49. ТРнк: первичная, вторичная и третичная структура, роль

модифицированных нуклеотидов.

Первичная структура тРНК

тРНК - небольшие молекулы, длина от 74 до 95 нуклеотидных ост. Все тРНК имеют одинаковый 3'-конец, построенный из 2 остатков цитозина и 1 - аденозина (CCA-конец).

3'-концевой аденозин связывается с аминокислотным остатком при образовании аминоацил-тРНК.

CCA-конец присоединяется ко многим тРНК с помощью специального фермента. В других случаях он считывается с кодирующего данную тРНК гена.

Нуклеотидный триплет, комплементарный кодону для аминокислоты (антикодон), находится приблизительно в середине цепи тРНК. Антикодон комплементарен кодону на мРНК, представляющему данную АК.Благодаря антикодону тРНК комплементарно распознает кодон. В отдельных положениях последовательности практически у всех видов тРНК встречаются одни и те же (консервативные) нуклеотидные остатки. В некоторых положениях могут находиться или только пуриновые, или только пиримидиновые основания (их называют полуконсервативными остатками).

Для всех молекул тРНК характерно присутствие большого числа (до 25% всех ост) разнообразных модифицированных – минорные. Они образуются в различных местах молекул, в результате модификации обычных нуклеозидных остатков с помощью специальных ферментов. Общий список выявленных в тРНК модифицированных нуклеозидов превышает 60 названий. Среди них много метилированных производных, часто встречаются псевдоуридин (5-рибофуранозилурацил, Y), 5,6-дигидроуридин, D, 4-тиоуридин, инозин и многие другие.

Вторичная структура тРНК

Образуется за счет взаимокомплементарности участков цепи. Три фрагмента цепи оказываются комплементарными при складывании их на себя, образуя шпилькообразные структуры. Кроме того, 5'-конец комплементарен участку, близкому к 3'-концу цепи, при их антипараллельном расположении; они формируют акцепторный стебель. В результате образуется структура с 4 стеблями и 3 петлями – "клеверный лист".

Стебель с петлей формируют ветвь. Четыре главные ветви названы в зависимости от их функций или структуры: тРНК состоит из:

1.Акцепторная ветвь содержит двухцепочечный стебль, который заканчивается неспаренной последовательностью. Акцепторный конец – состоит из шпильки, неспаренный участок с 2 или 3-ОН группамисвободно может связаться с АК.

2. Т ΨС ветвь содержит последовательность Т _ΨС в своей одноименной петле (Ψ- псевдоуридин, модифицированное основание)

3. D ветвь содержит основание дигидроуридин (модифицированное основание)

4.Дополнительная ветвь находится между Т ΨС ветвь и антикодоновой ветвью. Дополнительная петля – содержит от 3 до 21 нуклеотидов.

5.Антикодоновое плечо – в центре петли всегда находится антикодон.

Всего существует примерно 20 аминоацит-тРНК-синтетаз. Каждая их аминоацил-тРНК-синтетаз распознает одну АК, все тРНК, к которым эта АК может быть присоединена.

1 АК=1 тРНК.

Внизу расположена антикодоновая ветвь, содержащая антикодоновый триплет в составе своей петли. Слева и справа от нее расположены D- и T-ветви (содержат необычные консервативные нуклеозиды дигидроуридина (D) и тимидина (T)).

В дополнение к трем петлям клеверного листа в структуре тРНК выделяют также вариабельную петлю (V-петлю). Ее размеры резко различаются у разных тРНК, варьируя от 4 до 24 нуклеотидов.

Двутяжевые стебли, имеющие постоянное число спаренных нуклеотидов, представляют собой двойную спираль. На виток этой спирали приходится 11 пар нуклеотидных остатков, она близка по параметрам к A-форме ДНК. Неспаренные участки молекулы тРНК (петли и CCA-конец) имеют вторичную структуру.

Пространственная (третичная) структура тРНК

Впервые была установлена для дрожжевой фенилаланиновой тРНК с помощью рентгеноструктурного анализа ее кристаллов.

Вторичная структура тРНК формирует L-образную третичную структуру, в которой 3-конец максимально отдален от антикодона .

Акцепторный стебель и T-стебель клеверного листа образуют одну непрерывную двойную спираль (1 из "палочек" буквы L), а два других стебля - антикодоновый и D - 2ю непрерывную двойную спираль (второй домен L). D- и T-петли оказываются сближенными и скрепляются между собой путем образования дополнительных пар оснований. В образовании принимают участие консервативные или полуконсервативные остатки.

CCA-конец тРНК и ее антикодоновый триплет находятся на максимальном удалении др от др (около 8 нм), основания антикодона обращены внутрь угла L-образной молекулы.

Третичная структура образована водородными связями. Множество инвариантных, необычных и полуконсервативных оснований участвуют в образовании этих водородных связей. Важны стэкинг-взаимодействия между остатками A, G и C и нетрадиционные взаимодействия между основаниями и сахарофосфатным остовом, а так же между основаниями и отдельными частями остатков рибозы, особенно с 2'-ОН группами.

Два основных свойства тРНК:

-Доставляет определенную АК, которая будет ковалентно присоединена к растущей пептидной цепи.

-Содержит тринуклеотидную последовательность (антикодон), который коплементарен кодону, соответствующей определенной АК.

Все тРНК имеют вторичную и третичную структуру

Любое из 4х оснований тРНК может быть модифицировано(это как правило простое метилирование).

Наиболее сложны модификации пуринов (А и Г), чем пиримидинов (Ц иУ).

Модификации в тРНК осуществляются специальными тРНК-модифицирующими ферментами.

Возможные модификации, примеры.

У(урацил) в Т(риботимидин)

Дигидроуридин в Д-петле

Псевдоуридин в Т ΨС-плече.

А(аденин) в инозин (промежуточный продукт при биосинтезе пуринов).

Г (гуанин) в виозин.

Простая, универсальная модификация затрагивает урацил, его метилирование по пятому положению приводит к образованию риботимидина.

В РНК тимин является необычным основанием, которое образуется путем модификации U.

Дигидроуридин образуется путем насыщения двойной связи, при этом изменяется структура кольца. Другие модификации А связаны с введением метильных или более сложных групп (изопентениальных) по аминогруппе.

сложные модификации затрагивают гуанин (Q- квеуозин имеет дополнительное пентенильное кольцо, которое связано с метильной группой 7-метилгуанозина через NH-группу. Кольцо может иметь еще группы).

Основания группы Y (виозин) имеет дополнительное кольцо, которое связано непосредственно с пурином: внешнее кольцо несет длинный углеродный хвост, к которому в различных положениях добавлены дополнительные группы.