Как происходит присоединение аминокислот к молекулам тРНК?

Присоединение аминокислот к тРНК (“заряжание” или аминоацилирование) делает специальные ферменты — аминоксил-тРНК-синтетазы. Это крайне точный двухступенчатый процесс:

1. Активация аминокислоты.
   Аминокислота реагирует с АТФ в активном центре синтетазы и образует аминокислота-АМФ (аминокислотный аденилат), при этом освобождается пирофосфат (PPi). Это промежуточная “заряженная” форма аминокислоты.

2. Перенос на тРНК.
   Та же синтетаза переносит активированную аминокислоту на 3’-конец тРНК, к рибозе последнего нуклеотида (аденозина A76) акцепторного стебля, образуя высокоэнергетическую эстерификационную связь:
   ам-к-та + тРНК + АТФ → аминокислотил-тРНК + АМФ + PPi.

Куда именно садится аминокислота:
Существует два класса синтетаз. Ферменты класса I обычно сначала прикрепляют аминокислоту к 2’-ОН рибозы A76, после чего происходит быстрая внутримолекулярная переэстерификация на 3’-ОН. Ферменты класса II, как правило, переносят сразу на 3’-ОН. В любом случае “итоговая” связь — на 3’-конце тРНК.

Как синтетаза находит “свою” тРНК:
Точность обеспечивается распознаванием нескольких “идентичностных” элементов тРНК:
• пары оснований в акцепторном стебле и D-/T-петлях,
• часто — триплета антикодона,
• характерных модифицированных нуклеозидов.
У каждой аминокислоты — своя синтетаза (за редкими исключениями у некоторых организмов, где используют обходные пути), поэтому тРНК^Phe не будет заряжена, скажем, лейцином.

Корректировка ошибок (редактирование):
Многие синтетазы имеют “редакционный” центр. Если по размеру/форме попала похожая, но неправильная аминокислота, фермент:
• либо разрушает неправильный аминокислотный аденилат ещё до переноса (предтрансферное редактирование),
• либо гидролизует уже образовавшуюся неправильную аминокислотил-тРНК (посттрансферное редактирование).
Это снижает частоту ошибок до ~10⁻⁴–10⁻⁵ на реакцию.

Зачем нужна энергия АТФ:
Гидролиз АТФ до АМФ + PPi (а затем PPi → 2Pi) делает процесс практически необратимым и “упаковывает” энергию в эстерификационную связь аминокислотил-тРНК. Этой энергии потом хватает, чтобы в рибосоме образовать пептидную связь.

Что дальше происходит с заряженной тРНК:
В клетке аминокислотил-тРНК быстро связывается с фактором элонгации (например, EF-Tu у бактерий), который защищает лобильную связь и доставляет тРНК к рибосоме, где антикодон узнаёт кодон мРНК и аминокислота включается в растущую полипептидную цепь.

Итого: аминокислота активируется АТФ на синтетазе → переносится на 3’-конец своей тРНК с формированием эстера → правильность обеспечивается специфическим распознаванием и встроенным редактированием → “заряженная” тРНК идёт в трансляцию.