原核・真核生物翻訳の伸長と終結；翻訳の薬理学的阻害薬

🧠 翻訳伸長は「A部位への進入→ペプチド結合形成→1コドン分の転座」という3ステップのサイクルであり、アミノ酸1個の付加ごとに2分子のGTPを消費する。 終結はストップコドンを「読む」tRNAが存在しないため、代わりにリリースファクター RF/eRF リリースファクター（RF/eRF） RF/eRF（リリースファクター） がtRNA様の形をしてA部位に入り込むという巧妙な模倣により達成される。抗生物質antibiotics 抗生物質（antibiotics）antibiotics（抗生物質） の多くはこの伸長・終結サイクルの特定のステップ（小サブユニットsmall subunit 小サブユニット（small subunit）small subunit（小サブユニット） のA部位、大サブユニットのペプチド結合形成部位など）を狙い撃ちすることで細菌選択的にタンパク質合成を止める。

翻訳の3段階

翻訳は①開始、②伸長、③終結の3段階に分けられる。原核生物・真核生物とも、開始段階の最初のステップはtRNAiᴹᵉᵗとmRNAの小リボソームサブユニット ribosomal subunit リボソームサブユニット（ribosomal subunit） ribosomal subunit（リボソームサブユニット） への結合である。その後大リボソームサブユニット ribosomal subunit リボソームサブユニット（ribosomal subunit） ribosomal subunit（リボソームサブユニット） が複合体に加わり、ポリペプチド鎖の伸長が進む機能的リボソームを形成する。

mRNAは5′→3′方向に翻訳される。タンパク質はN→C方向に合成される。N末端はアミン基 amine group アミン基（amine group） amine group（アミン基） を持つ一端のアミノ酸残基 amino acid residueアミノ酸残基（amino acid residue） amino acid residue（アミノ酸残基）、C末端はカルボン酸基を持つもう一端のアミノ酸残基 amino acid residue アミノ酸残基（amino acid residue） amino acid residue（アミノ酸残基） である。

真核生物の伸長

開始後、ペプチジル鎖はmRNAの翻訳によるアミノ酸の段階的付加を開始する準備が整う。翻訳伸長因子 elongation factor 伸長因子（elongation factor） elongation factor（伸長因子） （EF）と呼ばれる一群の特殊タンパク質が鎖伸長の過程を実行するために必要である。

伸長の鍵となるステップは①次のコドンに相補的なtRNAを持つ各アミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） の進入＝ペプチド結合形成、②リボソームの移動（転座）——mRNAに沿って1度に1コドンずつ移動すること。

flowchart TD
  A["開始完了：tRNAiMetが組み立てられた80Sリボソームの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='P site'>P部位</span>に結合"] --> B["2番目の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aminoacyl-tRNA'>アミノアシルtRNA</span>が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='EF1α-GTP'>三者複合体</span>としてA部位へ進入"]
  B --> C["正しい<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aminoacyl-tRNA'>アミノアシルtRNA</span>-EF1α-GTP複合体が到着すればGTP加水分解→EF1α-GDP放出→tRNAが強固に結合"]
  C --> D["2番目のアミノ酸の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='amino group'>アミノ基</span>が開始tRNA上の活性化<span class='jp-term jp-term-diagram' title='methionine'>メチオニン</span>と反応→ペプチド結合形成（大サブユニットが触媒）"]
  D --> E["EF2-GTPのGTP加水分解がリボソームの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='conformational change'>構造変化</span>を引き起こす→1コドン分の転座"]
  E --> F["tRNAiMetがE部位へ、ペプチド結合tRNAが<span class='jp-term jp-term-diagram' title='P site'>P部位</span>へ移動"]
  F --> G["3番目のアミノ酸を担う<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ternary complex'>三者複合体</span>が開いたA部位に結合しサイクル再開"]

1. 開始完了時、tRNAiᴹᵉᵗは組み立てられた80SリボソームのP部位 P site P部位（P site） P site（P部位） に結合している。2番目のアミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） は三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） （アミノアシルtRNAaminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA）aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） ＋eEF1α＋GTP）としてリボソームへ運ばれA部位に結合する
2. 翻訳は正しいアミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） -EF1α-GTP複合体が到着した場合にのみ進行できる。到着すればGTPが加水分解され→EF1α-GDPの放出→tRNAが強固に結合する
3. 2番目のアミノ酸のアミノ基 amino group アミノ基（amino group） amino group（アミノ基） が、開始tRNA上の活性化メチオニン methionine メチオニン（methionine） methionine（メチオニン） と反応し、大サブユニットにより触媒されるペプチド結合を形成する
4. EF2-GTP中のGTP加水分解がリボソームにさらなる構造変化 conformational change 構造変化（conformational change） conformational change（構造変化） を引き起こし、mRNAに沿って1コドン分の転座をもたらし、tRNAiᴹᵉᵗをE部位へ、（結合ペプチドを持つ）tRNAをP部位 P site P部位（P site） P site（P部位） へシフトさせる
5. サイクルは、3番目のアミノ酸を担う三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） が今開いたA部位に結合することで再び始まる

→ EF1αとEF2の両方がGTP活性を持つため、成長中のペプチドに付加される各アミノ酸はGTP2分子を要する。

⚠️ 伸長の三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） と開始の三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） を混同しない。 開始で使われる三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） は「tRNAiᴹᵉᵗ＋GTP結合eIF2」だが、伸長で使われる三者複合体 ternary complex 三者複合体（ternary complex） ternary complex（三者複合体） は「アミノアシルtRNAaminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA）aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） ＋eEF1α（原核生物ではEF-Tu）＋GTP」である。運び屋のGTPaseがeIF2からeEF1αへ入れ替わる点が開始と伸長の分かれ目になる。

原核生物の伸長

基本的に真核生物と同じ過程だが、異なるEFを用いる（注：ここでの全てのEFも真核生物同様GTPを結合している＝同じ反応。重複記載は省略）。

1. 伸長はホルミルメチオニン formylmethionine (fMet) ホルミルメチオニン（formylmethionine (fMet)） formylmethionine (fMet)（ホルミルメチオニン） がP部位 P site P部位（P site） P site（P部位） に入ることで始まり、構造変化conformational change 構造変化（conformational change）conformational change（構造変化） を引き起こしA部位が新しいアミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） の結合のために開く——EF-Tu（EF1αと同じ）により促進される
2. ペプチド結合形成は原核生物の大サブユニット（50S）により触媒される
3. 転座はEF-G（EF2と同じ）により触媒され、ホルミルメチオニンformylmethionine (fMet) ホルミルメチオニン（formylmethionine (fMet)）formylmethionine (fMet)（ホルミルメチオニン） をE部位へ、（結合ペプチドを持つ）tRNAをP部位 P site P部位（P site） P site（P部位） へシフトさせる
4. ホルミルメチオニンformylmethionine (fMet) ホルミルメチオニン（formylmethionine (fMet)）formylmethionine (fMet)（ホルミルメチオニン） がリボソームから放出され、新しいtRNAがA部位を占めることができる

→ リボソームはmRNA上に終止コドン stop codon 終止コドン（stop codon） stop codon（終止コドン） （UAA、UGA、UAGのいずれか）に達するまで残りのコドンを翻訳し続ける。

真核生物の終結

終結は、mRNA-リボソーム-ペプチジルtRNA peptidyl-tRNA ペプチジルtRNA（peptidyl-tRNA） peptidyl-tRNA（ペプチジルtRNA） 複合体の運命を決定する高度に特異的な分子シグナルを必要とする。

そこで2種の特異的タンパク specific protein 特異的タンパク（specific protein） specific protein（特異的タンパク） 質リリースファクター release factor リリースファクター（release factor） release factor（リリースファクター） （RF）を持つ：

flowchart TD
  A["eRF1が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='stop codon'>終止コドン</span>を正確に認識"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='P site'>P部位</span>tRNAの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='peptidyl-tRNA'>ペプチジルtRNA</span>結合が切断→翻訳終結"]
  B --> C["完成タンパク質の放出→<span class='jp-term jp-term-diagram' title='P site'>P部位</span>に遊離tRNA、mRNAは80Sリボソームと会合したまま（A部位にeRF1+eRF3-GDP）"]
  C --> D["ABCE1タンパク質が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='post-translational'>翻訳後</span>終結複合体に結合、ATP加水分解でサブユニット分離+mRNA放出"]
  D --> E["eIF1・eIF1A・eIF3が40Sサブユニットへ再ロード→次の開始ラウンドへ"]

1. eRF1が終止コドン stop codon 終止コドン（stop codon） stop codon（終止コドン） を正確に認識する
2. P部位P site P部位（P site）P site（P部位） のtRNAのペプチジルtRNA peptidyl-tRNA ペプチジルtRNA（peptidyl-tRNA） peptidyl-tRNA（ペプチジルtRNA） 結合が切断され、翻訳の終結がもたらされる
3. 完成タンパク質の放出により、P部位P site P部位（P site）P site（P部位） に遊離tRNAが残り、mRNAはなお80Sリボソームと会合したまま（A部位にeRF1とeRF3-GDPが結合）となる
4. リボソームリサイクルは、この翻訳後 post-translational 翻訳後（post-translational） post-translational（翻訳後） 終結複合体がABCE1というタンパク質に結合されたときに起こる——ATP加水分解のエネルギーを用いてサブユニットを分離しmRNAを放出する → サブユニット分離にも必要な開始因子eIF1、eIF1A、eIF3が40Sサブユニットにロードされ、次の開始ラウンドの準備が整う

原核生物の終結

リボソームはより多くのアミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） がA部位に結合しながらmRNA上の残りのコドンを翻訳し続け、mRNA上の終止コドン stop codon 終止コドン（stop codon） stop codon（終止コドン） （UAA、UGA、UAG）に達する。

1. 終止コドンstop codon 終止コドン（stop codon）stop codon（終止コドン） がA部位へ移動する
2. 原核生物には終止コドン stop codon 終止コドン（stop codon） stop codon（終止コドン） を認識するtRNAが存在しないため、RF1またはRF2（リリースファクターrelease factorリリースファクター（release factor）release factor（リリースファクター））によって検出される
3. RFがtRNA-ペプチド中のエステル結合 ester bond エステル結合（ester bond） ester bond（エステル結合） の加水分解を引き起こし、合成されたタンパク質をリボソームから放出する
4. RF3（GTPase活性）がRF1とRF2の両方をリボソームから離脱させる
5. RRF（リボソームリサイクル因子、ribosome recycling factor）がリボソームリサイクルに関与し、mRNAとtRNAをリボソームから放出し、70Sを50Sと30Sへ解離させる

水分子の付加により、ペプチジルtRNApeptidyl-tRNA ペプチジルtRNA（peptidyl-tRNA）peptidyl-tRNA（ペプチジルtRNA） 複合体の加水分解がタンパク質とtRNAをP部位 P site P部位（P site） P site（P部位） から放出する。

翻訳の薬理学的阻害薬

多くの抗生物質 antibiotics 抗生物質（antibiotics） antibiotics（抗生物質） は細菌または真核生物リボソーム Eukaryotic ribosome 真核生物リボソーム（Eukaryotic ribosome） Eukaryotic ribosome（真核生物リボソーム） のサブユニットと相互作用することでタンパク質合成を阻害する。

小サブユニットsmall subunit 小サブユニット（small subunit）small subunit（小サブユニット） に干渉：

大サブユニットに干渉：

原核生物・真核生物共通：

まとめ

• 翻訳伸長はA部位への正しいアミノアシルtRNA aminoacyl-tRNA アミノアシルtRNA（aminoacyl-tRNA） aminoacyl-tRNA（アミノアシルtRNA） 進入（EF1α/EF-Tu、GTP消費）→ペプチド結合形成（大サブユニットのペプチジル転移酵素 peptidyl transferase ペプチジル転移酵素（peptidyl transferase） peptidyl transferase（ペプチジル転移酵素） 活性）→転座（EF2/EF-G、GTP消費）という3ステップのサイクルであり、アミノ酸1個あたり2GTPを要する。
• 終結はストップコドンを認識するtRNAが存在しないため、tRNA様の形をしたリリースファクター release factor リリースファクター（release factor） release factor（リリースファクター） （真核生物eRF1/eRF3、原核生物RF1・RF2・RF3）が代わりにA部位へ結合し、ペプチジルtRNApeptidyl-tRNA ペプチジルtRNA（peptidyl-tRNA）peptidyl-tRNA（ペプチジルtRNA） 結合を加水分解する。
• 真核生物ではABCE1がATP依存性にリボソームサブユニット ribosomal subunit リボソームサブユニット（ribosomal subunit） ribosomal subunit（リボソームサブユニット） を分離・リサイクルし、原核生物ではRRFが70Sを50S/30Sへ解離させる。
• 多くの抗生物質 antibiotics 抗生物質（antibiotics） antibiotics（抗生物質） は小サブユニット small subunit 小サブユニット（small subunit） small subunit（小サブユニット） （テトラサイクリン、ストレプトマイシンstreptomycin ストレプトマイシン（streptomycin）streptomycin（ストレプトマイシン） 等）または大サブユニット（クロラムフェニコールchloramphenicolクロラムフェニコール（chloramphenicol）chloramphenicol（クロラムフェニコール）、エリスロマイシンerythromycin エリスロマイシン（erythromycin）erythromycin（エリスロマイシン） 等）の特定の機能部位 eloquent area 機能部位（eloquent area） eloquent area（機能部位） を標的とし、細菌選択的にタンパク質合成を阻害する。