リボソームと翻訳

翻訳とは、リボソームがメッセンジャーRNAのコドンを読み取り、対応するアミノ酸鎖を組み立てる過程である。リボソームは、リボソームRNAとタンパク質からなる大きな複合体であり、mRNAを解読する小サブユニットと、ペプチド結合形成を触媒する大サブユニットに組織されている。構造研究により、この触媒作用はリボソームRNAによって行われることが示され、リボソームはリボザイムであることが明らかになった。

Definition

翻訳とは、リボソームが介在するポリペプチド合成であり、転移RNAが連続するmRNAコドンに対応するアミノ酸を運び、リボソームのRNAコアがそれらの間にペプチド結合形成を触媒する。

Scope

このトピックでは、リボソームとそのサブユニットの構造、翻訳の3つの段階（開始、伸長、終結）、転移RNAの役割と遺伝暗号、そして遺伝子発現の制御点としての翻訳開始の調節について扱う。これは分子生物学の参考文献であり、臨床的な助言を与えるものではない。

Core questions

• mRNAコドンはどのようにして正しいアミノ酸と対応付けられるのか？
• リボソームの小サブユニットと大サブユニットの役割は何か？
• 翻訳の開始と終結はどのように定義されるのか？
• なぜ開始が翻訳の主要な調節段階なのか？

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とリボソームタンパク質
• A、P、EのtRNA結合部位
• 転移RNAとアミノアシル化
• 遺伝暗号とコドン-アンチコドン対合
• 開始、伸長、終結
• ペプチジル転移酵素中心
• キャップ依存性翻訳開始

Key theories

リボザイムとしてのリボソーム

大サブユニットの高分解能構造は、ペプチジル転移酵素中心にタンパク質ではなくリボソームRNAのみを配置しており、ペプチド結合形成がRNAによって触媒されるという見解を支持し、RNAワールド起源の翻訳と一致する。

Mechanisms

リボソームは、小サブユニットが開始コドンと開始転移RNAを配置してmRNA上に集合する。真核生物では、このキャップ依存性開始が主要な調節段階であり、開始因子（Sonenberg & Hinnebusch, 2009）によって制御される。伸長中、アミノアシルtRNAがA部位に入り、大サブユニットのペプチジル転移酵素中心がペプチド結合を形成し、リボソームが転座することで鎖はコドンごとに伸長する。構造研究により、この触媒活性はリボソームRNAに局在することが示された（Nissen et al., 2000）。放出因子による終止コドンの認識は合成を終結させ、完成したポリペプチドを解放し、それはその配列に従って折りたたまれる（Anfinsen, 1973）。

Clinical relevance

翻訳は細胞がどのタンパク質をどの程度作るかを決定するため、その調節は正常な細胞増殖にとって中心的であり、いくつかの抗生物質は細菌のリボソームを標的とすることで作用する。この項目では、そのメカニズムと一般的な意義について記述しており、薬剤選択や患者ケアの指針ではない。

History

翻訳の概要、遺伝暗号、およびtRNAのアダプターとしての役割は、20世紀半ばの分子生物学を通じて確立された。2000年頃のリボソームサブユニットの原子分解能結晶構造、特にRNAが触媒コアを形成することの証明（Nissen et al., 2000）は、リボソームの機能に関する理解を大きく変え、2009年のノーベル化学賞によって認められた。

Key figures

• Thomas Steitz
• Venkatraman Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Nahum Sonenberg

Seminal works

• nissen-2000
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

転写と翻訳の違いは何ですか？

転写はDNA遺伝子をメッセンジャーRNAにコピーするものであり、翻訳はリボソーム上でそのメッセンジャーRNAを読み取り、対応するタンパク質を構築するものです。翻訳はタンパク質を生成する段階です。

なぜリボソームはリボザイムと呼ばれるのですか？

アミノ酸間のペプチド結合を形成する触媒部位がタンパク質ではなくリボソームRNAから構築されているため、リボソームはRNA酵素、すなわちリボザイムと呼ばれます。