization, each catalyzed by specific enzymes with unique base and site-specificity. Modified bases also enable proper tRNA recognition and function during translation.
Q5: How do the three tRNA hairpin loops differ in function?
The TΨC arm is recognized by the ribosome during translation. The D arm, containing dihydrouracil, serves as a recognition site for aminoacyl-tRNA synthetase, which catalyzes covalent amino acid attachment. The anticodon loop often contains queuine, a modified guanine that enables wobble base pairing with mRNA codons, improving translation accuracy.
Q6: What is wobble base pairing and why does it matter?
Wobble base pairing occurs when modified bases like queuine in the anticodon form non-Watson-Crick base pairs with mRNA codons. This loose pairing at the third codon position allows one tRNA to recognize multiple codon variants. The presence of queuine improves translation accuracy by enabling proper codon recognition.
Q7: How do tRNA modifications differ between eukaryotes and prokaryotes?
The nature and position of modified bases are species-specific. Thiolation of adenine occurs only in prokaryotes, while methylation of cytosine is restricted to eukaryotes. Overall, eukaryotic tRNAs undergo more extensive modifications than prokaryotic tRNAs, though both organisms heavily modify the three stem-loop regions.