原核生物のリボソーム大サブユニット

50 S は、細菌や古細菌などの原核生物の70S リボソームのより大きなサブユニットです。マクロライド、クロラムフェニコール、クリンダマイシン、およびプロイロムチリンなどの抗生物質の阻害部位です。5Sリボソーム RNAと23S リボソーム RNAが含まれます。

同じ沈降速度を持つにもかかわらず、細菌リボソームと古細菌リボソームはかなり異なる場合があります。

構造

50S は、真核細胞の60Sリボソームサブユニットとほぼ同等で、原核生物の70S リボソームのより大きなサブユニットです。50S サブユニットは主にタンパク質で構成されていますが、リボソーム RNA (rRNA)と呼ばれる一本鎖RNAも含まれています。rRNA は二次構造と三次構造を形成して構造を維持し、リボソームの触媒機能を実行します。

X 線結晶構造解析により、 Haloarcula marismortui (古細菌)の 50S の構造を2.4 Å の解像度で決定できる電子密度マップが得られました [1]。また、Deinococcus radiodurans (細菌) の 50S の構造を 3.3 Åの解像度で^決定できました^[2] 。大きなリボソームサブユニット (50S) は、小さなリボソームサブユニット ( 30S ) の約 2 倍の質量です。2000 年にThomas Steitz研究室とPeter Moore研究室のNenad Banと同僚によって決定された Hm 50S のモデルには、 23S rRNAの2923ヌクレオチドのうち 2711 個、5S rRNA の 122 ヌクレオチドすべて、および 31 個のタンパク質のうち 27 個の構造が含まれています^[1]。

リボソームRNA

23S の二次構造は6 つの大きなドメインに分かれており、その中でドメイン V はペプチジルトランスフェラーゼ ^[3]活性において最も重要です。各ドメインは通常の二次構造 (例: 塩基 3 重、テトラループ、クロスストランドプリンスタック) を持ち、三次構造でも高度に対称的です。タンパク質がヘリックス間に介在します。三次構造レベルでは、大サブユニット rRNA は単一の巨大なドメインですが、小サブユニットには 3 つの構造ドメインが含まれています。この違いは、大サブユニットの機能に必要な柔軟性が低いことを反映しています。コアは保存されていますが、周辺には拡張セグメントが収容されています。^[4]^[5]

細菌と古細菌の違い

古細菌メサノサーモバクター・サーモオートトロフィカスの50Sサブユニットのクライオ電子顕微鏡構造が決定された。50Sのサイズ/沈降速度と2つのrRNA数は共通しているが、23S拡張セグメントは真核生物とより多くの共通点がある。^[6]

高度好塩性の古細菌Halococcus morrhuae （ Euryarchaeota ; Stenosarchaea グループに分類）の天然 50S サブユニットのクライオ電子顕微鏡再構成が利用可能である。50S サブユニットは 5S rRNA に 108 ヌクレオチドの挿入を含み、 ^[7]サブナノメートル解像度では、親の標準的な 5S rRNA 構造に影響を与えることなく、4 方向接合部から出現することが観察されている。^[4]

これらの違いにより、古細菌の50Sは細菌の50Sを標的とする一部の抗生物質に対して感受性が低い。^[8]^[9]

関数

50S には、ペプチド結合形成 (ペプチジル転移反応)を触媒し、ポリペプチドの早期加水分解を防ぎ、G タンパク質因子の結合部位を提供し (開始、伸長、終結を補助)、合成後のタンパク質の折り畳みを助ける活性が含まれます。

ペプチジル転移反応を促進し、ペプチジル加水分解を防ぐ

50S がペプチジル転移反応を触媒し、ペプチジル加水分解を防ぐ方法について、誘導適合機構が明らかになりました。アミノアシルtRNAのアミノ基(A 部位に結合) がペプチジル tRNA のカルボニル基の炭素 (P 部位に結合) を攻撃し、最終的に、リボソーム A 部位に結合した A 部位 tRNA にエステル化された 1 つのアミノ酸によって延長されたペプチドと、P 部位の脱アシル化された tRNA を生成します。

A サイトが空いている場合、ヌクレオチド U2620 (E. coli U2585)、A2486 (2451)、および C2106 (2063) がカルボニル基を中央で挟み、A サイトに面する方向に強制します。この方向では、エステル基の平面からの最適攻撃角度が 105 度であるため、A サイトからの求核攻撃が防止されます。アクセプターステムに完全な CCA 配列を持つ tRNA が A サイトに結合すると、tRNA の C74 が U2590 (2555) とスタッキングすることでリボソームの構造変化が誘発され、U2541 (2506)、U2620 (2585) が G2618 (2583) を介して移動します。塩基の置換により、エステル基は A サイトからの求核攻撃を受けやすい新しい構造をとることができます。

A2486 (2451) のN3 (窒素) は、合成されるペプチド結合に最も近く、アミノアシル tRNA (A サイト) のアミノ基による求核攻撃を促進するための一般的な塩基として機能する可能性があります。A2486 (2451) の pKa は、アミノ基と水素結合して求核性を高めるために約 5 単位高くなっています。pKa の上昇は、電荷リレーメカニズムによって実現されます。A2486 (2451) は G2482 (G2447) と相互作用し、G2482 は A2486 (2450) の埋め込みリン酸と水素結合します。この埋め込みリン酸は、通常はまれな両方の塩基のイミノ互変異性体を安定化し、N3 の負電荷密度の増加をもたらします。

タンパク質の形成を助ける

開始、伸長、終結の後、リボソーム、mRNA、tRNAの終結後複合体の分解という4番目のステップがあり、これは次のラウンドのタンパク質合成の前提条件です。大リボソームサブユニットは、in vitroとin vivo の両方でタンパク質の折り畳みに役割を果たします。大リボソームサブユニットは、タンパク質折り畳みの疎水性崩壊ステップのための疎水性表面を提供します。新しく合成されたタンパク質は、折り畳むために大サブユニットに完全にアクセスできる必要があり、このプロセスには時間がかかることがあります（β-ガラクトシダーゼの場合は5分^{[引用が必要]}）。

参照

参考文献

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外部リンク

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https://web.archive.org/web/20110227235620/http://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_franceschi/franceschi-projects-50S-antibiotics.html
https://web.archive.org/web/20080206051722/http://www.riboworld.com/antib/50santib-eng.shtml
米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)の 23S+リボソーム+RNA
米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)の 5S+リボソーム+RNA

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