密碼錯讀

核糖體通過將鹼基對的信使核糖核酸(mRNA)密碼子與正確的轉移核糖核酸(tRNA)反密碼子相匹配,從而讀取遺傳密碼。在大量tRNA中發現的能夠導致異常解碼的突變 tRNA表明(與在反密碼子中相反),tRNA並非僅僅是胺基酸和反密碼子的支架;tRNA的結構本身也在讀取密碼中扮演了一個角色。如今,Schmeing等人搞清了這些變異tRNA是如何導致錯編密碼的。利用X射線晶體學方法,他們發現,突變幫助tRNA的變形,這是其同時與密碼子和延長因子-Tu (EF-Tu)相互作用,從而允許蛋白質合成的催化作用所必需的。

解碼取決於平衡源自反密碼子—密碼子與能量相互作用所產生的能量,這種能量是tRNA、EF-Tu和30S核糖體亞基變形,從而使其能夠高效互動做必需的。這些構象變化使得EF-Tu能夠水解GTP,這讓tRNA能夠被接受,同時導致氨醯組從tRNA向新生多肽鏈的轉移。因此,突變減少了變形所需的能量——例如使tRNA變得更加柔韌,從而導致胺基酸的錯誤插入,如同一個錯配的反密碼子—密碼子對能夠為發生的構象變化提供足夠的能量。

為了檢驗這一想法,作者使用了兩種經過充分研究的具有反密碼子外部突變的Trp tRNA突變體。它們是G24A tRNA (也被稱為Hirsh抑制基因tRNA)和A9C tRNA,它們都能夠識別終止密碼子UGA以及Trp反密碼子UGG。Schmeing等人在來自嗜熱菌的EF-Tu和70S核糖體複合體中解決了野生型、G24A和A9C tRNA tRNA的X射線晶體結構。在用抗菌的黃色黴素進行GTPase水解作用後直接得到了這種複合體,從而使分析變形的tRNA稱為可能。作者發現,兩種變異都通過有利於變形tRNA的形成來刺激了錯編密碼,但它們以不同的方式達到這一目的。G24A突變體只有在tRNA被變形的情況下允許一種額外氫鍵的形成,這意味著它能夠更容易地採用變形地構造。A9C突變體破壞了tRNA中的氫鍵,這使得tRNA更具柔韌性,並且能夠更容易地變形。這兩種變化意味著來自反密碼子—密碼子錯配的能量損失尚不足以避免錯編密碼。

這些研究結果表明,整個tRNA的準確結構以及形成相互作用的潛力對於精確的解碼是至關重要的。此外,作者的分析表明,每個tRNA會形成一個微妙的不同構象,並且核糖體解碼的能量在進化過程中被小心地平衡著。

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