DNA翻訳：真核生物と原核生物でのプロセス - 生物学 - 2025

DNAの翻訳は、転写中に生成されたメッセンジャーRNAに含まれる情報（RNAとしてのDNA配列の情報のコピー）がタンパク質合成によってアミノ酸配列に「翻訳」されるプロセスです。

細胞の観点から見ると、遺伝子発現は、転写と翻訳という2つのステップで発生する比較的複雑な問題です。

リボソームを介したRNAの翻訳（出典：LadyofHats / Public domain、via Wikimedia Commons）

発現されるすべての遺伝子（ペプチド配列、つまりタンパク質をコードしているかどうかに関係なく）は、最初に、DNAシーケンスに含まれる情報をメッセンジャーRNA（mRNA）分子に、転写。

転写は、RNAポリメラーゼとして知られる特別な酵素によって達成されます。これは、遺伝子のDNAの相補鎖の1つを「プレmRNA」分子の合成用のテンプレートとして使用し、その後処理されて成熟mRNAを形成します。

タンパク質をコードする遺伝子の場合、成熟したmRNAに含まれる情報が「読み取られ」、遺伝コードに従ってアミノ酸に変換されます。これにより、どのコドンまたはヌクレオチドのトリプレットが特定のアミノ酸に対応するかが特定されます。

したがって、タンパク質のアミノ酸配列の仕様は、遺伝子に対応するDNA内の窒素塩基の最初の配列に依存し、次に核からサイトゾル（真核細胞内）にこの情報を運ぶmRNA内に依存します。mRNA誘導タンパク質合成としても定義されるプロセス。

DNAとRNAを構成する4つの窒素塩基の組み合わせは64通りあり、アミノ酸は20しかないとすれば、アミノ酸は異なるトリプレット（コドン）でコード化できるため、遺伝暗号は「縮退」していると言われています（アミノ酸メチオニンは例外で、これは固有のAUGコドンによってコード化されています）。

真核生物の翻訳（ステッププロセス）

動物の真核細胞とその一部の図（出典：ウィメディアコモンズ経由のアレハンドロポルト）

真核細胞では、核で転写が行われ、サイトゾルで翻訳が行われるため、最初のプロセスで形成されるmRNAは、核から細胞が存在するサイトゾルへの情報の輸送にも関与します。生合成機構（リボソーム）。

真核生物での転写と翻訳の区画化は核にも当てはまることを述べることは重要ですが、葉緑体やミトコンドリアなどの原核生物と同様のシステムを持つ独自のゲノムを持つオルガネラについては同じではありません。

真核細胞はまた、小胞体の膜に付着した細胞質リボゾーム（ラフな小胞体）を持ちます。そこでは、細胞膜に挿入される運命にある、または前記コンパートメントで起こる翻訳後処理を必要とするタンパク質の翻訳が起こります。 。

-翻訳前のmRNAの処理

mRNAは転写されるときに、その末端が修飾されます。

-mRNAの5 '末端が転写中にRNAポリメラーゼIIの表面から出現すると、ヌクレオチドに接続されている7-メチルグアニル酸で構成される「フード」を合成する酵素のグループによってすぐに「攻撃」されます。 5 '、5'三リン酸結合を介したmRNAの末端。

-mRNAの3 '末端はエンドヌクレアーゼによって「切断」され、アデニン残基（100から250）の「ストリング」または「テール」が付加された3'遊離ヒドロキシルグループが生成されます。ポリ（A）ポリメラーゼ酵素によって一度に1つ。

「5フード」および「ポリAテール」は、分解に対するmRNA分子の保護の機能を果たし、さらに、細胞質ゾルへの成熟した転写物の輸送、および細胞質の開始と終了の機能を果たします。それぞれ翻訳。

C orthおよびスプライシング

転写後、核にまだ存在する2つの修飾された末端を持つ「プライマリ」mRNAは、「スプライシング」プロセスを経て、イントロン配列が一般的に除去され、結果として生じるエクソンが結合されます（転写後処理）。これにより、核を離れてサイトゾルに到達する成熟した転写物が得られます。

スプライシングは、5つの小さなリボ核タンパク質とRNA分子で構成される、スプライセオソーム（spliceosome anglicism）と呼ばれるリボタンパク質複合体によって実行されます。これらのリボ分子は、一次転写産物から削除される領域を「認識する」ことができます。

多くの真核生物には「オルタナティブスプライシング」として知られる現象があります。これは、転写後の修飾の種類が異なると、配列のいくつかの面で互いに異なるタンパク質やアイソザイムを生成できることを意味します。

-リボソーム

成熟した転写産物が核を離れ、細胞質ゾルでの翻訳のために輸送されると、RNA分子に関連するタンパク質の複合体からなるリボソームと呼ばれる翻訳複合体によって処理されます。

リボソームは、「大」と「小」の2つのサブユニットで構成され、サイトゾル内で自由に解離し、翻訳されるmRNA分子に結合または結合します。

リボソームとmRNAの間の結合は、リボソームタンパク質（リボソームRNAまたはrRNAおよびトランスファーRNAまたはtRNA）に関連する特殊なRNA分子に依存し、それぞれに特定の機能があります。

TRNAは分子「アダプター」です。なぜなら、一端から成熟mRNAの各コドンまたはトリプレットを（塩基相補性によって）「読み取る」ことができ、もう一方を介して「読み取り」コドンによってコードされるアミノ酸に結合できるためです。

一方、rRNA分子は、新生ペプチド鎖の各アミノ酸の結合プロセスを加速（触媒）する役割を果たします。

成熟した真核生物のmRNAは、細胞が示す回数だけ、多くのリボソームで「読み取る」ことができます。言い換えれば、同じmRNAが同じタンパク質の多くのコピーを生じさせる可能性があります。

開始コドンとリーディングフレーム

成熟mRNAにリボソームサブユニットが接近すると、リボタンパク質複合体は、常にAUGであり、メチオニン残基の導入を含む開始コドンが見つかるまで、前記分子の配列を「スキャン」します。

AUGコドンは、各遺伝子のリーディングフレームを定義し、さらに、自然に翻訳されるすべてのタンパク質の最初のアミノ酸を定義します（このアミノ酸は、多くの場合、翻訳後に除去されます）。

停止コドン

その他の3つのコドンは、UAA、UAG、UGAの3つの翻訳停止を引き起こすものとして識別されています。

アミノ酸をコードするトリプレット内の窒素含有塩基の変化を含み、停止コドンをもたらすこれらの変異は、短いタンパク質を形成する合成プロセスの早期停止を引き起こすため、ナンセンス変異として知られています。

翻訳されていない地域

成熟したmRNA分子の5 '端近くには、「リーダー」配列とも呼ばれる非翻訳領域（UTR）があり、最初のヌクレオチドと翻訳開始コドン（ 8月）。

これらの非翻訳UTR領域には、リボソームとの結合のための特定の部位があり、たとえば、ヒトでは約170ヌクレオチドの長さです。その中には、調節領域、調節に機能するタンパク質結合部位があります。翻訳など

-翻訳の開始

翻訳と転写は、開始フェーズ、伸長フェーズ、最後に終了フェーズの3つのフェーズで構成されます。

開始

これは、mRNA上の翻訳複合体のアセンブリで構成されており、リボソームの小さなサブユニットに開始因子（IF）IF1、IF2、IF3と呼ばれる3つのタンパク質が結合するメリットがあります。

次に、開始因子と小さなリボソームサブユニットによって形成される「開始前」複合体は、メチオニン残基を「運ぶ」tRNAと結合し、この分子のセットは開始コドン近くのmRNAに結合します。 8月。

これらのイベントにより、mRNAが大きなリボソームサブユニットに結合し、開始因子が放出されます。大きなリボソームサブユニットには、tRNA分子の3つの結合サイトがあります。Aサイト（アミノ酸）、Pサイト（ポリペプチド）、およびEサイト（出口）です。

サイトAは、翻訳されるmRNAのアンチコドンと相補的なアミノアシルtRNAのアンチコドンに結合します。Pサイトは、アミノ酸がtRNAから新生ペプチドに転送される場所であり、Eサイトは、アミノ酸が送達された後にサイトゾルに放出される前に「空の」tRNAで見つかる場所です。

翻訳開始および伸長フェーズのグラフィック表現（出典：Jordan Nguyen / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)、Wikimedia Commons経由）

伸長

このフェーズは、mRNA分子に沿ったリボソームの「動き」と、「読み取り」である各コドンの翻訳から構成されます。これは、出生時のポリペプチド鎖の成長または伸長を意味します。

このプロセスには、伸長因子Gと呼ばれる因子と、GTPの形のエネルギーが必要です。これは、mRNA分子が翻訳されるときに、それに沿って伸長因子が移動する原因となります。

リボソームRNAのペプチジルトランスフェラーゼ活性により、鎖に付加される連続したアミノ酸間のペプチド結合の形成が可能になります。

終了

リボソームが終止コドンのいずれかに遭遇すると、翻訳が終了します。tRNAはこれらのコドンを認識しないためです（アミノ酸はコードしていません）。放出因子として知られているタンパク質も結合し、リボソームからのmRNAの分離とそのサブユニットの解離を促進します。

原核生物の翻訳（ステップ-プロセス）

原核生物では、真核細胞と同様に、タンパク質合成の原因となるリボソームが細胞質ゾルに見られます（これは転写機構にも当てはまります）。これにより、タンパク質の細胞質ゾル濃度が急速に増加しますそれをコードする遺伝子の発現が増加するとき。

これらの生物では非常に一般的なプロセスではありませんが、転写中に生成された一次mRNAは、「スプライシング」によって転写後成熟を受ける可能性があります。ただし、最も一般的なのは、対応するDNA配列から転写されると同時に、一次転写産物に翻訳されるリボソームを観察することです。

上記を考慮すると、mRNAの3 '末端はテンプレートDNAに付着したままなので（そして転写と同時に発生するため）、多くの原核生物での翻訳は5'末端から始まります。

翻訳されていない地域

原核細胞は、「Shine-Dalgarnoボックス」として知られている非翻訳領域を持つmRNAも生成し、そのコンセンサス配列はAGGAGGです。明らかなように、細菌のUTR領域は、真核細胞のものよりもかなり短いですが、翻訳中に同様の機能を発揮します。

処理する

細菌や他の原核生物では、翻訳プロセスは真核細胞のプロセスと非常に似ています。また、開始、伸長、終了の3つのフェーズで構成されます。これらは、真核生物が使用するものとは異なり、特定の原核因子に依存します。

たとえば、伸長は、真核生物のG因子ではなく、EF-TuやEF-Tなどの既知の伸長因子に依存します。

参考文献

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