翻訳と遺伝暗号

リボソームがメッセンジャーRNAを3つの塩基単位で読み取り、対応するタンパク質を構築する仕組み、および遺伝暗号がコドンをアミノ酸にどのように対応させるかについて。

Definition

翻訳とは、リボソームが触媒する、メッセンジャーRNAのコドン配列からのポリペプチド合成のことです。遺伝暗号とは、ヌクレオチドの三つ組（コドン）が、タンパク質を定義するアミノ酸と終止シグナルをどのように指定するかを定める一連の規則のことです。

Scope

この分野では、mRNAからタンパク質へのデコードと、それを支えるコードについて扱います。遺伝暗号とその特性、リボソームの構造と触媒的役割、トランスファーRNAとそれをチャージするアミノアシルtRNA合成酵素、そして翻訳の開始、伸長、終結の各段階が含まれます。翻訳後修飾とフォールディングは、ここでは詳しく扱わず、関連分野として言及するに留めます。

Sub-topics

• Ribosome Structure and Function
• The Genetic Code
• Stages of Translation
• Transfer RNA and Aminoacylation

Core questions

• ヌクレオチドの三つ組はどのように特定のアミノ酸に対応付けられるのか？
• リボソームの構造はどのようなもので、どのようにペプチド結合形成を触媒するのか？
• トランスファーRNAはどのようにして正しいアミノ酸を正しいコドンに運ぶのか？
• 翻訳はどのように正確に開始、伸長、停止するのか？

Key theories

三つ組でほぼ普遍的な遺伝暗号

各アミノ酸は1つまたは複数の3ヌクレオチドコドンによって指定され、このコードは縮重しており、生命全体で広く共有されています。これは、最初のコドンを解読した無細胞合成実験によって確立されました。

セントラルドグマ — RNAからタンパク質へ

翻訳は、セントラルドグマのタンパク質指示段階を実現し、mRNAによって運ばれる配列情報をタンパク質のアミノ酸配列に変換します。

Mechanisms

アミノアシルtRNA合成酵素は、それぞれのアミノ酸を、対応するmRNAコドンとアンチコドンが一致するコグネイトtRNAに結合させます。小さなリボソームサブユニットは、開始因子とともに開始コドンを特定します。その後、大きなサブユニットが結合し、リボソームはコドンごとに移動し、その触媒中心で伸長中の鎖と各アミノアシルtRNAとの間にペプチド結合形成を触媒します。伸長因子はtRNAを供給し、転位を促進し、放出因子は終止コドンを認識して完成したタンパク質を解放します。

Clinical relevance

翻訳装置は、細菌とヒトのリボソームの違いを利用する多くの抗生物質の標的であり、コード読み取りエラーやtRNAの欠陥は疾患の一因となります。これは重要性として述べられており、臨床的な指針ではありません。

History

遺伝暗号は、1960年代初頭から中頃にかけて、ニーレンバーグとマタイによる合成RNAを用いた無細胞合成と、コラナらによるコドン割り当ての研究を通じて解読されました。その後のリボソームの構造研究により、それがリボザイムであることが明らかになり、翻訳に関する現代の理解が完成しました。

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Francis Crick
• Har Gobind Khorana
• Ada Yonath

Seminal works

• nirenberg1961
• crick1970
• watson2013

Frequently asked questions

なぜ遺伝暗号は縮重していると呼ばれるのですか？

ほとんどのアミノ酸は複数のコドンによって指定されるため、いくつかの異なる三つ組が同じアミノ酸をコードできるからです。

遺伝暗号はすべての生物で同じですか？

ほぼ普遍的であり、ほとんどの生命体で同じコドン割り当てがなされていますが、一部の細胞小器官や生物ではわずかな変異が用いられています。