Warum gibt es viele verschiedene Arten von tRNA-Molekülen?

Wenn Gene in Proteine ​​exprimiert werden, wird DNA zunächst in Boten-RNA (mRNA) transkribiert, die dann durch Transfer-RNA (tRNA) in eine wachsende Aminosäurekette, ein sogenanntes Polypeptid, übersetzt wird. Polypeptide werden dann verarbeitet und zu funktionellen Proteinen gefaltet. Die komplexen Schritte der Translation erfordern viele verschiedene Formen von tRNA, um die vielfältigen Variationen des genetischen Codes zu berücksichtigen.

Es gibt vier Nukleotide in der DNA: Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Diese Nukleotide, auch Basen genannt, sind in Sätzen von drei sogenannten Codons angeordnet. Da es vier Aminosäuren gibt, die jede der drei Basen in einem Codon umfassen könnten, gibt es 4^3 = 64 mögliche Codons. Einige Codons kodieren für dieselbe Aminosäure, sodass die tatsächliche Anzahl der benötigten tRNA-Moleküle weniger als 64 beträgt. Diese Redundanz im genetischen Code wird als "Wobble" bezeichnet.

Jedes Codon kodiert für eine Aminosäure. Es ist die Funktion von tRNA-Molekülen, den genetischen Code von Basen in Aminosäuren zu übersetzen. Die tRNA-Moleküle erreichen dies, indem sie an einem Ende der tRNA an ein Codon und am anderen Ende an eine Aminosäure binden. Aus diesem Grund werden verschiedene tRNA-Moleküle benötigt, um nicht nur die Vielfalt der Codons, sondern auch die unterschiedlichen Arten von Aminosäuren im Körper unterzubringen. Menschen verwenden typischerweise 20 verschiedene Aminosäuren.

Während die meisten Codons für eine Aminosäure codieren, lösen drei spezifische Codons das Ende der Polypeptidsynthese aus, anstatt für die nächste Aminosäure im wachsenden Protein zu codieren. Es gibt drei solcher Codons, die als Stop-Codons bezeichnet werden: UAA, UAG und UGA. Somit benötigt ein Organismus zusätzlich zu den tRNA-Molekülen, um sich mit jeder Aminosäure zu paaren, andere tRNA-Moleküle, um sich mit den Stoppcodons zu paaren.

Zusätzlich zu den 20 Standardaminosäuren verwenden einige Organismen zusätzliche Aminosäuren. Zum Beispiel hat die Selenocystein-tRNA eine etwas andere Struktur als andere tRNAs. Selenocystein-tRNA paart sich zunächst mit Serin, das dann in Selenocystein umgewandelt wird. Interessanterweise kodiert UGA (eines der Stoppcodons) für Selenocystein und somit sind Hilfsmoleküle wird benötigt, um zu vermeiden, dass die Proteinsynthese gestoppt wird, wenn die Translationsmaschinerie der Zelle das Selenocystein erreicht Kodon.