Introduzione

Alta fedeltà
Errori nella sintesi delle proteine possono accadere ad entrambi i capi del tRNA. All'estremità 3' del tRNA deve essere legato il giusto amminoacido, pronto per essere aggiunto alla catena della proteina in crescita. Un gruppo di enzimi, chiamati amminoacil tRNA sintetasi (mdm 4/2001) è responsabile di questa operazione. Questi enzimi mediamente commettono un errore ogni diecimila molecole di tRNA a cui hanno legato un amminoacido.
All'altra estremità del tRNA l'anticodone si deve accoppiare con il suo codone complementare. Una volta su cinquecento, però, può accadere che l'anticodone si accoppi in modo errato. Oppure, dato che ogni codone è lungo tre nucleotidi, l'anticodone si può accoppiare in una posizione sfasata, invece di sovrapporsi alla giusta tripletta. Questo porta errori in tutta la parte restante della proteina, perchè tutti i successivi tRNA si allineano in posizione sfasata in conseguenza del primo spostamento. Fortunatamente, quando le sequenze genetiche vengono lette in modo sfasato, si possono formare facilmente codoni di STOP, così la sintesi della proteina è interrotta dopo che sono state aggiunte solo poche decine di amminoacidi in più.

Ricavare il massimo dagli errori
L'evoluzione biologica è straordinaria nella sua abilità di trarre profitto anche dagli errori. Se c'è un modo per trasformare un problema in un vantaggio, sicuramente il processo di selezione naturale lo troverà. Gli errori nella sintesi delle proteine non fanno eccezione. Tutti e due gli accoppiamenti errati, quello codone-anticodone e quello di sfasamento di lettura, hanno un particolare ruolo funzionale in certi organismi.
Spesso, vengono usati codoni diversi come segnali di INIZIO al posto di AUG. Questi codoni possono essere GUG, UUG, o AUU, ma tutti usano lo stesso tRNA, quello della metionina che normalmente riconosce il codone AUG. Per poter sintetizzare queste proteine, il tRNA della metionina si deve appaiare con questi codoni erronei.
Lo sfasamento della lettura è essenziale per il ciclo di vita del virus HIV. Quando sintetizzano la lunga poliproteina che contiene tutte le proteine che si trovano nel virus, i ribosomi fanno un errore di accoppiamento nel 5% dei casi, allineando in modo errato un tRNA e provocando uno sfasamento della lettura. Questo impedisce al ribosoma di incontrare il normale codone di STOP e così viene prodotta una proteina molto più lunga. Questi errori occasionali sono fondamentali per la vita del virus HIV, perché solo le proteine più lunghe contengono gli enzimi che trascrivono il genoma virale.

RNA transfer
Le molecole di RNA transfer sono composte da una corta catena di RNA, lunga 70-90 nucleotidi, piegata a forma di trifoglio. Qui a fianco sono mostrate due molecole diverse, fenilalanina tRNA (file PDB 4tna) e acido aspartico tRNA (file PDB 2tra).
L'estremità 3' delle catene di RNA si trova nella parte alta della figura dove le strutture si fanno più sottili. Qui, indicato da una freccia, si trova l'amminoacido legato all'OH in posizione 3' sul nucleotide terminale.
Il centro della catena forma la porzione arrotondata in basso, dove affiorano i tre nucleotidi che formano l'anticodone. Gli altri due lobi del trifoglio sono intrecciati insieme nella zona a gomito e danno una struttura definita a tutta la molecola. Le quattro basi azotate dell'RNA (adenina, uracile, guanina e citosina) non riescono da sole a dare una struttura robusta alla molecola anche perché molte hanno una struttura modificata.
Per vedere due esempi di basi modificate, osservate la base numero 37, quella vicina all'anticodone, nel metionina tRNA (il tRNA che dà inizio alla sintesi, file PDB 1yfg) o nel fenilalanina tRNA (file PDB 4tna e 6tna).

Esplorando la struttura
Naturalmente, la prima cosa che esaminiamo nella struttura del tRNA è l'anticodone. Nella figura qui sotto si può vedere un acido aspartico tRNA (file PDB 2tra). Quando è stato fatto cristallizzare per sottoporlo all'analisi ai raggi X, questo tRNA ha formato un dimero nel quale gli anticodoni di due molecole si sono legati insieme. Il segmento dalla seconda molecola, mostrato nella parte bassa della figura (con i carboni colorati in verde), ci può dare un'idea di come il codone dell'RNA messaggero si legherebbe all'anticodone del tRNA. L'anticodone in questa struttura è composto (dal basso verso l'alto) da guanina, uracile, e citosina.
La prima coppia dal basso (G-C) e la terza (C-G) sono perfettamente accoppiate, mentre la coppia centrale è composta da due basi azotate piccole (U-U) che non si possono accoppiare, ma almeno, dato restano lontane tra di loro, non interferiscono.

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Nel fenilalanina tRNA (file PDB 4tna) vi sono alcune tiplette di nucleotidi, come quella mostrata qui sotto. Si tratta di una strana interazione che coinvolge tre basi ed è simile a quella che si trova negli aptameri di RNA fluorescenti (mdm 1/2019). Citosina e guanina si accoppiano come un normale paio di basi, come nel DNA, ma qui, nell'intreccio della catena, si avvicina un'altra guanina, modificata con un gruppo metilico (piccola sfera), che forma un'insolita interazione legandosi lateralmente al paio di basi. I legami idrogeno che si formano sono indicati con sottili fili azzurri.

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Bibliografia
John G. Arnez and Dino Moras (1999) Transfer RNA. In "Oxford Handbook of Nucleic Acid Structure" (Stephen Neidle, Editor) Oxford University Press. Pages 603-651.
Alexander Rich and Sung Hou Kim (1978) The Three-dimensional Structure of Transfer RNA. Scientific American 238 (No. 1), 52-62.
Jack Parker (1989) Errors and Alternatives in Reading the Universal Genetic Code. Microbiological Reviews 53, 273-298.

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