tRNA的结构和功能

第三节tRNA的结构和功能一.tRNA的结构（一）三叶草型的二维结构(1)各种tRNA均含有70~80个碱基，其中22个碱基是恒定的。(2)5’端和3’端配对（常为7bp）形成茎区，称为受体臂（acceptorarm）或称氨基酸臂。在3’端永远是4个碱基（XCCA）的单链区，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。（3）TψC常由5bp的茎和7Nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合；(4)反密码子臂(anticodonarm)常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。(5)D环(Darm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责和氨基酰tRNA聚合酶结合;(6)额外环(extraarm)可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂）。（二）tRNA的三维结构三叶草二级结构具有四个臂L型三维结构两个双螺旋区相互垂直3’TψC环氨基酸茎3’5’氨基酸茎5’D环D环TψC环可变环可变环反密码子环反密码子环图14-15tRNA由三叶草型折叠成L型三维结构酵母苯丙氨酸tRNA的三级氢键tRNA的碱基堆积L型结构(2)D环和TψC环形成了“L”的转角。(1)氨基酸受体臂位于L型的一侧，距反密码子环约70A(3)在一些保守和半保守的碱基之间形成很多的三级氢键,使分子形成L形b,并使结构稳定。(4)使得三维结构得以形成的这些碱基配对涉及到与磷酸核糖主链相互作用的三级结构的磷酸二酯键分布在核糖的2’-OH上。(5)几乎所有的碱基平面之间产生堆积的作用。(6)在反密码子茎中仅有很少的三级氢键。二.tRNA对氨基酸的识别（1）tRNA怎样接受特定的氨基酸，氨基酰－tRNA合成酶怎样识别tRNA；（2）tRNA中的哪些结构和接受特定氨基酸有关。1988年HouYa-ming（候雅明）和Schimmel首先取得突破。他们采用的方法是：(1)选用E.coli(trp-)来进行研究；(2)tRNA，携带Ala，反密码子突变成CUA，可以和终止密码子UAG相配对,可校正色氨酸的琥珀突变.(3)用点突变的方法来改变校正tRNA（Ala）上的各个位点，观察对识别Ala有何影响，他们证明了AlatRNA的G3:U70碱基对，仅一对碱基决定了丙氨酰tRNA合成酶与tRNA的识别。这种小元件称为tRNA的“identity”，或称为副密码子（paracodon）。表14--5每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质tRNAtRNA合成酶识别的碱基一类氨基酰tRNA合成酶Val反密码子上的三个碱基Met反密码子上的三个碱基Ile反密码子上的C34修饰碱基GlnU35（反密码子）;U1-A72和G73（受体臂）二类氨基酰tRNA合成酶Phe（酵母）反密码子上的三个碱基，G20(D环);A73(末端)SerG1-C72;G2-C71;A3-U70(受体臂);C11-G24(D环)AlaG3-U70(受体臂)三.校正tRNA抑制基因（suppressor）或称校正基因（一）无义抑制（nonsensesuppressor）1.tRNA反密码子的突变2.tRNA其它结构的改变无义突变使UUG变为UAGTyr-tRNA阅读UAG密码子AUGUUGUAAAUGUAGUAAAUGUAGUAAUACAACAUCAUG释放因子抑制突变LeuTyrTyr图14－17带有突变反密码子的tRNA可抑制无义突变表14-6由反密码子突变而产生的无义抑制基因野生型抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC,UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG（二）错义抑制错义突变错义突变AUGAGAUAAAUGGGAUAAAUGAGAUAAUCUCCUUCU抑制突变ArgGlyGly图14-18反密码子发生突变可抑制错义突变抑制突变的特点:1.不是所有抑制基因都能产生有功能的蛋白质，关键是要看氨基酸取代的情况。2.校正的作用不可能是完全的。①校正的tRNA分子是有限的而且还要和释放因子竞争；②若是错义抑制的话，由于氨基酸发生取代,使得蛋白质的活性有所降低。3.每种抑制tRNA一般都只识别UAG终止密码子，而不再识别原来相应的密码子。4.赭石突变抑制基因不仅可以识别赭石密码子（UUA），也可以抑制琥珀突（Am）码子UAG。但反过来Am抑制基因（CUA）就不能抑制赭石突变（UAA），这是由于摆动缘故所造成。5.当细胞中含有多个tRNA拷贝时，抑制才能发挥作用。6.有的抑制基因，不仅可以识别终止密码子，而且还可以识别原来的密码子。如野生型tRNATrp的反密码子是CCA，它可以识别原来的密码子UGG，而且还可以识别终止密码子UGA。7.校正基因一般不会影响正常的终止(1)校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不同，如UAG-UAA；(2)释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；(3)抑制基因的效率很低，通常为1~5%，所以常不会抑制正常终止。表14-7原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合第四节核糖体的结构和功能核糖体的大小表14-8核糖体的活性位点活性位点功能位置组分mRNA结合位点结合mRNA和IF因子30S,P位点附近S1、S18、S21；及S3、S4、S5、S1216SrRNA3′末端区域P位点结合fMet-tRNA和肽基-tRNA大部分在50S亚基L2、L27及L14、L18、L24、L3316S和23SrRNA3′附近区域A位点结合氨酰基-tRNA大部分在30S亚基L1、L5、L7/L12、L20、L30、L3316S和23SrRNA（16S的1400区）E位点结合脱酰tRNA50S23SrRNA是重要的5SRNA和23SrRNA结合P和A位点的附近L5、L18、L25复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰-tRNA上50S的中心突起L2、L3、L4、L15、L1623SrRNA是重要的EF-Tu结合位点氨基酰-tRNA的进入30S外部EF-G结合位点移位50S亚基的界面上，L7/L12附近，近S12L7/L12GTP酶需要50S的柄L7、L12