Nature：深入第二套遗传密码

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基因的表达过程是将 DNA 上的遗传信息传递给 mRNA, 然后再经过翻译将其传递给蛋白质。在翻译过程中 tRNA 负责与特定氨基酸结合，并将它们运送到核糖体，这些氨基酸在那里相互连接形成蛋白质。这一过程由 tRNA 合成酶介导，一旦出现问题就会生成错误的蛋白质，进而造成灾难性的后果。值得庆幸的是， tRNA 分子与氨基酸的匹配非常精确，只不过迄今为止人们对这种机制还缺乏足够的了解。
日前，日本理化学研究所（RIKEN）、东京大学等机构的研究人员描述了一个确保 tRNA 合成酶、 tRNA 和氨基酸正确配对的巧妙机制。正是在这种机制的保驾护航之下，细胞才能够将遗传密码精确翻译成为细胞所需的功能性蛋白。相关研究论文刊登在了近期出版的《自然》杂志上。
氨基酸与相应 tRNA 的结合是否准确，对于蛋白质能否正确合成非常重要。正因如此，人们也将氨基酸与 tRNA 的配对称为第二套遗传密码。
RIKEN 结构生物学实验室的 Shigeyuki Yokoyama 领导团队，利用晶体学技术对一种古生菌的 tRNA 配对进行了研究。他们发现，丙氨酰- tRNA 合成酶通过几何学特征精确识别 tRNA ，只允许丙氨酸的 tRNA 与酶的活性区域接触。而这一过程依赖于一个摆动配对（wobble base pair）。 DNA 双螺旋中的碱基配对原则很严格，即 A 配 T ，G 配 C。但 tRNA 反密码子并不严格遵循这样的原则，存在摆动配对或不稳定配对的现象。
研究显示，这种摇摆配对（G3•U70）位于 tRNA 的接纳茎。研究人员对野生型 tRNA （G3•U70）和突变型 tRNA （A3•U70）进行了比较，发现突变 tRNA 虽然能与丙氨酰- tRNA 合成酶结合，但无法接触到活性区域，二者形成的复合物处于“无活性状态”。
研究人员指出， tRNA 合成酶只利用一个碱基对的差异，就实现了更准确地识别。与突变 tRNA 相比，野生 tRNA 的总体酶反应要快 100 倍。
这项研究向人们展示，生物体可以利用微小的结构改变，实现遗传密码的精确翻译。这种 tRNA 接纳茎的识别机制，属于第二套遗传密码的一部分，有助于人们进一步理解生物学机制的精密性。
原文检索：
Masahiro Naganuma, Shun-ichi Sekine, Yeeting Esther Chong, Min Guo, Xiang-Lei Yang, Howard Gamper, Ya-Ming Hou, Paul Schimmel & Shigeyuki Yokoyama. The selective tRNA aminoacylation mechanism based on a single G•U pair. Nature, 11 June 2014; doi:10.1038/nature13440