2020年12月10日
在细胞中，转移RNA（tRNA）从编码的信使RNA（mRNA）转化蛋白质合成的遗传信息。超快光谱和深入理论计算的新结果表明，tRNA的复杂折叠结构通过与RNA表面的磷酸基团直接接触的镁离子稳定。
RNA结构由核苷酸的长序列组成，这些核苷酸由核苷酸酶组成，例如腺嘌呤，尿嘧啶，胞嘧啶或鸟嘌呤，带负电荷的磷酸基团和糖单元。
磷酸基团与糖一起形成大分子的骨干，该骨分子在细胞环境中以折叠结构（即所谓的第三纪结构）而存在。
酵母中tRNA的三级结构已通过X射线衍射确定，如图1所示。
为了维持这种结构，是其细胞功能的基本先决条件，需要通过带正电荷的离子和环境的水分子来补偿带负电的磷酸基团之间的排斥力。
到目前为止，这在分子层的工作原理一直尚不清楚，科学文献中有关于离子和水的布置和相互作用的图片。
现在，柏林最大生存的科学家已经确定了带正电镁离子的接触对和带负电荷的磷酸基团作为决定性的结构元件，以最大程度地减少TRNA的静电能，从而稳定其第三结构。
他们的研究已发表在物理化学杂志b，结合了光谱实验和分子相互作用和动力学的详细理论计算。
磷酸基团的分子振动是tRNA及其水性环境之间耦合的无创探针。
这种振动的频率和红外吸收强度直接反映了与离子和水分子的相互作用。飞秒时间域中不同镁含量的tRNA样品以及二维红外光谱的振动光谱允许辨别特定的局部几何形状，其中磷酸盐基团对离子和水壳（图2）。
磷酸盐基团的邻近镁离子的存在将不对称的磷酸盐拉伸振动转移到较高的频率，并生成用于检测分子物种的特征性红外吸收带。
不同浓度的镁离子的实验表明，单个tRNA结构最多形成六个接触离子对，优先在相邻磷酸盐基团之间的距离很小且相应的负电荷密度高的位置。
接触离子对做出了降低静电能的决定性贡献，因此稳定了三级tRNA结构。通过深入的理论分析以定量的方式确认了这张图。
离子对将电力施加在附近的水分子上，并将其定向在太空中，再次减少了静电能。相反，在tRNA周围的前五到六个水层中的移动离子对稳定tRNA结构的贡献较小。
新结果提供了关键生物分子的电特性的详细定量见解。它们强调了分子探针在阐明相关分子相互作用以及对分子水平上理论描述的需求的高度相关性。
资源：https://www.fv-berlin.de/