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转运RNA：氨基酸运输的关键角色解析

泰然健康网
2026-01-21 08:08

01tRNA的基本功能与作用

转运RNA（tRNA）在生物体内扮演着至关重要的角色。作为一类非编码RNA，它的数量在RNA总量中占据约16%，仅次于rRNA，是体内RNA的主要成分之一。tRNA在体内运输氨基酸，参与蛋白质的合成，这是其经典且主要的生物学功能。同时，tRNA还参与细胞内的多种其他功能活动，发挥着更为广泛的作用。

02tRNA的结构特点

❒ 富含稀有碱基

稀有碱基，即除A、G、C和U之外的特殊碱基，如双氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶核苷（Ψ）以及甲基化的嘌呤（m7G、m7A）等。这些碱基通过转录后修饰形成，tRNA中含有10~20%的稀有碱基。与常规的嘧啶核苷不同，后者是杂环的N-1原子与戊糖的C-1'原子相连，而假尿嘧啶核苷则是通过杂环的C-5原子与戊糖的C-1'原子形成连接。在tRNA中，这些稀有碱基的比例大约占据总碱基的10~20%。

❒ tRNA的空间结构

tRNA分子中存在某些特定的核苷酸序列，它们能够遵循碱基互补配对的原则，从而构建出局部的链内双螺旋结构。在这些双螺旋结构之间，那些无法形成互补碱基对的核苷酸序列则向外突出，形成了环状或襻状的结构。这种结构被称作茎环结构或发夹结构。tRNA的二级结构具有茎环结构，呈现出类似三叶草的形态。由于茎环结构的存在，tRNA的二级结构呈现出类似三叶草的形态。其中，两侧的发夹结构分别含有稀有碱基，被称为DHU环和TΨC环。上方的茎被称为氨基酸臂，而下方的发夹结构则被称为反密码子环。值得注意的是，在反密码子环与TΨC环之间还存在一个可变臂，其长度在不同tRNA之间有所差异，可能包含几个到十几个核苷酸。除了可变臂和DHU环外，tRNA其他部分的核苷酸数目和碱基对都表现出高度保守性。通过X射线晶体衍射图的分析揭示，所有tRNA都展现出相似的倒“L”形空间结构。这种结构的稳定性主要归功于碱基间产生的特殊氢键和碱基堆积力。

❒ 3'端与氨基酸结合

所有RNA的3'端均以“CCA”三个核苷酸作为结束，而氨酰-tRNA合成酶则负责将氨基酸通过酯键与腺嘌呤A的C-3'原子相连结，从而形成氨酰-tRNA。tRNA通过酶的作用，将氨基酸以酯键连接到3'端的腺嘌呤上，赋予tRNA作为氨基酸载体的功能。唯有与tRNA相连的氨基酸方可参与蛋白质的生物合成过程。tRNA所携带的氨基酸种类，是由其反密码子（anticodon）所决定，该反密码子环由7至9个核苷酸组成，并通过碱基互补配对的方式识别mRNA上的密码子。这种密码子与反密码子的结合机制，确保了tRNA能准确无误地转运相应的氨基酸，参与蛋白质多肽链的合成。由于mRNA上的密码子存在简并性，即多个密码子可以编码同一个氨基酸，因此某些氨基酸可能由一种tRNA作为载体，而其他氨基酸则可能有多种tRNA作为转运载体，以适应这种简并性的需求。

03tRNA如何与氨基酸结合

❒ 氨酰-tRNA合成酶的作用

tRNA在3’末端含有CCA三个核苷酸，这使得它能够结合氨基酸。氨酰-tRNA合成酶确保氨基酸与tRNA精确结合。值得注意的是，每种tRNA仅限于结合一种特定的氨基酸，尽管一种氨基酸可能被1-6种不同的tRNA转运。氨酰-tRNA合成酶在其中扮演了至关重要的角色。这种酶决定了氨基酸与tRNA连接的准确性，而且它对氨基酸和tRNA都表现出高度特异性。在所有氨基酸中，Lys对应两种酶，而其他氨基酸则通常只对应一种酶。此外，磷酸化丝氨酸和吡咯赖氨酸也各有其特定的酶。

氨酰-tRNA合成酶在氨基酸与tRNA的结合过程中发挥着关键作用。它能够识别并催化特定的氨基酸与相应的tRNA结合，生成氨基酰-tRNA。这一过程需要ATP提供能量，使氨基酸在羧基上进行活化，形成氨基酰-AMP。随后，该中间产物与氨基酰-tRNA合成酶结合，形成三联复合物。最后，该复合物再与特定的tRNA相互作用，将氨基酰准确地转移到tRNA的氨基酸臂上。

整个过程可以概括为两步：激活和转移。

在第一步激活中，氨酰-tRNA合成酶首先识别其催化的特定氨基酸和另一关键底物ATP。在酶的催化作用下，氨基酸的羧基与AMP上的磷酸基团发生反应，形成酯键，进而生成氨基酰-AMP。这一步同时伴随着PPi的释放。在此阶段，生成的氨基酰-AMP仍然与酶分子紧密结合。

紧接着进入第二步转移。在这一步中，氨酰-tRNA合成酶继续发挥其催化作用，促使氨基酰-AMP与特定的tRNA通过酯键相结合。这一反应将氨基酸准确地连接至tRNA 3'端的核糖上，从而完成了整个氨基酸与tRNA的结合过程。

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