タンパク質合成ーー原核生物をモデルに

 

 タンパク質の合成はmRNAの情報にもとづいてリボソーム(ribosome)とよばれる細胞内粒子上で起こります。リボソームには二つのアミノ酸の間にペプチド結合を形成させるために必要な酵素があり、またmRNA結合部位やポリペプチド鎖を組み立てる準備段階としてアミノ酸を取り込み整列させる場所があります。  合成のメカニズムは、開始(initiation)、伸長(elongation)、終了(termination)の大きく3つに分けることができます。合成のメカニズムは原核細胞の合成系が最もよく理解されているので、これを説明します。  

 リボソームによるタンパク質合成ー詳しくはこの後の説明を読んでください

開始:  タンパク質合成が開始される前に、リボソームは大小2つのサブユニットに解離します。合成はこの解離した小サブユニット(30s)とmRNA分子、ホルミルメチオニル−tRNA、開始因子(Initiation factor)の3種のタンパク質およびグアノシン5’−三リン酸(GTP)の会合によって30s開始複合体(30s initiation complex)を形成することから始まります。このときの小サブユニットのmRNAとの結合位置ですが、開始コドンであるAUGコドンの近傍の特別な配列AGGAGGU(リボソーム結合位置)と、リボソームの16s rRNA分子の3’末端近くにある相補的な配列と塩基対をつくることで特定されます。  30s開始複合体の形成後、つづいて大サブユニット(50sサブユニット)がこの複合体に結合して、70s開始複合体(70s initiation complex)を形成します。50sサブユニットには二つのtRNA結合部位があり、それぞれP部位(ペプチジル部位:ホルミルメチオニル−tRNAがリボソーム上で結合している部位)、およびA部位(アミノアシル部位:後述)とよばれています。

伸長:   P部位にfMet-tRNAが結合すると、70s開始複合体のA部位には開始コドンの隣のコドンと対合するアンチコドンを持つtRNA分子が結合できるようになります。A部位にアシル化tRNAが結合(この反応は伸長因子(elongation facter)であるEF−TuとGTPを必要とします)すると、ペプチジルトランスフェラーゼ(peptidyl transferase)とよばれる酵素複合体(70sリボソーム自体が持っている活性)によってN‐ホルミルメチオニンとtRNAに結合したアミノ酸との間にペプチド結合が形成され、また、その際にN‐ホルミルメチオニンにはP部位のfMet-tRNAから切離されます。  ここでリボソーム上では、1)アミノ酸を放したP部位のtRNAはこの部位を離れる、2)ペプチジル‐tRNAがA部位からP部位に移動する、3)mRNAが3塩基分の距離だけ移動し、A部位には次のコドンが現れる、という3種類の動きがみられます。2)、3)の動きをトランスロケーション(translocation)と呼びます。mRNAの移動が起きるとA部位に次のコドンに対応するアンチコドンをもつアシル化‐tRNA分子が結合し、上記の過程が繰り返されてペプチド鎖が次々に長くなります。

停止:  ペプチド鎖の伸長が進行し、終始コドン(UAA,UAG,UGA)に到達すると、A部位に結合できるアシル化‐tRNAは存在しないため鎖の伸長は停止します。そしてこれらの停止信号を認識する開放因子が働いて、完成したペプチド鎖はリボソームを離れます。リボソームは再び小サブユニットと大サブユニットに解離し、新しいタンパク合成のために使われます。完成したペプチド鎖がリボソームを離れた後、ホルミル基(−CHO)は特異的な酵素により除かれ、多くの場合、末端のメチオニンも除かれます。 生体中にあるリボソームは、1分子のmRNAに何個も結合して、同時に効率よくタンパク質を合成しています。mRNAに結合したリボソーム群をポリソームと呼び、タンパク合成の速度は、100残基のポリペプチドでも5秒間で十分と言われています。

 

 

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分子細胞生物学