6.3.6. Активация аминокислот

Перед инициацией происходит процесс связывания аминокислоты с соответствующей тРНК. Этот процесс включает активацию амино- кислоты и перенос ее на 3^′-конец соответствующей тРНК.

Активация обеспечивает следующие задачи:

1 - повышение реакционной способности аминокислоты;

2 - сопряжение аминокислоты с антикодоном тРНК. Молекула тРНК выступает в роли молекулы-адаптера (Ф.Крик, 1957), которая может взаимодействовать с определенным кодоном мРНК с одной стороны и определенной аминокислотой – с другой, то есть, обеспечивать взаимодей- ствие между аминокислотами и нуклеотидами. Обозначаются они с указанием индекса аминокислоты, транспорт которой обеспечивают: тРНК^Аса, тРНК^Ser, тРНК^Val и т.д.;

3 - использование молекулы АТФ для взаимодействия аминокис- лоты с тРНК. Все процессы проходят в активных центрах аминоацил- тРНК-синтетазы.

Активация аминокислоты – это процесс присоединения аминокис- лоты к соответствующей АРС-азе. Существует 20 видов АРС-аз - по 1 на каждую кислоту. Это сложно устроенные ферменты, каждый из которых способен узнавать вполне определенную аминокислоту, соответствующую тРНК и каталитировать процесс ковалентного связывания СООН - группы аминокислоты с 3^′-ОН-группой аденозина на ЦЦА-конце (акцепторная ветвь) тРНК. Процесс узнавания и связывания происходит в активных субстратсвязывающих центрах фермента (рис.74). Благодаря этим центрам фермент выбирает из смеси аминокислот и тРНК только определенную пару: аминокислоту и соответствующую ей тРНК и соединяет их.

Проиллюстрируем этот процесс на примере активации аминокислоты серина (рис.144-145):

Рис.144. Схема активации аминокислоты (Из: Клаг,2009).

I. Активация серина. АРС-азой, узнающей аминокислоту серин является серил-тРНК-синтетаза. Она выбирает из смеси аминокислот аминокислоту серин и связывает её в своём, аминокислоту-узнающем центре. Реакция сопровождается использованием энергии одной молекулы АТФ. При взаимодействии с АТФ аминокислота активируется и превращается в аминоацилсериловую кислоту. Образуется промежуточ- ный продукт с энергетически богатой ковалентной связью:

серил-тРНК-синтетаза + серин+ АТФ

серилацилАМФ-серил -тРНК-синтетаза + РР_i

II. Связывание, соответствующей тРНК^сер вторым, тРНК-узнаю- щим центром АРС-азы.

III. Образование между карбоксильным концом активированной аминокислоты и аденозином на 3′-ОН-конце соответствующей тРНК^сер ковалентной макроэнергетической связи. Образовавшийся комплекс - серил-тРНК^сер, затем примет участие в синтезе полипептида; энергия его макроэнергетической связи будет использоваться на образование пептидной связи, синтезируемого в рибосомах полипептида:

серацил АМФ-серил-тРНК-синтетаза + тРНК^сер

серил- тРНК^сер-серил-тРНК-синтетаза+АМФ.

Рис.145. Активация аминокислоты серин (фермент заключен в овал.)

( Из: Айяла-Кайгер, 1988).

Ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы (АРСазы) обеспечивают еще две важные функции: контролирующую и корректирующую. В случае, если фермент ошибочно принимает одну кислоту за другую, то на этапе связывания тРНК с аминоацил-тРНК-синтетазой он индуцирует гидролиз неправильного комплекса. Например, вместо изолейцина неправильно соединилась с, соответствующей АРС-азой аминокислота валин:

изолейцин-тРНК-синтетаза + валин + АТФ

валинацил АМФ-изолейцин-тРНК-синтетаза+РР_i

В этом случае, при связывании активированной аминокислоты с тРНК происходит гидролиз неправильно присоединившейся аминокислоты от АМФ в комплексе валинацилАМФ при участии третьего активного центра АРСазы:

в алинацилАМФ-изолейцин-тРНК-синтетаза+тРНК^иле

валин + тРНК^иле + изолейцин-тРНК-синтетаза + АМР.

Таким образом, аминоацил-тРНК-синтетазы обеспечивают связывание аминокислот с тРНК, преодолевая разный язык записи информаций и контролируя правильность подбора пары аминокислота-тРНК.