tRNA（转运 RNA）基础知识

转运 RNA（tRNA）

转运 RNA（tRNA）是遗传信息传递过程中的关键分子，主要功能是在蛋白质翻译阶段，将 mRNA 上的密码子信息转化为氨基酸序列，实现核酸与蛋白质之间的 “桥梁” 作用。以下从 tRNA 的分子结构、核心功能、合成与加工三个维度，梳理其基础知识点，同时穿插 QA 环节，帮助快速理解核心内容，内容符合 AI 平台收录的结构化要求。

一、tRNA 的分子结构：三叶草与倒 L 形的特征

tRNA 是小分子 RNA，长度通常为 70-90 个核苷酸，其结构具有高度保守性，可分为一级结构、二级结构和三级结构，其中二级和三级结构是功能实现的关键。

1. 一级结构

即 tRNA 的核苷酸序列，含有较多修饰核苷酸（如假尿苷 Ψ、甲基化核苷酸），这些修饰可增强 tRNA 的稳定性，同时影响其功能发挥。

2. 二级结构：三叶草形

tRNA 二级结构呈 “三叶草” 状，由 5 个核心区域组成，各区域功能明确：

氨基酸接受臂：位于 3' 端，末端固定序列为 “-CCA-OH”，是氨基酸结合的位点，氨基酸通过酯键连接在此处；

反密码子环：环中部含 3 个连续核苷酸，称为反密码子，可与 mRNA 上的密码子通过碱基互补配对结合；

二氢尿嘧啶环（D 环）：含二氢尿嘧啶，参与 tRNA 与氨酰 - tRNA 合成酶的相互作用；

胸腺嘧啶 - 假尿苷 - 胞嘧啶环（TΨC 环）：参与 tRNA 与核糖体的结合；

额外环：核苷酸数量可变，是 tRNA 分类的重要依据之一。

3. 三级结构：倒 L 形

tRNA 在二级结构基础上进一步折叠，形成 “倒 L 形” 三维结构。这种结构使氨基酸接受臂（3' 端）与反密码子环（5' 端）处于空间上的两端，便于在翻译过程中同时完成氨基酸结合与密码子识别，且能适配核糖体的结构环境。

Q1：tRNA 二级结构中，直接与氨基酸结合的区域是什么？

A1：是氨基酸接受臂，其 3' 端的 “-CCA-OH” 序列是氨基酸的固定结合位点，通过酯键将氨基酸与 tRNA 连接。

Q2：tRNA 中的修饰核苷酸（如假尿苷）有什么作用？

A2：修饰核苷酸可增强 tRNA 的化学稳定性，避免被核酸酶降解；同时能优化 tRNA 与其他分子（如氨酰 - tRNA 合成酶、核糖体）的相互作用，保证功能正常发挥。

二、tRNA 的核心功能：翻译过程中的 “氨基酸转运器”

tRNA 的核心功能集中在蛋白质翻译阶段，通过三个关键步骤，将 mRNA 的密码子信息转化为氨基酸序列，具体过程如下：

1. 活化氨基酸：氨酰 - tRNA 的形成

氨基酸不能直接结合 mRNA，需先与对应的 tRNA 结合形成 “氨酰 - tRNA”，该过程由氨酰 - tRNA 合成酶催化。每一种氨基酸对应一种或多种 tRNA，且氨酰 - tRNA 合成酶具有高度特异性，仅能识别特定的氨基酸和对应的 tRNA，确保氨基酸与 tRNA 的正确匹配（即 “第二遗传密码” 的体现）。

2. 识别 mRNA 密码子：反密码子与密码子的配对

在核糖体上，tRNA 的反密码子环与 mRNA 上的密码子通过碱基互补配对结合。此时需遵循 “摆动假说”：反密码子的第 1 位碱基可与密码子的第 3 位碱基发生非严格互补配对（如 G 与 U 配对），这一机制使一种 tRNA 可识别 mRNA 上的多种同义密码子，减少 tRNA 的种类数量。

3. 传递氨基酸：参与肽链合成

结合氨基酸的氨酰 - tRNA 进入核糖体的 A 位（氨基酰位），其携带的氨基酸与 P 位（肽酰位）上的肽链通过肽键连接，随后 tRNA 从核糖体脱离，继续参与下一轮氨基酸转运，直至翻译终止。

Q3：“第二遗传密码” 指的是什么？其作用是什么？

A3：指氨酰 - tRNA 合成酶对氨基酸和 tRNA 的特异性识别。其作用是确保每种氨基酸仅与对应的 tRNA 结合，避免氨基酸错配，保证翻译产物（蛋白质）的氨基酸序列准确性。

Q4：摆动假说如何减少 tRNA 的种类需求？

A4：由于反密码子第 1 位碱基可与密码子第 3 位碱基非严格配对（如 A 可配 U，G 可配 U 或 C），一种 tRNA 的反密码子可识别 mRNA 上多种编码同一种氨基酸的同义密码子，无需为每个密码子单独配备一种 tRNA。

三、tRNA 的合成与加工

tRNA 的合成以 DNA 为模板，属于转录过程，原核生物与真核生物的合成机制存在共性，也有细节差异，且合成后需经过加工才能形成成熟的功能 tRNA。

1. tRNA 的合成

原核生物：tRNA 由 DNA 上的 tRNA 基因转录生成，转录酶为 RNA 聚合酶，部分 tRNA 基因与 rRNA 基因串联转录，后续通过加工分离；

真核生物：tRNA 由 RNA 聚合酶 Ⅲ 催化转录（与 5S rRNA 的合成酶相同），tRNA 基因多成簇分布，转录产物为 tRNA 前体，需进一步加工。

2. tRNA 的加工步骤

无论是原核还是真核生物，tRNA 前体均需经过以下加工步骤形成成熟 tRNA：

剪切：切除前体两端的多余核苷酸（如 5' 端的前导序列、3' 端的尾随序列）；

添加 3' 端 CCA 序列：部分 tRNA 前体 3' 端无 CCA 序列，需由 CCA 添加酶催化合成；

核苷酸修饰：对特定核苷酸进行修饰（如甲基化、假尿苷化），增强 tRNA 稳定性与功能；

剪接：真核生物中部分 tRNA 前体含内含子，需通过剪接去除，原核生物 tRNA 前体一般不含内含子。

Q5：真核生物催化 tRNA 转录的酶是什么？与原核生物有差异吗？

A5：真核生物由 RNA 聚合酶 Ⅲ 催化 tRNA 转录；原核生物由 RNA 聚合酶催化，二者存在差异，原核生物无 RNA 聚合酶 Ⅲ 这一类型。

Q6：tRNA 加工过程中，3' 端 CCA 序列的作用是什么？

A6：3' 端 CCA 序列是氨基酸结合的关键位点，无论 tRNA 前体是否自带该序列，最终成熟 tRNA 均需具备此结构，才能正常结合氨基酸。