转运RNA（tRNA）是一类小分子非编码RNA，在翻译（生物学）过程中发挥衔接分子的作用；翻译是细胞合成蛋白质的过程。每个具有功能的tRNA都将对信使RNA（mRNA）中特定序列的识别与向核糖体递送氨基酸联系起来。它的反密码子识别mRNA上的密码子，另一端则携带将被纳入正在延长的蛋白质链中的氨基酸。这种功能分工在遗传密码与蛋白质合成的化学过程之间建立了分子层面的联系。(ncbi.nlm.nih.gov)
分子结构
大多数成熟tRNA含有约70—90个核苷酸。虽然每个tRNA都由一条RNA链组成，但链内互补区域相互配对，形成由环区分隔的茎区。其常见的二级结构示意图呈三叶草形，包括受体茎、D臂、反密码子臂、T臂和可变区。D臂和T臂分别因其特征性的修饰核苷——二氢尿苷和核糖胸苷——而得名；T环通常还含有假尿苷。(ncbi.nlm.nih.gov)
在三维空间中，这些区域之间的相互作用形成紧凑的L形结构。反密码子位于一端，氨基酸的连接位点位于另一端。这种排列使tRNA能够同时接触核糖体的解码区和肽键形成中心。成熟tRNA的3′端通常以CCA序列结尾；末端的腺苷提供氨基酸的连接位点。一些细胞器中的tRNA与典型的三叶草结构差异显著，有些甚至缺少一整条常规结构臂。(ncbi.nlm.nih.gov)
氨酰化与分子识别特征
参与蛋白质合成之前，tRNA必须先被装载，即发生氨酰化。氨酰-tRNA合成酶利用三磷酸腺苷（ATP）活化氨基酸，并将其转移到tRNA末端的腺苷上。氨基酸的羧基与末端核糖形成酯键。由此产生的氨酰-tRNA既携带氨基酸，也携带后续肽合成所需的活化连接键。(ncbi.nlm.nih.gov)
合成酶识别的是一组序列和结构特征，而不只是读取反密码子。这些识别元件可能位于受体茎、反密码子或其他区域。例如，丙氨酸tRNA中的G3–U70碱基对，是丙氨酰-tRNA合成酶识别该tRNA的主要决定因素。携带同一种氨基酸的不同tRNA称为同工受体tRNA；它们可以具有不同的反密码子，并解读不同的同义密码子。(ncbi.nlm.nih.gov)
许多合成酶还具有编辑活性，能够清除被错误活化或错误连接的氨基酸。这些反应很重要，因为化学性质相近的氨基酸往往难以区分。因此，准确的翻译依赖于两种不同的匹配过程：将正确的氨基酸连接到相应的tRNA上，以及针对相应的mRNA密码子选择该已装载的tRNA。(ncbi.nlm.nih.gov)
反密码子与摆动配对
反密码子是暴露在反密码子环中的三个核苷酸组成的序列。它与mRNA密码子以反平行方式配对，因此反密码子的5′端核苷酸与密码子的第三个核苷酸相对。该位置的配对允许某些不同于标准沃森–克里克配对的形式，这种现象称为摆动碱基配对。因此，单个tRNA可以识别不止一个密码子，而它所提供的氨基酸保持不变。(ncbi.nlm.nih.gov)
摆动配对有助于解释为什么细胞不需要为每一个指定氨基酸的密码子都配备一种单独的tRNA。反密码子中的修饰核苷还会进一步影响tRNA能够识别哪些密码子，以及读取密码子的准确性。这种灵活性受到分子几何构型和核苷酸化学性质的限制，并不意味着任意错配都能被接受。(ncbi.nlm.nih.gov)
参与核糖体工作循环
在肽链延长过程中，已装载的tRNA在延伸因子的协助下被递送至核糖体。核糖体在A位点，即氨酰位点，检验密码子与反密码子的配对情况。结构重排和校对步骤使配对正确的tRNA比与其相近的其他tRNA更容易被接受。(nature.com)
P位点，即肽酰位点，容纳携带正在延长的肽链的tRNA。肽键的形成使该肽链转移到A位点tRNA所连接的氨基酸上。主要由核糖体RNA构成的核糖体催化中心，为这一反应安排底物的位置。因此，正在延长的肽链转而连接到原先占据A位点的tRNA上。(nature.com)
在易位过程中，mRNA和tRNA相对于核糖体发生移动。携带肽链的tRNA向P位点移动，而已脱酰的tRNA则向E位点，即出口位点，移动并被释放。在过渡性的杂合状态中，同一个tRNA的两端可以分别占据核糖体不同亚基上的不同结合位点。释放后的tRNA可以再次装载氨基酸并重复使用。(nature.com)
合成与成熟
tRNA由脱氧核糖核酸中的基因编码，并通过转录（生物学）产生。真核生物细胞核中的tRNA基因通常由RNA聚合酶III转录。最初的转录产物是前体，而非具备完整功能的分子：其两端多余的序列必须被切除，有些还含有需要通过RNA剪接去除的内含子。(ncbi.nlm.nih.gov)
加工过程形成成熟的末端，包括CCA尾；这一序列可能由基因编码，也可能由酶添加。成熟过程还伴随着特定核苷酸的化学修饰。这些修饰影响tRNA的折叠、稳定性和解码特性，因此，成熟tRNA的化学组成并不总能直接从其基因序列推断出来。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)
研究历史
1965年，罗伯特·W.霍利及其同事公布了从酵母中分离出的丙氨酸tRNA的完整核苷酸序列，这是首次测定出的核酸完整序列。其内部的互补性为tRNA二级结构的三叶草模型提供了支持。霍利与哈尔·戈宾德·科拉纳、马歇尔·尼伦伯格因阐释遗传密码及其在蛋白质合成中的作用，共同获得了1968年诺贝尔生理学或医学奖。(pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)