{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Aminoacyl-tRNA.png|섬네일|220px|오른쪽|화살표 위에 tRNA가 있고 화살표 아래에 일반 아미노산이 있는 아미노아실-tRNA. 대부분의 tRNA 구조는 단순하고 다채로운 [[공-막대 모델]]로 표시된다. 말단 아데노신과 아미노산은 [[구조식]]으로 표시된다. 화살표는 아미노산과 tRNA 사이의 에스터 결합을 나타낸다.]]

'''아미노아실-tRNA'''({{llang|en|aminoacyl-tRNA}})는 [[아미노산]]이 화학적으로 결합된(하전된) [[tRNA]]이다. '''aa-tRNA''', '''하전된 tRNA'''({{llang|en|charged tRNA}})라고도 한다. 아미노아실-tRNA는 특정 [[신장인자]]와 함께 [[번역 (생물학)|번역]] 중에 생성되는 [[폴리펩타이드]] 사슬로의 통합을 위해 아미노산을 [[리보솜]]으로 전달한다.

아미노산 단독으로는 생장하는 폴리펩타이드 사슬 내에서  [[펩타이드 결합]]을 형성하는 데 필요한 [[기질 (화학)|기질]]이 아니다. 대신, 아미노산은 각각의 아미노아실-tRNA를 형성하기 위해 tRNA로 하전되거나 아미노아실화되어야 한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM | title = Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA | journal = RNA | volume = 20 | issue = 6 | pages = 758–64 | date = June 2014 | pmid = 24751649 | pmc = 4024630 | doi = 10.1261/rna.044123.113 }}</ref> 모든 아미노산에는 고유한 특정 [[아미노아실 tRNA 합성효소|아미노아실-tRNA 합성효소]]가 있으며, 이는 tRNA에 특이적인 즉, "동족(cognate)"인 tRNA와 화학적으로 결합하는 데 사용된다. tRNA와 동족 아미노산의 짝지음은 [[tRNA]]의 [[안티코돈]]과 일치하고 차례로 [[mRNA]]의 [[코돈]]과 일치하는 특정 아미노산만 단백질 합성 중에 사용하도록 하기 때문에 중요하다.

잘못된 아미노산이 폴리펩타이드 사슬에 통합되는 번역 오류를 방지하기 위해 아미노아실-tRNA 합성효소는 [[교정 (생물학)|교정]] 기능을 가지도록 진화해 왔다. 이러한 메커니즘은 아미노산이 동족 tRNA와 적절하게 짝을 지을 수 있게 한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Kelly P, Ibba M | title = Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 430 | issue = 1 | pages = 17–19 | date = January 2018 | pmid = 29111345 | doi = 10.1016/j.jmb.2017.10.025 | doi-access = free }}</ref> tRNA와 [[아실화]]가 잘못된 아미노산은 아미노아실-tRNA 합성효소가 가지고 있는 탈아실화 메커니즘을 통해 [[가수분해]]된다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Francklyn CS, Mullen P | title = Progress and challenges in aminoacyl-tRNA synthetase-based therapeutics | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 294 | issue = 14 | pages = 5365–5385 | date = April 2019 | pmid = 30670594 | pmc = 6462538 | doi = 10.1074/jbc.REV118.002956 | doi-access = free }}</ref>

[[유전 부호]]의 축퇴로 인해 여러 tRNA는 동일한 아미노산에 대응되지만 다른 안티코돈을 갖게 된다. 어러한 서로 다른 tRNA를 등수용 tRNA(isoacceptor tRNA)라고 한다. 특정 상황에서 비동족(non-cognate) 아미노산이 하전되어 하전이 잘못되거나 아미노아실화가 잘못된 tRNA가 생성된다. 이러한 잘못 하전된 tRNA는 잘못된 단백질 합성을 방지하기 위해 가수분해되어야 한다.

아미노아실-tRNA는 주로 [[단백질 합성]] 동안 [[mRNA]]와 [[폴리펩타이드]] 사이의 중간적인 연결자로서 기능을 하지만, 아미노아실-tRNA는 여러 다른 [[생합성]] 경로에서 기능을 갖는 것으로 밝혀졌다. 아미노아실-tRNA는 [[세포벽]], [[항생제]], [[지질 (생물학)|지질]] 및 [[단백질]] 분해를 위한 생합성 경로에서 [[기질 (화학)|기질]]로 기능하는 것으로 밝혀졌다.

아미노아실-tRNA는 지질의 변형 및 항생제의 생합성에 필요한 아미노산의 공여자로서 기능할 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 미생물 생합성 유전자 클러스터는 [[비리보솜 펩타이드]] 및 기타 아미노산 함유 [[대사산물]]의 합성에서 아미노아실-tRNA를 사용할 수 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Ulrich EC, van der Donk WA | title = Cameo appearances of aminoacyl-tRNA in natural product biosynthesis | journal = Current Opinion in Chemical Biology | volume = 35 | pages = 29–36 | date = December 2016 | pmid = 27599269 | pmc = 5161580 | doi = 10.1016/j.cbpa.2016.08.018 }}</ref>

== 합성 ==
아미노아실-tRNA는 두 단계로 생성된다. 첫 번째 단계는 아미노아실-AMP를 형성하는 아미노산의 아데닐화이다.

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

두 번째 단계는 아미노산 잔기가 tRNA로 전달되는 것이다.

: 아미노아실-AMP + tRNA → 아미노아실-tRNA + AMP

전체적인 순 반응식은 다음과 같다.

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

순 반응은 [[피로인산염|피로인산]](PP<sub>i</sub>)이 나중에 [[가수분해]]되기 때문에 에너지적으로 유리하다. 피로인산의 2분자의 [[무기 인산]](P<sub>i</sub>)으로의 가수분해 반응은 에너지적으로 매우 유리하며 다른 두 반응을 유도한다. 이러한 고도의 [[에너지 방출반응]]은 해당하는 아미노산에 대해 특이적인 [[아미노아실 tRNA 합성효소|아미노아실-tRNA 합성효소]]의 내부에서 일어난다.<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 = 1548–51 | date = December 1988 | pmid = 3144042 | doi = 10.1126/science.3144042 | bibcode = 1988Sci...242.1548S | url = https://www.science.org/doi/10.1126/science.3144042 }}</ref><ref>{{저널 인용| vauthors = McClain WH | title = Rules that govern tRNA identity in protein synthesis | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 234 | issue = 2 | pages = 257–80 | date = November 1993 | pmid = 8230212 | doi = 10.1006/jmbi.1993.1582 | url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283683715822 }}</ref>

== 안정성 및 가수분해 ==
아미노아실-tRNA의 안정성에 대한 연구는 tRNA 자체의 서열과는 반대로 아실(또는 에스터) 연결이 가장 중요한 수여인자임을 보여준다. 이러한 연결은 [[아미노산]]의 [[카복실기]]를 동족 tRNA의 말단 3'-[[하이드록실기]]에 화학적으로 결합시키는 [[에스터 결합]]이다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Kelly P, Ibba M | title = Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 430 | issue = 1 | pages = 17–19 | date = January 2018 | pmid = 29111345 | doi = 10.1016/j.jmb.2017.10.025 | doi-access = free }}</ref> 주어진 아미노아실-tRNA의 아미노산 [[부분 (화학)|부분]]이 구조적 완전성을 제공한다는 것이 발견되었다. tRNA 부분은 대부분의 경우 아미노산이 생장하는 폴리펩타이드 사슬에 통합되는 방법과 시기를 결정한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Francklyn CS, Mullen P | title = Progress and challenges in aminoacyl-tRNA synthetase-based therapeutics | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 294 | issue = 14 | pages = 5365–5385 | date = April 2019 | pmid = 30670594 | pmc = 6462538 | doi = 10.1074/jbc.REV118.002956 | doi-access = free }}</ref>

다른 아미노아실-tRNA는 아미노산과 tRNA 사이의 에스터 결합의 가수분해에 대해 다양한 유사 1차 속도 상수를 가지고 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Hentzen D, Mandel P, Garel JP | title = Relation between aminoacyl-tRNA stability and the fixed amino acid | journal = Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Nucleic Acids and Protein Synthesis | volume = 281 | issue = 2 | pages = 228–32 | date = October 1972 | pmid = 4629424 | doi = 10.1016/0005-2787(72)90174-8 }}</ref> 이것은 주로 입체 효과 때문이다. 입체 장애는 에스터 카보닐에 대한 분자 간 공격을 억제하는 데 도움이 되는 아미노산의 특정 곁사슬에 의해 제공된다. 이러한 분자 간 공격은 에스터 결합을 가수분해하는 역할을 한다.

[[가지사슬 아미노산]] 및 지방족 아미노산([[발린]] 및 [[아이소류신]])은 합성시 가장 안정적인 아미노아실-tRNA를 생성하는 것으로 입증되었으며, 가수분해 안정성이 낮은 것(예: [[프롤린]])보다 현저하게 긴 [[반감기]]를 가지고 있다. 발린 및 아이소류신의 입체 장애는 곁사슬의 β-탄소에 있는 메틸기로 인한 것이다. 전반적으로 결합된 아미노산의 화학적 성질은 아미노아실-tRNA의 안정성을 결정하는 역할을 한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Kelly P, Ibba M | title = Aminoacyl-tRNA Quality Control Provides a Speedy Solution to Discriminate Right from Wrong | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 430 | issue = 1 | pages = 17–19 | date = January 2018 | pmid = 29111345 | doi = 10.1016/j.jmb.2017.10.025 | doi-access = free }}</ref>

[[나트륨]], [[칼륨]] 및 [[마그네슘]] [[염]]으로 인해 증가된 이온 강도는 아미노아실-tRNA의 아실 결합을 불안정하게 하는 것으로 나타났다. 증가된 [[수소 이온 농도 지수|pH]]는 또한 결합을 불안정하게 만들고 아미노산의 α-탄소의 아미노기의 이온화를 변화시킨다. 하전된 아미노기는 유도 효과를 통해 아미노아실-tRNA 결합을 불안정하게 할 수 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Schuber F, Pinck M | title = On the chemical reactivity of aminoacyl-tRNA ester bond. I. Influence of pH and nature of the acyl group on the rate of hydrolysis | journal = Biochimie | volume = 56 | issue = 3 | pages = 383–90 | date = May 1974 | pmid = 4853442 | doi = 10.1016/S0300-9084(74)80146-X }}</ref> [[신장인자]]인 [[EF-Tu]]는 약한 아실 결합이 [[가수분해]]되는 것을 방지하여 결합을 안정화시키는 것으로 나타났다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM | title = Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA | journal = RNA | volume = 20 | issue = 6 | pages = 758–64 | date = June 2014 | pmid = 24751649 | pmc = 4024630 | doi = 10.1261/rna.044123.113 }}</ref>

에스터 결합의 실제 안정성은 생리학적 pH 및 이온 농도에서 체내 가수분해에 대한 아미노아실-tRNA의 민감성에 영향을 미친다. 아미노아실화 과정이 안정한 아미노아실-tRNA 분자를 생성하여 [[폴리펩타이드]] 합성의 가속화 및 생산성을 제공하는 것이 [[열역학|열역학적]]으로 유리하다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Peacock JR, Walvoord RR, Chang AY, Kozlowski MC, Gamper H, Hou YM | title = Amino acid-dependent stability of the acyl linkage in aminoacyl-tRNA | journal = RNA | volume = 20 | issue = 6 | pages = 758–64 | date = June 2014 | pmid = 24751649 | pmc = 4024630 | doi = 10.1261/rna.044123.113 }}</ref>

== 약물 표적화 ==
[[테트라사이클린]]과 같은 특정 [[항생제]]는 아미노아실-tRNA가 [[원핵생물]]의 [[리보솜]] 소단위체에 결합하는 것을 방지한다. 테트라사이클린은 번역 동안 원핵생물의 리보솜의 A 부위 내에서 아미노아실-tRNA의 부착을 억제하는 것으로 알려져 있다. 테트라사이클린은 광범위한 항생제로 간주된다. 이들 약물은 그람양성세균, 그람음성세균 및 기타 비정형 미생물의 생장을 억제하는 능력을 나타낸다.

또한, TetM 단백질(P21598)은 일반적으로 그러한 작용을 억제하는 테트라사이클린으로 집중되어 있음에도 불구하고 아미노아실-tRNA 분자가 리보솜의 A 부위에 결합하도록 하는 것으로 밝혀졌다. TetM 단백질은 리보솜에 의존하는 [[GTP가수분해효소]] 활성을 나타내는 리보솜 보호 단백질로 간주된다. 연구에 따르면 TetM 단백질이 있으면 테트라사이클린이 리보솜에서 방출된다. 따라서 이것은 더 이상 테트라사이클린 분자에 의해 배제되지 않기 때문에 리보솜의 A 부위에 아미노아실-tRNA 결합을 허용한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Chopra I, Roberts M | title = Tetracycline antibiotics: mode of action, applications, molecular biology, and epidemiology of bacterial resistance | journal = Microbiology and Molecular Biology Reviews | volume = 65 | issue = 2 | pages = 232–60 ; second page, table of contents | date = June 2001 | pmid = 11381101 | pmc = 99026 | doi = 10.1128/MMBR.65.2.232-260.2001 }}</ref> TetO는 TetM과 75% 유사하며 둘 다 [[EF-G]]와 약 45% 유사하다. 대장균 리보솜과 복합체의 TetM의 구조가 해결되었다.<ref>{{저널 인용|last1=Arenz |first1=S |last2=Nguyen |first2=F |last3=Beckmann |first3=R |last4=Wilson |first4=DN |title=Cryo-EM structure of the tetracycline resistance protein TetM in complex with a translating ribosome at 3.9-Å resolution. |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |date=28 April 2015 |volume=112 |issue=17 |pages=5401–6 |doi=10.1073/pnas.1501775112 |pmid=25870267 |pmc=4418892|bibcode=2015PNAS..112.5401A |doi-access=free }}</ref>

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

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:단백질 생합성]]