ТРАНСПОРТНЫЕ РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (тРНК, трансферные РНК, адапторные РНК), низкомолекулярные РНК, осуществляющие перенос аминокислотных остатков к матричной РНК (мРНК) при трансляции (синтезе полипептидяой цепи на мРНК-матрице в рибосомах).

Присутствуют в цитоплазме и митохондриях. Цитоплаз-матич. тРНК состоят из одной полирибонуклеотидной цепи, включающей 74-95 нуклеотидных остатков (молекулярная масса 24-31 тысяч), митохондриальные тРНК немного короче. Для всех молекул тРНК характерно присутствие остатка фосфорной кислоты на 5"-конце (см. Нуклеиновые кислоты) нуклеотидной цепи (фосфорилирован 5"-гидроксил), наличие последовательности ССА—ОН (С-остаток цитидина, А-аденозина) на 3"-конце и несколько консервативных нуклеотидных остатков, рассеянных вдоль цепи и занимающих во всех тРНК одни и те же положения.

Отличит. особенность тРНК-присутствие в молекуле минорных нуклеозидов (миноров), общее число разновидностей которых в разных тРНК св. 50, а в одной молекуле тРНК их доля может достигать 25%. Они образуются путем метилирования, гидрирования и др. превращений обычных нуклеотидных звеньев в ходе посттранскрипц. модификации тРНК под действием соответствующих ферментов. Большинство миноров влияет на стабильность пространственной структуры и(или) на адапторную функцию тРНК-способность каждой тРНК узнавать свой кодон (участок мРНК из трех нуклеотидных остатков, кодирующий определенную аминокислоту; см. Генетический код). На присоединение к тРНК аминокислот (акцепторную функцию) миноры, как правило, не влияют.

Более половины пуриновых и пиримидиновых оснований тРНК с помощью водородных связей образуют внутрицепо-чечные пары по принципу комплементарности (A-U, G-C, G-U; U и G-соответственно остатки уридина и гуанозина), формируя 4 двухспиральных участка. Эти короткие спирали чередуются с участками неспаренных оснований, в результате чего нуклеотидная цепь образует 3 петли. Таким образом формируется вторичная структура, получившая назв. клеверного листа (см. рис.). В ней выделяют: акцепторную ветвь (стебель, черешок) с универсальной 3"-концевой последовательностью, служащей акцептором (местом прикрепления) остатка аминокислоты; дигидроуридиловую ветвь (шпильку), варьирующую по числу входящих в ее состав нуклеотидов и содержащую до 3 остатков дигидро-уридина (DHU); антикодоновую ветвь (шпильку) с петлей в 7 нуклеотидных остатков, в центре которой находится анти-кодон (тринуклеотид, комплементарный кодону мРНК и обусловливающий специфичность тРНК к этому кодону); тимидилпсевдоуридиловую ветвь, или Ty-шпильку, содержащую минорные нуклеозиды риботимидин и псевдоури-дин.

Кроме того, у всех тРНК между Ty-шпилькой и акцепторным стеблем имеется вариабельная петля (V-петля). Число составляющих ее нуклеотидов у различные тРНК варьирует от 3 до 20. Если петля длинная, то формируется дополнительной пятый двухспиральный участок тРНК, как, например, у дрожжевых тРНК^Ser и тРНК^Leu (в верхнем индексе-условные обозначения аминокислот, к к-рым специфичны данные тРНК; букв. обозначения см. в ст. Аминокислоты).

Нуклеотидная последовательность и вторичная структура дрожжевой алани-новой тРНК; линии между антипараллельными участками обозначают водородные связи между комплементарными парами оснований (р-остаток фосфорной кислоты); молекула содержит семь минорных нуклеозидов: y-псевдо-уридин, 1-инозин, Температуриботимидин. DHU-5,6-дигидроуридин, m¹I-1-метили-нозин, m¹G-1-метилгуанозин, m²G-N²-диметилгуанозин: 1-акцепторная ветвь, 2-Тy-шпилька, S-V-петля, 4-антикодонная ветвь, 5-дигидроуриди-ловая ветвь.

Все тРНК имеют сходную пространственную укладку цепи, напоминающую лат. букву L. Акцепторная и тими-дилпсевдоуридиловая ветви расположены по одной оси, формируя непрерывную двойную спираль, состоящую из 12 пар нуклеотидных остатков; антикодоновая и дигидроури-диловая ветви располагаются также по одной оси, формируя вторую двойную спираль, включающую 9 пар нуклеотидных остатков. Эти два спиральных участка располагаются под углом около 90° друг к другу. Трехмерная структура поддерживается нековалентными связями между Ty- и DHU-шпильками, а также др. взаимодействие, в т.ч. с ионами Mg²⁺. Конформация тРНК в растворе в целом соответствует ее конформации в кристалле. Важная особенность структуры тРНК заключается в том, что антикодон, находящийся в центре полинуклеотидной цепи и на одном из концов "L", доступен для контактов с мРНК.

В присут. АТФ, ионов Mg²⁺ и аминоацил-тРНК-синтетаз к группе 3"-ОН 3"-концевого аденозина тРНК присоединяется остаток аминокислоты с образованием аминоацил-тРНК. Аминоацил-тРНК в рибосоме с помощью антико-дона комплементарно связывается с соответствующим ко-доном мРНК. тРНК, акцептирующие различные аминокислоты, имеют разные последовательности оснований, благодаря чему синтетазы легко их узнают. Через взаимодействие кодон-антикодон осуществляется перевод нуклеотидной последовательности мРНК в специфический аминокислотную Последовательность синтезируемой полипептидной цепи.

Ошибка в узнавании аминокислоты своей тРНК при синтезе аминоацил-тРНК не может быть исправлена на последующих этапах белкового синтеза; последовательность аминокислотных остатков в синтезируемой полипептидной цепи определяется мРНК и аминоацил-тРНК, взаимодействующими в рибосоме, а не природой аминокислотного остатка, связанного с тРНК. Для большинства тРНК с короткой V-петлей важную роль при взаимном узнавании фермента и тРНК играет антикодон, для тРНК с длинной V-петлей-двухспиральные участки. При узнавании происходят взаимные конформационные изменения тРНК и фермента.

Как правило, каждая аминокислота имеет несколько соответствующих ей разновидностей тРНК, незначительно различающихся по первичной структуре и называют изоакцептор-ными; их подразделяют на мажорные (доминирующие) и минорные (малочисленные). Структурные различия обусловлены заменами несколько нуклеотидов (или пар нуклео-тидов) в различные частях молекулы (в т.ч. в антикодоне) и существенно не отражаются на укладке цепей. Для считывания разных кодонов мРНК, соответствующих одной и той же аминокислоте, используются изоакцепторные тРНК с разными антикодонами. Для многие аминокислот число соответствующих им изоакцепторных тРНК с разными антикодонами гораздо меньше, чем общее число кодонов (например, 24 митохондриальных тРНК достаточно для узнавания 61-62 смысловых кодонов мРНК). Из этого следует, что одна и та же тРНК может узнавать несколько кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту, но различающихся по одному нуклеотиду.

Число генов, кодирующих тРНК для одной и той же аминокислоты, может различаться у разных организмов более чем на порядоколо Общее число генов тРНК в различные организмах сильно варьирует (например, у кишечной палочки Escherichia coli их около 70, у шпорцевой лягушки Xenopus laevis около 7 тысяч, у человека св. 1 тысяч). При транскрипции (синтез РНК на ДНК-матрице) генов тРНК с помощью фермента РНК-полимеразы III образуются предшественники тРНК (пре-тРНК). Дальнейшее их превращение в тРНК включает ряд ферментативных реакций, приводящих к уменьшению размеров молекул и модификации некоторых нуклеозидов. В-генах тРНК эукариот функционально важный 3"-концевой триплет не кодирован-он достраивается посттранскрипционно с помощью фермента тРНК-нуклео-тидилтрансферазы.

Помимо акцепторно-адапторной функции в белковом синтезе, многие тРНК выполняют роль затравки при обратной транскрипции (синтезе ДНК на РНК-матрице) благодаря комплементарности 3"-конца тРНК (17-20 нуклеотидов) и участка РНК ретровирусов, а также др. ретротранспозонов. На 3"-концах РНК многие вирусов растений присутствуют тРНК-подобные структуры, обладающие акцепторной активностью. Некоторые тРНК участвуют в биосинтезе пеп-тидогликанов (компонентов внешний оболочки некоторых бактерий), в переносе аминокислот через внешний мембрану клеток, в регуляции биосинтеза ряда аминокислот, в посттрансляционной модификации белков (перенос аминокислотного остатка от аминоацил-тРНК на N-конец полипептидной цепи под действием ферментов аминоацил-тРНК-протеин трансфераз), а также во внутриклеточной деградации белков. Имеются данные об участии тРНК как кофактора в реакции восстановления глутаминовой кислоты при биосинтезе хлорофилла. Успехи в изучении структуры и функции тРНК сыграли исключит. роль в понимании общих принципов структурной организации нуклеиновых кислот, в познании биосинтеза белков.

В 1955 Ф. Крик предсказал существование в клетках малых молекул, ковалентно связывающихся с помощью особых ферментов с аминокислотами и участвующих в адаптации (приспособлении) аминокислот к генетич. коду, записанному в нуклеотидной форме (так называемой адапторная ги потеза). Такими молекулами оказались тРНК и "рН5-фер-менты", названные позднее аминоацил-тРНК-синтетазами. тРНК открыли в 1957 М. Хоглэнд, М. Стефенсон и П. Замеч-ник (США) и одновременно К. Огата и X. Нохара (Япония).

Впервые нуклеотидную последовательность тРНК установили в 1965 Р. Холли с сотрудниками (США) для дрожжевой тРНК^Аlа. За последующие 25 лет была расшифрована первичная структура сотен тРНК из различные организмов (бактерии, дрожжи, млекопитающие и др.). В 1974 А. Рич с сотрудниками (США) и А. Клуг с сотрудниками (Великобритания) впервые с помощью рентгеноструктурного анализа установили трехмерную структуру дрожжевой тРНК^Рhе в кристалле. Позже трехмерные структуры некоторых др. тРНК были расшифрованы в др. лабораториях.

тРНК-первые нуклеиновые кислоты, для которых была установлена сначала первичная, а затем трехмерная структура их молекул, что имело принципиальное значение для развития мол. биологии, химии природные соединений и биоорганическое химии.

Литература: Венкстерн ТРАНСПОРТНЫЕ РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ В., в кн.: Итоги науки и техники, сер. Молекулярная биология, т. 18, М., 1982, с. 49-109; Киселев Л. Л., Фаворова О. О., Лав-рик О. И., Биосинтез белков от аминокислот до аминоацил-тРНК, М., 1984; Спирин А. С., Молекулярная биология. Структура рибосом и биосинтез белка, М., 1986; Transfer RNA: Structure, properties and recognition, eds. P. Schimmel a. o., N.Y., 1979; Transfer RNA: biological aspects, eds. D. Soil a.o., N.Y., 1980; Schulman L., "Progr. Nucl. Acids, Res. and Mol. Biol.", 1991, v. 41, p. 23,

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей