Сборка тРНК

В природе многие вещи реализуются букетами. У человека видов тРНК настолько много, что практически каждую тРНК можно считать уникальной. Достигается это разнообразие тремя последовательными шагами. Рассмотрим все на примере аланина (рисунок):

1. Изоакцепторы – это базовый набор тРНК. В этой группе нет тРНК с одинаковыми антикодонами. Всего у человека 50 изоакцепторов.

Считаем: длина кодона – 3 пункта, в каждом пункте – одна из 4 букв (AUGC), число вариантов: 4х4х4=64. Три кодона используется под стоп-кодоны. Оставшийся 61 вариант узнается всего 50-ю вариантами тРНК.

Как это происходит? На рисунке 3 вида тРНК (изоакцепторы), узнающие все 4 варианта кодирования аланина (GCX, где X – любая буква). Узнать аланин по первым «GC» — хватило бы и одной тРНК, но в природе их три.

Эти 50 видов тРНК и называются изоакцепторами.

2. Изодекодеры – версии изоакцепторов. Несут одну и ту же аминокислоту, один и тот же антикодон, но отличаются цепью самой тРНК. У человека 270 изодекодеров, т.е. 270 разных тРНК.

На рисунке видно, что у аланина 26+5+8=39 изодекодеров.

В целом, это нейтральное разнообразие, кодируемое самостоятельными генами [1].

3. тРНК проходит модификации при созревании и содержит много неклассически модифицированных оснований. Например:

— псевдоуридин – урацил прикреплен к рибозе через другой атом.

— дигидроуридин – содержит восстановленный по двойной связи урацил.

Есть и другие, менее распространенные модификации. Как правило, это необходимо для увеличения количества водородных связей, важных для компактной организации тРНК.

В каждой тРНК есть 13 важных точек для таких модификаций. По факту не все они модифицируются, что дает еще большее разнообразие тРНК (миллионы вариантов с учетом вариантов изодекодеров, букет). Учитывая, что в клетке примерно 100 млн тРНК, получаем, что практически каждая тРНК в клетке уникальна и может быть подвергнута регуляции.

Слева на рисунке произвольная аминокислота. R – ее радикал.

Аминоацил-тРНК-синтетаза загружает аминокислоту на тРНК. Реакция идет в 2 стадии:

1. АТФ реагирует с аминокислотой. При этом АМФ связывается с аминокислотой через фосфат, а дифосфат уходит в раствор.

Это аденилирование, т.е. присоединение аденина к аминокислоте.

2. АМФ вытесняется, аминокислота связывается эфирной связью (-О-) с 3’-хвостом тРНК.

Т.е. к 3’-хвосту тРНК аминокислота присоединяется ковалентно.

3. Это присоединение проводит аминоацил-тРНК-синтетаза.

Задача этого фермента – качественно идентифицировать и аминокислоту и антикодон тРНК. Чтобы не получилось, что к аланиновой тРНК ковалентно присоединили триптофан.

На рисунке: легкая задача для аминоацил-тРНК-синтетазы. На вид, обе аминокислоты похожи, их сложно отличить. На самом деле, гидроксильную группу –OH тирозина легко узнать. Она полярная, с ней можно организовать водородную связь.

Более сложная задача: отличить валин от изолейцина. Они отличаются на метильную группу -CH3. Энергия связывания почти одинаковая, вся надежда на геометрическое отличие. Везде и всюду ферменты всегда узнают метилирование, но с точностью 1 ошибка на 100 проверок. Здесь такая точность недостаточна, аминоацил-тРНК-синтетаза имеет второй сайт коррекции, т.е. вторую проверку уже связанной с тРНК аминокислоты. Если проверка не подтвердила правильность – аминокислота срезается.

Аминоацил-тРНК-синтетаз должно быть 20 штук, по числу аминокислот. На самом деле, за счет альтернативного сплайсинга их тоже очень много, букет. Часть из них вообще не функциональна.

Т.е. наш геном и продублирован и замусорен, но в нем есть базовая линия, преобладающее направление.