リボソームの構造と機能

リボソームは、メッセンジャーRNAを読み取り、タンパク質を合成する翻訳を行う大型のリボ核タンパク質複合体である。リボソームRNAと多数のタンパク質が2つのサブユニットに配置されて構成されており、コドンの解読とペプチド結合形成の触媒作用の両方を担っている。

Definition

リボソームは2つのサブユニットからなるリボ核タンパク質複合体であり、その小サブユニットはメッセンジャーRNAのコドンを解読し、大サブユニットはそのリボソームRNAを介してペプチド結合形成を触媒するため、リボソームはリボザイムである。

Scope

このトピックでは、リボソームの2サブユニット構造、そのリボソームRNAとタンパク質の組成、小サブユニット上のデコーディングセンター、大サブユニット上のペプチジル転移酵素センター、A、P、EのトランスファーRNAサイト、および触媒作用がRNAによって行われるという発見について扱う。これは構造とメカニズムに関するトピックであり、臨床的なガイダンスではない。

Core questions

• リボソームの構成要素と全体構造は何か？
• デコーディングとペプチド結合形成はどこで起こるのか？
• なぜリボソームはリボザイムと見なされるのか？
• 細菌と真核生物のリボソームはどのように異なるのか？

Key concepts

• リボソームの小サブユニットと大サブユニット
• リボソームRNA（rRNA）とリボソームタンパク質
• デコーディングセンター（小サブユニット）
• ペプチジル転移酵素センター（大サブユニット）
• A、P、EトランスファーRNAサイト
• ポリソーム
• 抗生物質結合部位

Key theories

リボソームはリボザイムである

大サブユニットの原子構造は、触媒部位にタンパク質の側鎖がないことを示しており、リボソームRNAがペプチジル転移酵素センターを形成し、ペプチド結合形成を触媒することを示唆している。

Mechanisms

リボソームは、メッセンジャーRNAに結合し、そのデコーディングセンターでコドン-アンチコドン対合を監視する小サブユニットと、ペプチジル転移酵素センターと新生鎖が排出されるトンネルを持つ大サブユニットから構成される。トランスファーRNAは、アミノアシル（A）サイト、ペプチジル（P）サイト、エグジット（E）サイトの3つのサイトを占め、これらは両サブユニットにまたがっており、リボソームが伸長および転位するにつれてこれらのサイトを移動する。細菌のサブユニットおよび完全なリボソーム、そして後に真核生物のリボソームの高分解能構造は、リボソームRNAがデコーディングセンターと触媒センターの両方を形成し、リボソームがRNAベースの機械であることを確立したことを明らかにした。これらの構造の多くは、抗生物質が結合する場所も特定した。複数のリボソームが1つのメッセンジャーRNAを同時に翻訳することができ、ポリソームを形成する。

Clinical relevance

多数の臨床的に重要な抗生物質が細菌のリボソームに結合して阻害すること、およびリボソーム生合成の欠陥がリボソーム病として知られる一群の疾患を引き起こすことから、リボソームの構造は抗菌薬理学および特定の疾患の中心である。この項目は構造と機能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

ここで要約されている構造的知見は、細菌および真核生物のリボソームのX線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡研究に基づいており、主要な総説文献でまとめられている。

History

リボソームは20世紀半ばにタンパク質合成の場として特定されたが、その詳細な構造が明らかになったのは2000年頃であり、細菌の大小サブユニット、そしてmRNAとtRNAを含む完全な70Sリボソームの結晶構造が解明された。真核生物のリボソームは2011年に高分解能で解明され、それ以来、クライオ電子顕微鏡の進歩により、リボソームの多くの機能状態が捉えられている。

Key figures

• Thomas Steitz
• V. Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Marat Yusupov
• Joachim Frank

Seminal works

• nissen-2000
• carter-2000
• selmer-2006
• ben-shem-2011

Frequently asked questions

リボソームは何でできているのか？

リボソームは、リボソームRNAと多数のリボソームタンパク質が2つのサブユニットに組織化されて構成されており、RNAがデコーディングセンターと触媒作用を持つペプチジル転移酵素センターの両方を形成している。

なぜ多くの抗生物質はリボソームを標的とするのか？

細菌のリボソームはヒトのリボソームとは十分に異なるため、薬剤は細菌のリボソーム上の機能部位に結合し、選択的にタンパク質合成を阻害することができる。これがリボソームが主要な抗生物質標的である理由である。