写的AZoM2020年12月10
在细胞中，转移RNA (tRNA)将编码信使RNA (mRNA)转化为蛋白质合成的遗传信息。来自超快光谱和深入理论计算的新结果表明，tRNA的复杂折叠结构是通过与RNA表面的磷酸基直接接触来稳定的。
RNA结构由长序列的核苷酸组成，核苷酸由一个碱基，如腺嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶或鸟嘌呤、一个带负电荷的磷酸基团和一个糖单位组成。
磷酸基团和糖一起构成了大分子的骨架，大分子以折叠结构存在于细胞环境中，即所谓的三级结构。
通过x射线衍射确定了酵母tRNA的三级结构，如图1所示。
为了维持这种结构，这是其细胞功能的基本前提，带负电荷的磷酸盐基团之间的斥力需要由带正电荷的离子和环境中的水分子来补偿。
到目前为止，这在分子水平上是如何工作的还不清楚，在科学文献中存在着离子和水的排列和相互作用的相互矛盾的图片。
来自柏林max - born研究所的科学家们现在已经确定了带正电的镁离子接触对和带负电的磷酸盐基团作为一个决定性的结构元素来最小化tRNA的静电能，从而稳定其第三结构。
他们的研究已经发表在The物理化学学报，结合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可作为tRNA与其水环境偶联的非侵入性探针。
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。不同镁含量的tRNA样品的振动光谱和飞秒时域的二维红外光谱可以识别磷酸基对离子和水壳的特定局部几何结构(图2)。
镁离子在磷酸基团附近的存在将非对称磷酸拉伸振动转移到更高的频率，并产生用于检测分子种类的特征红外吸收带。
不同浓度的镁离子实验表明，单一tRNA结构可形成多达6对接触离子对，且优先分布在相邻磷酸基之间距离小且相应负电荷密度高的位置。
接触离子对对降低静电能起到了决定性的作用，从而稳定了tRNA的三级结构。通过深入的理论分析，这一现象得到了定量的证实。
离子对对附近的水分子施加电力，并使它们在空间中定向，再次减少静电能。相比之下，tRNA周围前5 ~ 6个水层中的可移动离子对tRNA结构的稳定贡献较小。
新的结果提供了一个关键生物分子的电性质的详细定量的见解。他们强调了分子探针对阐明相关分子相互作用的高度相关性，以及在分子水平上理论描述的需要。
来源:https://www.fv-berlin.de/