Aminoacyl-Transfer-Ribonukleinsäure (Aminoacyl-tRNA) wird bei der Übersetzung von mRNA-Sequenzen in Proteine verwendet. Aminoacyl-tRNA besteht aus einem RNA-Strang, der eine Gruppe von drei Nukleotiden enthält, die als Codon bezeichnet werden und mit einer Aminosäure verbunden sind. Jedes Codon ist mit einer bestimmten Aminosäure gepaart, obwohl es eine gewisse Redundanz gibt; einige Aminosäuren sind mit mehreren Codons gepaart. Diese Form von tRNA hilft, Aminosäuren zum Ribosom zu transportieren, wo die Translation stattfindet, und das tRNA-Codon paart sich dann mit einer komplementären Sequenz auf dem mRNA-Strang, wodurch seine verwandte Aminosäure in die während der Translation gebildete Polypeptidkette eintreten kann. Durch diesen Prozess kann genetische Information, die ursprünglich im tRNA-Strang enthalten war, in Aminosäuren umgewandelt werden, die zur Bildung von Proteinen verwendet werden.
Nachdem tRNA-Moleküle von der DNA-Sequenz, die für sie kodiert, transkribiert wurden, gibt es einen zweistufigen Prozess, um diese tRNA-Stränge in Aminoacyl-tRNA-Moleküle umzuwandeln. Diese Reaktionen finden innerhalb des spezifischen Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Enzyms für eine bestimmte Aminosäure statt. Es gibt insgesamt 20 Arten dieser Enzyme, eine für jede Aminosäure.
Zunächst muss die Aminosäure, die für die tRNA-Sequenz gepaart werden soll, aktiviert werden. Dies wird erreicht, indem die Aminosäure adenyliert oder in einer energieaufwendigen Reaktion an ein Adenosinmonophosphat (AMP)-Molekül gebunden wird. Die tRNA wird dann auf den Aminosäure-AMP-Komplex übertragen und entfernt das AMP, um sich mit der Aminosäure zu verbinden. Das AMP in dieser Reaktion stammt aus Adenosintriphosphat (ATP), das in AMP umgewandelt wird, und einem Pyrophosphatmolekül, das die Energie für diese Reaktion liefert.
Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Enzyme sind Makromoleküle, die auf verschiedene Weise erkennen, welche tRNA-Sequenzen mit der richtigen Aminosäure gepaart sind. Die Enzyme besitzen Anticodon-Regionen ihrer eigenen tRNA, die die Sequenzen von tRNA-Codons erkennen können. Alternativ kann das Enzym Akzeptorstellen auf tRNA-Sequenzen erkennen, die sich an beiden Enden der Moleküle befinden.
Diese mehrfachen Erkennungsstellen stellen sicher, dass Aminosäuren mit den richtigen tRNA-Sequenzen gepaart werden, und sind besonders wichtig für Aminosäuren wie Serin, die mit sechs verschiedenen Codons der tRNA übereinstimmen können. Die tRNA-Sequenzen enthalten neben einem Codon und Akzeptorstellen auch genetische Informationen. Um das Codon herum befinden sich Diskriminatorbasen, die verhindern, dass das falsche Aminoacyl-tRNA-Synthetase-Enzym es aufnimmt und in einer Reaktion verwendet.