タンパク質合成と翻訳

タンパク質合成、すなわち翻訳は、リボソームがメッセンジャーRNAの配列を読み取り、対応するアミノ酸鎖をタンパク質へと組み立てるプロセスです。これは遺伝暗号を細胞の機能分子に変換する段階であり、タンパク質およびアミノ酸代謝の他の場所で扱われるアミノ酸の最終的な利用経路となります。

Definition

翻訳とは、リボソームが触媒するポリペプチドの合成であり、そのアミノ酸配列はメッセンジャーRNAのコドンによって指定され、アミノアシル転移RNAが遺伝暗号を読み取るアダプターとして使用されます。

Scope

この項目では、アミノ酸がどのように活性化され、アミノアシルtRNA合成酵素を介してコドンと対応付けられるか、そしてリボソーム上での翻訳の開始、伸長、終結の各段階、およびプロセスが調節される主要な点について扱います。翻訳を生化学的および分子的なプロセスとして記述します。

Core questions

• 各アミノ酸は、そのコドンを認識する転移RNAとどのように結合するのでしょうか？
• リボソームはどのように開始部位を選択し、フレーム内でコドンを読み取るのでしょうか？
• 細胞の状態に応じて翻訳速度はどのように調節されるのでしょうか？

Key concepts

• 遺伝暗号とコドン-アンチコドン対合
• アミノアシルtRNA合成酵素とtRNAの荷電
• リボソームとA、P、E部位
• 開始、伸長、終結
• 翻訳開始因子と調節
• 測定方法としてのリボソームプロファイリング

Mechanisms

各アミノ酸はまず、アミノアシルtRNA合成酵素によってそのコグネイト転移RNAに結合されます。これはATP依存性の反応であり、校正を含むその正確性が遺伝暗号の忠実度を決定します。荷電したtRNAはアミノ酸をリボソームに運び、そこで翻訳は3つの段階で進行します。開始段階では、小さなリボソームサブユニットが開始因子に助けられ、通常は真核生物ではスキャンによって開始コドンを特定し、大きなサブユニットが結合します。伸長段階では、リボソームはコドンごとに移動し、そのペプチジル転移酵素中心で連続するアミノ酸間にペプチド結合形成を触媒しながら、tRNAがA、P、E部位を循環します。終結は、終止コドンが放出因子によって認識され、完成したポリペプチドが解放されるときに起こります。開始は最も厳しく調節される段階であり、開始因子を介したその制御により、細胞は全体的およびメッセージ特異的なタンパク質産生を迅速に調整することができます。リボソームプロファイリングにより、ほぼコドン解像度でゲノムワイドな翻訳を測定することが可能になります。

Clinical relevance

翻訳は、細菌とヒトのリボソーム間の違いを利用するいくつかのクラスの抗生物質の標的であり、その調節は多くの疾患状態で変化します。この項目では、そのメカニズムと研究方法について説明しており、個別の治療ガイダンスを提供するものではありません。

Evidence & guidelines

そのメカニズムと調節は、広範な一次文献および総説文献によって裏付けられた確立された分子生物学であり、これは臨床ガイドラインの領域ではなく、参照トピックです。

History

遺伝暗号は、マーシャル・ニーレンバーグ、ハー・ゴビンド・コラナらの研究を通じて1960年代に解読され、一方、マローン・ホーグランドらがアダプターとしての転移RNAを発見したことで、コードがどのように読み取られるかが説明されました。その後の構造的および生化学的研究により、リボソームと翻訳の各段階を制御する因子が解明されました。

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Mahlon Hoagland
• Alan Hinnebusch

Seminal works

• ibba-soll-2000
• sonenberg-hinnebusch-2009
• jackson-2010

Frequently asked questions

翻訳における転移RNAの役割は何ですか？

転移RNAはアダプターとして機能します。各荷電tRNAは特定のアミノ酸を運び、そのアンチコドンをメッセンジャーRNA上の対応するコドンと対合させることで、リボソームがコードを読み取る際に正しいアミノ酸を追加できるようにします。

翻訳の開始段階が調節にとってなぜそれほど重要なのでしょうか？

開始はリボソームをタンパク質合成にコミットさせるため、開始因子を介してこれを制御することで、細胞は必要に応じて、全体的または特定のメッセージに対するタンパク質産生を迅速に増減させることができます。