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RIKEN的科学家以及来自东京大学和其他机构的同事们，已经确定了一个令人惊讶的机制，从而使细胞准确地将遗传密码翻译成对生物学功能所必需的蛋白质。 |
当细胞基于密码子的“遗传密码”生产蛋白质时，这有一个精确的过程，首先转录RNA(tRNA)结合到特定的氨基酸中，然后将它们运输到称为核糖体的细胞工厂中，在那里，氨基酸被放置在一起，然后氨基酸一步一步地形成蛋白质。这个过程的失误是由称为合成酶的酶介导的，这可能会导致灾难性的后果，因为它们可能会导致蛋白质变形。值得庆幸的是，tRNA分子非常精确地与合适的氨基酸相匹配。但我们仍然缺乏有关这个选择过程如何发生的一个基本理解。
发表在2014年6月11日的Nature杂志上的一篇文章报告说，RIKEN的科学家以及来自东京大学和其他机构的同事们，已经确定了一个令人惊讶的机制，这些酶中的一个称为丙氨酰-tRNA合成酶正确组装tRNA分子及其同源的氨基酸(丙氨酸)，从而使细胞准确地将遗传密码翻译成对生物学功能所必需的蛋白质。
使用微生物分子的晶体学研究，由RIKEN结构生物学实验室重幸横山领导的研究小组，确定酶能够准确地识别tRNA是由于一个几何特征，这是tRNA分子的一个特定的碱基对的排列，位于一个“摆动”结构上，允许结合丙氨酸的tRNA而不是其他氨基酸接触酶的活跃区域。
该研究组观察一个丙氨酰-tRNA合成酶与野生型tRNA的复合物，这个复合物野生型tRNA具有由尿嘧啶和鸟嘌呤组成的一个摆动碱基对，并将它与用腺嘌呤替代鸟嘌呤的变体相比较。这个tRNA变体可以结合到丙氨酰-tRNA合成酶中，但它会防止活跃区域分开，横山称之为“非反应性的状态”。
整体的酶反应比野生型tRNA快100倍，事实证明，tRNA分子的结构变化的关键归因于单碱基对的差异。因此，这个小功能是被用于酶的准确识别。
“这是一个迷人的发现，可能为我们提供一个有关生物系统为何能够准确地通过其核心的随机或任意过程翻译它们的遗传密码新的见解。我们感兴趣于遗传密码子的演变方面，因为氨基酸接纳茎的识别对于‘第二遗传密码子’的概念是很重要的。本文的研究结果可能会显示tRNA识别继承自一个遥远的祖先的一个未知机制。”横山说。(来源：生物帮)
原文摘要：
The selective tRNA aminoacylation mechanism based on a single G?U pair
Masahiro Naganuma, Shun-ichi Sekine, Yeeting Esther Chong, Min Guo, Xiang-Lei Yang,Howard Gamper, Ya-Ming Hou, Paul Schimmel & Shigeyuki Yokoyama
Ligation of tRNAs with their cognate amino acids, by aminoacyl-tRNA synthetases, establishes the genetic code. Throughout evolution, tRNAAla selection by alanyl-tRNA synthetase (AlaRS) has depended predominantly on a single wobble base pair in the acceptor stem, G3?U70, mainly on thekcat level. Here we report the crystal structures of an archaeal AlaRS in complex with tRNAAla with G3?U70 and its A3?U70 variant. AlaRS interacts with both the minor- and the major-groove sides of G3?U70, widening the major groove. The geometry difference between G3?U70 and A3?U70 is transmitted along the acceptor stem to the 3′-CCA region. Thus, the 3′-CCA region of tRNAAla with G3?U70 is oriented to the reactive route that reaches the active site, wheras that of the A3?U70 variant is folded back into the non-reactive route. This novel mechanism enables the single wobble pair to dominantly determine the specificity of tRNA selection, by an approximate 100-fold difference in kcat.
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