{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:TRNA-Phe yeast 1ehz.png|섬네일|tRNA의 3차 구조. 노란색의 <span style="color:#E4D00A;">CCA 꼬리</span>, 보라색의 <span style="color:purple;">수용체 줄기</span>, 주황색의 <span style="color:orange;">가변 루프</span>, 빨간색의 <span style="color:red;">D 암</span>, 파란색의 <span style="color:blue;">안티코돈 암</span>, 검은색의 안티코돈, 녹색의 <span style="color:green;">T 암</span>.]]
'''아미노산 활성화'''({{llang|en|amino acid activation}})는 [[아미노산]]이 각각 [[운반 RNA]](tRNA)에 부착되는 것을 지칭한다. '''아미노아실화'''({{llang|en|aminoacylation}}), '''tRNA 하전'''({{llang|en|tRNA charging}})이라고도 한다. 반응은 [[세포질]]에서 일어나며 두 단계로 구성된다. 첫 번째 단계로 [[아미노아실 tRNA 합성효소|아미노아실-tRNA 합성효소]]는 상응하는 [[아미노산]]과 [[아데노신 삼인산]](ATP)의 결합을 촉매하여 반응성 아미노아실 아데닐산 중간생성물(아미노아실-AMP)를 생성하고 [[무기 피로인산]](PP<sub>i</sub>)을 방출한다. 두 번째 단계로 아미노아실-tRNA 합성효소는 아미노아실-AMP를 tRNA 분자와 결합시켜 [[아데노신 일인산|AMP]]를 방출하고 아미노산을 tRNA에 결합시킨다.<ref name="Pang2014">{{저널 인용|title=tRNA synthetase: tRNA aminoacylation and beyond|journal=Wiley Interdisciplinary Reviews|date=2014|volume=5|issue=4|pages=461–480|doi=10.1002/wrna.1224|pmc=4062602|pmid=24706556|vauthors=Pang YL, Poruri K, Martinis SA}}</ref><ref>{{백과사전 인용| vauthors = Alexander RW |title=Translation {{!}} tRNA Synthetases☆ |date=2021-01-01 | encyclopedia = Encyclopedia of Biological Chemistry III | edition = Third |pages=509–517 | veditors = Jez J |place=Oxford |publisher=Elsevier |language=en |doi=10.1016/b978-0-12-819460-7.00257-7 |isbn=978-0-12-822040-5 |s2cid=242703921 }}</ref> 생성된 아미노아실-tRNA는 하전되었다고 표현한다.

아미노산 활성화는 [[번역 (생물학)|번역]] 및 단백질 합성 개시의 전제 조건이다. [[펩타이드 결합]]의 형성은 에너지 흡수적이며, [[열역학|열역학적]]으로 불리한 과정이기 때문에 아미노산은 tRNA 분자와의 [[공유결합]]에 의해 활성화되어야 한다. 아미노아실-tRNA 결합 내에 저장된 에너지는 펩타이드 결합의 형성을 유도하는 데 사용된다. 따라서 활성화는 아미노산의 반응성을 향상시키고 펩타이드 결합의 형성을 유도한다. 또한 활성화 과정에서 방출된 무기 피로인산은 고도의 [[에너지 방출반응]]에서 빠르게 가수분해된다. 이 가수분해에 의해 방출되는 에너지는 에너지적으로 불리한 반응을 진행시키는 데 도움을 준다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Kottur J, Nair DT | title = Pyrophosphate hydrolysis is an intrinsic and critical step of the DNA synthesis reaction | journal = Nucleic Acids Research | volume = 46 | issue = 12 | pages = 5875–5885 | date = July 2018 | pmid = 29850882 | pmc = 6159520 | doi = 10.1093/nar/gky402 }}</ref><ref>{{저널 인용| vauthors = Swanson R, Hoben P, Sumner-Smith M, Uemura H, Watson L, Söll D | title = Accuracy of in vivo aminoacylation requires proper balance of tRNA and aminoacyl-tRNA synthetase | journal = Science | volume = 242 | issue = 4885 | pages = 1548–1551 | date = December 1988 | pmid = 3144042 | doi = 10.1126/science.3144042 }}</ref> 활성화 후 아미노아실화된 tRNA는 [[아미노아실-tRNA]]와 mRNA 전사체가 [[리보솜]]에 결합하는 번역 개시 단계로 진행할 준비를 하게 된다.

== 메커니즘 ==
=== 반응 단계 ===
아미노산 활성화 동안 각각의 [[아미노산]]은 대응하는 tRNA 분자에 부착된다. 커플링 반응은 [[아미노아실 tRNA 합성효소|아미노아실-tRNA 합성효소]](반응 생성물인 [[아미노아실-tRNA]]의 이름을 따서 명명됨)라고 하는 [[효소]] 부류에 의해 [[촉매]]된다. 커플링 반응은 다음과 같이 두 단계로 진행된다.

첫 번째 단계에서 아미노산 골격의 [[카복실기]]가 ATP 분자의 α 인산에 [[공유결합]]되어 [[무기 피로인산]](PP<sub>i</sub>)을 방출하고 5'-아미노아실 아데닐산 중간생성물(아미노아실-AMP)을 생성한다.

:1. 아미노산 + ATP → 아미노아실-AMP + PP<sub>i</sub>

두 번째 단계에서 아미노아실 아데닐산 중간생성물(아미노아실-AMP)은 친핵성 공격을 받아 3'-하이드록실기에서 tRNA에 아미노아실기를 부착하고 [[아데노신 일인산|AMP]]를 유리시킨다.

:2. 아미노아실-AMP + tRNA → 아미노아실-tRNA + AMP

아미노아실-tRNA 합성효소에는 클래스 I과 클래스 II의 두 가지 클래스가 있다. 클래스 I 효소는 아미노아실기를 tRNA 분자의 2'-[[하이드록실기]]로의 전이를 촉매하고 후속 에스터 교환 반응은 아미노아실기를 tRNA의 3'-하이드록실기로 이동시킨다. 클래스 II 효소는 단일 단계에서 아미노아실기를 tRNA의 3'-하이드록실기로 직접적으로 전이하는 것을 촉매한다. 생성된 아미노아실-tRNA 분자는 [[효소]] 부류에 관계없이 동일하다.<ref name="Pang2014"/>

순반응은 다음과 같다.

: 아미노산 + ATP + tRNA → 아미노아실-tRNA + AMP + PP<sub>i</sub>

아미노산은 [[에스터 결합]]을 통해 tRNA의 3' 말단에 있는 말단 뉴클레오타이드(서열 CCA의 A)에 연결된다. 에스터 결합의 형성은 활성화 반응으로부터 에너지의 상당 부분을 보존한다. 이 저장된 에너지는 [[번역 (생물학)|번역]] 동안 [[펩타이드 결합]] 형성에 필요한 대부분의 [[에너지]]를 제공한다.

=== 아미노아실-tRNA 합성효소 ===
[[단백질생성성 아미노산|단백질 합성에 관여하는 20가지의 아미노산]] 각각은 특정 아미노아실-tRNA 합성효소에 의해 인식된다. 아미노아실-tRNA 합성효소는 일반적으로 1~4개의 단백질 소단위체로 구성된다. 아미노아실-tRNA 합성효소는 모두 [[아데노신 삼인산|ATP,]] 하나의 특정 아미노산 및 해당하는 tRNA와 결합하여 동일한 유형의 반응을 수행하지만 구조가 상당히 다양하다.

=== 운반 RNA (tRNA) ===
활성화 동안 tRNA는 [[프랜시스 크릭]]의 [[어댑터 가설]]에 의해 제시된 바와 같이 어댑터 분자로 기능한다. 즉 tRNA의 한쪽 끝은 특정 아미노산과 결합하고 다른쪽 끝은 mRNA 코돈 서열과 결합한다. tRNA 분자는 둘 사이의 효과적인 매개체 역할을 하여 [[유전 부호]]를 아미노산 서열로 번역할 수 있게 한다.

== 편집 및 교정 ==
아미노산 활성화의 특이성은 [[코돈]]과 [[안티코돈]]의 정확한 매칭만큼 [[번역 (생물학)|번역]]의 정확도를 확보하는 데 중요하다. 그 이유는 리보솜이 번역 중에 tRNA의 안티코돈만 보기 때문이다. 따라서 [[리보솜]]은 동일한 안티코돈을 가지고 있지만 다른 아미노산이 연결된 tRNA를 구별할 수 없다. 관련 tRNA 분자에 올바른 아미노산을 부착함으로써 아미노산 활성화는 번역의 특이성과 충실도를 모두 보장한다.

편집 메커니즘은 아미노산이 잘못된 tRNA 분자에 부착되는 아미노산의 잘못된 활성화가 있을 때 일어난다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Beuning PJ, Musier-Forsyth K | title = Hydrolytic editing by a class II aminoacyl-tRNA synthetase | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 97 | issue = 16 | pages = 8916–8920 | date = August 2000 | pmid = 10922054 | pmc = 16796 | doi = 10.1073/pnas.97.16.8916 | doi-access = free | bibcode = 2000PNAS...97.8916B }}</ref> 아미노아실-tRNA 합성효소는 아미노산이 잘못된 tRNA 분자에 부착되기 전에 아미노산을 [[가수분해]]하거나(전이 전 편집) 부착 후 잘못 하전된 tRNA를 탈아실화(전이 후 편집)할 수 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Jakubowski H | title = Quality control in tRNA charging | journal = Wiley Interdisciplinary Reviews. RNA | volume = 3 | issue = 3 | pages = 295–310 | date = 2011-11-17 | pmid = 22095844 | doi = 10.1002/wrna.122 }}</ref>

아미노산 활성화 반응의 오류 빈도는 일부 아미노산들 간의 작은 구조적 차이에도 불구하고 약 10,000분의 1이다.

== 역사 ==
아미노산 활성화는 [[아미노산]]이 특정 [[효소]]에 의해 활성화되어 아미노아실 아데닐산 중간생성물을 형성할 수 있다는 것을 발견한 [[말론 호글랜드]]에 의해 처음으로 특성화되었다. 효소는 아미노산을 작은 RNA 분자에 연결하는 것을 촉매하는 아미노아실-tRNA 합성효소인 것으로 밝혀졌다. 호글랜드와 그의 동료인 [[폴 자메닉]]은 나중에 작은 RNA 분자가 [[tRNA]]라는 것을 발견하고 이것이 번역의 핵심적인 촉진자임을 확인했다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Kresge N, Simoni RD, Hill RL | title = The mechanism of amino acid activation: the work of Mahlon Hoagland. 1956 | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 284 | issue = 25 | pages = e7–e8 | date = June 2009 | pmid = 19785094 | pmc = 2719372 | doi = 10.1016/S0021-9258(18)66554-8 | doi-access = free }}</ref>

아미노산 활성화는 많은 생화학적 과정 및 대사 과정에서 핵심적인 반응이다. 특히 인터류킨-18 활성화 세포에 대한 류신 자연살해 처리는 mTORC1 대사 센서를 유발하는 데, 이는 mTORC1이 아미노산 수송체의 높은 발현으로 인해 아미노산 유도 활성화를 유발함을 나타낸다.

류신에 의해 구동되는 mTORC1 활성화의 CD98/LAT1 아미노산 수송체의 억제는 NK 세포 효과기의 활성을 감소시켰다.

== 같이 보기 ==
* [[아미노아실-tRNA]]
* [[아미노아실 tRNA 합성효소|아미노아실-tRNA 합성효소]]
* [[tRNA]]
* [[아미노산]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 더 읽을거리 ==
{{참고 자료 시작}}
* {{저널 인용| vauthors = Almutairi SM, Ali AK, He W, Yang DS, Ghorbani P, Wang L, Fullerton MD, Lee SH | display-authors = 6 | title = Interleukin-18 up-regulates amino acid transporters and facilitates amino acid-induced mTORC1 activation in natural killer cells | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 294 | issue = 12 | pages = 4644–4655 | date = March 2019 | pmid = 30696773 | pmc = 6433059 | doi = 10.1074/jbc.RA118.005892 | doi-access = free }}
{{참고 자료 끝}}

[[분류:산성 아미노산]]
[[분류:단백질 생합성]]
[[분류:분자생물학]]