二十种酶

    大多数细胞可产生二十种不同的氨酰-tRNA合成酶，每一种酶负责一种氨基酸。它们各不相同，各负其责，使一种氨基酸与其相应的一套tRNA分子结合。如图所示，天冬氨酰-tRNA合成酶（用蓝色和绿色表示，两个tRNA分子以红色表示）是一个由两个相同亚基构成的二聚体，其他的酶是或大或小的单体，或是二聚体。有的甚至是一种或多种不同亚基构成的四聚体。某些酶具有相当奇特的构造，例如，丝氨酰-tRNA合成酶（蛋白质编号1SET）。几乎所有氨酰-tRNA合成酶的结构都可以在蛋白质立体结构数据库中找到。

寻找合适的伙伴

    正如人们所预料的，这其中的许多酶识别tRNA分子的反密码子。但在某些情况下有所不同。以丝氨酸为例，它有六种不同的密码子，所以丝氨酰-tRNA合成酶必须能识别带有六种不同反密码子的tRNA分子，包括完全不同的“AGA”、“GCU”。于是，酶不得不辨别tRNA分子上的氨基酸接受臂和其他部位的碱基，尤其是在tRNA序列编号为73的碱基，似乎在很多情况下起着极其重要的作用，因此被称为区别碱基。但有时，它可以完全被忽略。应注意的一点是，每个酶在正确识别tRNA分子的同时，必须阻止错误组合。因此，每一个tRNA分子都有一套促进与正确的酶结合的积极因子，也有一套抑制不适当结合的消极因子。例如，天冬氨酰-tRNA合成酶，如图所示（蛋白质编号1ASZ）能识别tRNA分子的区别碱基和反密码子周围的四个碱基，而另一个碱基，鸟嘌呤37，不用于识别，但必须通过甲基化保证tRNA分子不会与精氨酰-tRNA合成酶错误结合。

惊讶于基因组分析

    近来，对整个基因组分析的结果，让人们非常吃惊：有些有机体并不存在全部编码这二十种氨酰-tRNA合成酶的基因。但它们确实是用这二十种氨基酸去构建蛋白质的。有机体对这个矛盾的解决表明，有更复杂的机制存在。这种现象经常出现。例如，某些细菌不存在将谷氨酰胺装载到相应tRNA上的合成酶。但它可以用一种酶将谷氨酸加到所有的谷氨酸tRNA分子上和所有的谷氨酰胺tRNA分子上，然后，另一种酶作用于谷氨酰胺tRNA分子，将谷氨酸转变为谷氨酰胺，从而形成正确的配对组合。

条条大路通罗马

    在这个图片中,显示了五种氨酰-tRNA合成酶与其tRNA分子的复合体。tRNA分子（以红色表示）以相同的方向排列。注意，不同的酶是从不同的角度接近tRNA分子的。作用于异亮氨酸（蛋白质编号1FFY）、缬氨酸（蛋白质编号1GAX）和谷氨酰胺（蛋白质编号1EUQ）的合成酶像是tRNA分子的摇篮，抓住反密码子环（在tRNA分子底部），并将氨基酸接受臂（在tRNA分子右部顶端）置于它的活性部位。这些酶有相似的蛋白质结构，类似的作用方式，并且都将氨基酸加在tRNA分子末端核糖的2'-羟基上，被称为“类型Ⅰ”酶。而作用与苯丙氨酸（蛋白质编号1EIY）和苏氨酸（蛋白质编号1QF6）的酶属于“类型Ⅱ”，它们从另一侧接近tRNA，并将氨基酸加到tRNA末端核糖的3'-羟基上。

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高保真

    氨酰-tRNA合成酶执行其功能时,必须有很高的准确性。它们如果犯了错误，将会导致氨基酸在蛋白质合成中的错误定位。这些的出错率为万分之一。对于绝大多数氨基酸，这个准确率不难达到。因为，各个氨基酸之间有很大的不同。而且，前面曾提到过，不同tRNA分子的许多部位都可用于正确识别。但是，在某些情况下，酶难于选择正确的氨基酸而必须求助于特殊机制。

    异亮氨酸正是这样一个例子。在酶中，有一个能识别异亮氨酸的小洞，这个洞太小，而不宜让像甲硫氨酸和苯丙氨酸这样的大分子进入，并且，这个洞是疏水的，带有极性侧链的氨基酸，也被阻挡在外。但是比异亮氨酸稍小的缬氨酸，由于仅比它少了一个甲基，刚好能进入这个口袋。缬氨酸代替异亮氨酸的几率为一百五十分之一。这个错误率太高了。于是必须有校正机制出马。异亮氨酸合成酶（蛋白质编号1FFY）用有校正作用的另一个活性部位来解决这个难题。错误的缬氨酸，而不是异亮氨酸能靠近这个活性部位。这样，缬氨酸被水解掉，留下tRNA分子，等待正确的异亮氨酸。这个校正步骤将总的错误率降到三千分之一。

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探索结构

    这些酶作用于tRNA分子时并不十分温柔。谷氨酰-tRNA合成酶作用于它的tRNA分子（蛋白质编号1GTR）时的结构就是一个很好的例证。该酶紧紧的抓住反密码子，为了更好的辨认，将这三个碱基尽量分开，在tRNA分子的另一端，酶解开最初的一个碱基对（图上所示向上弯曲），并将链的长长的接受臂扭成一个较紧的发卡（图上所示向下弯曲）。这样，使得最后一个核苷酸的2'羟基处于酶的活性部位。此时，ATP和氨基酸（在此结构中未显示）也正处于该部位。