伸長とペプチド結合形成

伸長は、リボソームがメッセンジャーRNAをコドンごとに読み取り、成長中のポリペプチドにアミノ酸を追加する、翻訳の反復段階である。各サイクルでは、アミノアシル転移RNAの正確な選択、ペプチド結合の形成、およびリボソームの次のコドンへの移動が結合して行われる。

Definition

伸長とは、コドンによって指示されるアミノアシルtRNAの選択、P部位のペプチジルtRNAとA部位のアミノアシルtRNAとの間のペプチド結合形成、およびGTP駆動によるリボソームを1コドン前進させる転座からなる、反復的なリボソームサイクルである。

Scope

このトピックでは、伸長サイクルの3つの結合した事象について扱う。すなわち、伸長因子Tu（またはeEF1A）によるアミノアシルtRNAのデコードと送達、リボソームのペプチジル転移酵素中心でのペプチド結合の触媒、および伸長因子G（またはeEF2）によって駆動される転座である。また、速度と正確性がどのようにバランスされているかについても言及する。これはメカニズムに関するトピックであり、臨床的ガイダンスではない。

Core questions

• 各コドンに対して正しいアミノアシルtRNAはどのように選択されるのか？
• リボソームはどのようにペプチド結合形成を触媒するのか？
• メッセンジャーRNAに沿った転座を駆動するものは何か？
• 伸長速度と忠実度はどのようにバランスされているのか？

Key concepts

• アミノアシル (A) 部位、ペプチジル (P) 部位、および退出 (E) 部位
• 伸長因子Tu / eEF1A
• ペプチジル転移酵素中心
• 伸長因子G / eEF2と転座
• GTP加水分解
• デコード忠実度と校正

Key theories

リボソームによるペプチジル転移はRNA触媒作用である

ペプチジル転移酵素中心はリボソームRNAで構成されており、リボソームが主に基質の配置によってペプチド結合形成を促進するリボザイムであることを示唆している。

誘導適合デコードと速度論的校正

コグネイトコドン-アンチコドン対合は、伸長因子Tu上でのGTP加水分解を加速するコンフォメーション変化を引き起こし、加水分解後の校正ステップは、誤ったtRNAを排除する2度目の機会を与え、共同で正確性を高める。

Mechanisms

各伸長サイクルにおいて、伸長因子Tu（真核生物ではeEF1A）は、GTPとの複合体としてアミノアシルtRNAをリボソームのA部位に送達する。正しいコドン-アンチコドン対合はデコード中心で感知され、GTP加水分解を刺激する。その後、校正ステップによって、近縁のtRNAを依然として排除することができる。受け入れられたアミノアシルtRNAはペプチジル転移酵素中心に収容され、そこでリボソームRNAが成長中の鎖を新しいアミノ酸に転移させることを触媒し、ペプチド結合を形成する。その後、伸長因子G（eEF2）はGTP加水分解を利用して転座を駆動し、tRNAとmRNAを移動させることで、次のコドンがA部位に入り、脱アシル化されたtRNAが退出する。構造スナップショットはこれらの状態を可視化し、デコード、触媒、および移動がどのように協調しているかを明らかにしている。

Clinical relevance

いくつかの抗生物質や毒素は、アミノアシルtRNAの送達、ペプチジル転移反応、または転座を阻害するなど、伸長に作用するため、この段階は抗菌作用や特定の毒素の理解にとって重要である。この項目は分子メカニズムを説明するものであり、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではない。

Evidence & guidelines

伸長メカニズムは、細菌および真核生物のリボソームに関する速度論的、生化学的、および高分解能構造研究によって裏付けられており、主要な総説文献にまとめられている。

History

1960年代から1970年代にかけての生化学的研究により、伸長因子と基本的なA、P、E部位の枠組みが特定された。1990年代の速度論的研究により、GTP加水分解がデコードと転座をどのように駆動するかが確立され、2000年代以降の結晶学的およびクライオEM構造により、リボソームが連続する伸長状態にあることが捉えられ、ペプチジル転移酵素中心でのRNA触媒作用が確認された。

Key figures

• V. Ramakrishnan
• Marina Rodnina
• Wolfgang Wintermeyer
• Rachel Green

Seminal works

• schmeing-2009
• voorhees-2009
• rodnina-1997

Frequently asked questions

タンパク質はペプチド結合を触媒するのか？

いいえ。構造研究によると、ペプチジル転移酵素中心はリボソームRNAで構成されており、リボソームは主に反応基質を配置することによって、リボザイムとしてペプチド結合を形成します。

リボソームがメッセンジャーRNAに沿って移動する原因は何ですか？

転座は、伸長因子G（真核生物ではeEF2）がGTP加水分解のエネルギーを利用して、各サイクルでリボソームを正確に1コドン前進させることによって駆動されます。