轉運RNA與氨醯tRNA合成酶

#蛋白質翻譯#翻譯比轉錄複雜。轉錄是信息的簡單複製，底物和產物都是核酸，編碼規則（鹼基互補配對）並未發生改變。翻譯卻需要把四種鹼基的組合變成20種胺基酸的組合，相當於換了一種語言，是真正的「翻譯」。

編碼方式的轉換要靠tRNA，它把mRNA中的密碼與相應的胺基酸銜接起來，俗稱為「接頭」（adapter）。tRNA結構非常保守，但線粒體tRNA經常有些「殘缺」。

tRNA的結構與線粒體tRNA。Biomolecules

胺基酸與tRNA的連接分為兩個步驟。首先是胺基酸和ATP縮合形成胺基酸與腺苷酸的混合酸酐中間體，然後中間體非共價結合至活性位點。第二步是氨醯基轉移反應，胺基酸被酯化到tRNA的3'末端。

氨醯tRNA合成酶（ARS）分為兩類，每類各10種。兩類之間在結構和功能上都有差別，例如I類酶在tRNA的2'-OH上氨基醯化，而II類酶通常在3'-OH上氨基醯化。

氨醯化反應和兩類氨醯基-tRNA合成酶。J

tRNA與胺基酸的對應是由氨醯tRNA合成酶決定的，它需要正確識別底物胺基酸和相應tRNA。常有一些結構類似的胺基酸，普通的酶是無法精細區分的，如Ile / Val，Thr / Ser等。所以ARS必須具有更強的識別能力，以防止錯誤氨醯化。

有一個「雙篩」模型可以對此做出解釋：首先是「粗篩」，阻止過大的和化學性質不同的胺基酸與酶結合。然後再進行一輪「細篩」，使過小的胺基酸進入第二個活性位點而被除去，稱為「編輯」（editing）。

編輯都發生在生成混合酸酐中間體之後，但具體又可分為轉移前編輯和轉移後編輯。前者發生在胺基酸與tRNA連接之前，通過腺苷酸水解來實現；後者則通過脫醯基反應進行水解。

ARS-tRNA複合物，突出顯示其相互作用位

編輯功能異常通常會導致疾病。但已發現某些寄生蟲通過減少編輯來提高翻譯過程中的隨機突變，以增加抗原多樣性，逃避宿主免疫反應，如某些支原體和微孢子蟲。

ARS對tRNA的識別是通過多個位點進行的，而不是僅靠反密碼子。不同的酶識別的具體部位不同，比如半胱氨酸的ARS（CysRS）識別反密碼子環和第73位鹼基，SerRS識別73位鹼基和胺基酸臂。

識別同義密碼子的幾個tRNA稱為同工tRNA。所以大多數ARS必須能夠識別幾個同工tRNA的共有結構。

大腸桿菌各種ARS識別tRNA的位點。引自

某些tRNA的修飾也與其識別相關。例如，大腸桿菌中某些亮氨酸tRNA的有效氨醯化取決於i6A37修飾。在此途徑有缺陷的細胞中，RNA聚合酶σS（rpoS）的翻譯受到幹擾，因其無法有效地解碼相應密碼子。

一旦氨醯tRNA從酶中放出，其去向就由反密碼子決定了，核糖體並不會核查其胺基酸是否正確。所以如果某種tRNA的反密碼子突變通常會導致不利的後果，但在某些特殊情況下可以起到校正突變的作用。

tRNA的校正突變挽救無義突變。引自百度

在基因工程中，可以利用類似機制，將特殊的非天然胺基酸（UAA）摻入蛋白質中。藉助於非內源性ARS / tRNA對（正交對），現已成功將200多種UAA摻入重組蛋白中。

通過擴展遺傳密碼將非天然胺基酸摻入蛋

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