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アミノアシル tRNA ( aa-tRNAまたは荷電 tRNAとも呼ばれる) は、対応するアミノ酸が化学的に結合している (荷電している) tRNAです。aa-tRNA は、特定の伸長因子とともに、アミノ酸をリボソームに送り、翻訳中に生成される ポリペプチド鎖に組み込みます。
アミノ酸は単独では、成長中のポリペプチド鎖内でペプチド結合を形成するために必要な基質ではありません。代わりに、アミノ酸はtRNAで「荷電」またはアミノアシル化されて、それぞれのaa-tRNAを形成する必要があります。[1]すべてのアミノ酸には、固有のアミノアシルtRNAシンテターゼがあり、それが特異的、つまり「同族」のtRNAに化学的に結合するために使用されます。tRNAとその同族アミノ酸のペアリングは非常に重要です。これは、tRNAのアンチコドンに一致する特定のアミノ酸のみが、ひいてはmRNAのコドンに一致することが、タンパク質合成中に使用されることを保証するためです。
間違ったアミノ酸がポリペプチド鎖に組み込まれる翻訳エラーを防ぐために、進化はaa-tRNA合成酵素の校正機能を提供しました。これらのメカニズムは、アミノ酸とその同族tRNAの適切なペアリングを保証します。[2]適切なtRNA基質で誤ってアシル化されたアミノ酸は、aa-tRNA合成酵素が持つ脱アシル化メカニズムによって加水分解されます。[3]
遺伝コードの縮重により、複数の tRNA は同じアミノ酸を持ちますが、アンチコドンが異なります。これらの異なる tRNA はアイソアクセプターと呼ばれます。特定の状況下では、非同族アミノ酸がチャージされ、誤ってチャージされた tRNA または誤ってアミノアシル化された tRNA が生成されます。これらの誤ってチャージされた tRNA は、誤ったタンパク質合成を防ぐために加水分解する必要があります。
aa-tRNA は主にタンパク質合成中に mRNA コーディング鎖とコード化ポリペプチド鎖の間の中間リンクとして機能しますが、aa-tRNA は他のいくつかの生合成経路でも機能することがわかっています。aa-tRNA は、細胞壁、抗生物質、脂質、タンパク質分解の生合成経路の基質として機能することがわかっています。
aa-tRNAは脂質の修飾や抗生物質の生合成に必要なアミノ酸の供与体として機能することが分かっています。例えば、微生物の生合成遺伝子クラスターは、非リボソームペプチドやその他のアミノ酸含有代謝物の合成にaa-tRNAを利用する可能性があります。[4]
合成
アミノアシル tRNA は 2 つの段階で生成されます。まず、アミノ酸のアデニル化により、アミノアシル AMP が形成されます。
- アミノ酸 + ATP → アミノアシルAMP + PP i
次に、アミノ酸残基が tRNA に転送されます。
- アミノアシル-AMP + tRNA → アミノアシル-tRNA + AMP
全体的な反応は次のとおりです。
- アミノ酸 + ATP + tRNA → アミノアシルtRNA + AMP + PP i
反応全体がエネルギー的に有利なのは、ピロリン酸（PPi）が後で加水分解されるためです。ピロリン酸を2分子の無機リン酸（Pi）に加水分解する反応はエネルギー的に非常に有利であり、他の2つの反応を駆動します。これらの非常にエネルギーを消費する反応は、そのアミノ酸に特異的なアミノアシルtRNA合成酵素内で起こります。[5] [6]
安定性と加水分解
aa-tRNA の安定性に関する研究では、tRNA 自体の配列ではなく、アシル (またはエステル) 結合が最も重要な因子であることが示されています。この結合は、アミノ酸のカルボキシル基を対応する tRNA の末端 3'-OH 基に化学的に結合するエステル結合です。[7]特定の aa-tRNA のアミノ酸部分がその構造的完全性を提供することが発見されました。tRNA 部分は、ほとんどの場合、アミノ酸が成長中のポリペプチド鎖に組み込まれる方法と時期を決定します。[8]
異なる aa-tRNA は、アミノ酸と tRNA 間のエステル結合の加水分解に対する擬一次速度定数が異なります。[9]このような観察は、主に立体効果によるものです。立体障害は、アミノ酸の特定の側鎖グループによって提供され、エステルカルボニルに対する分子間攻撃を阻害するのに役立ちます。これらの分子間攻撃は、エステル結合の加水分解の原因となります。
分岐鎖アミノ酸と脂肪族アミノ酸（バリンとイソロイシン）は、合成時に最も安定したアミノアシルtRNAを生成することが証明されており、加水分解安定性が低いアミノ酸（例えばプロリン）よりも半減期が著しく長い。バリンおよびイソロイシンアミノ酸の立体障害は、側鎖のβ炭素上のメチル基によって生成される。全体として、結合したアミノ酸の化学的性質が、aa-tRNAの安定性を決定する。[10]
ナトリウム、カリウム、マグネシウム塩によるイオン強度の上昇は、aa-tRNAアシル結合を不安定化させることが示されています。pHの上昇も結合を不安定化し、アミノ酸のα炭素アミノ基のイオン化を変化させます。荷電アミノ基は、誘導効果を介してaa-tRNA結合を不安定化する可能性があります。[11]伸長因子EF-Tuは、弱いアシル結合が加水分解されるのを防ぐことで結合を安定化させることが示されています。[12]
全体として、エステル結合の実際の安定性は、生理学的pHとイオン濃度での体内でのaa-tRNAの加水分解に対する感受性に影響を与えます。アミノアシル化プロセスによって安定したaa-tRNA分子が生成されることは熱力学的に有利であり、それによってポリペプチド合成の加速と生産性が向上します。[13]
薬物標的
テトラサイクリンなどの特定の抗生物質は、原核生物のリボソームサブユニットへのアミノアシルtRNAの結合を阻害します。テトラサイクリンは、翻訳中に原核生物リボソームの受容体（A）部位内でのaa-tRNAの付着を阻害すると考えられています。テトラサイクリンは、広域スペクトルの抗生物質と考えられており、これらの薬剤は、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方、およびその他の非定型微生物の増殖を阻害する能力を示します。
さらに、TetMタンパク質（P21598）は、通常そのような作用を阻害するテトラサイクリンで濃縮されているにもかかわらず、アミノアシルtRNA分子がリボソーム受容体部位に結合することを可能にすることがわかった。TetMタンパク質はリボソーム保護タンパク質と見なされ、リボソームに依存するGTPase活性を示す。研究では、TetMタンパク質の存在下ではテトラサイクリンがリボソームから放出されることが実証されている。したがって、テトラサイクリン分子によって妨げられなくなるため、リボソームのA部位へのaa-tRNAの結合が可能になる。[14] TetOはTetMと75％類似しており、どちらもEF-Gと約45％の類似性がある。大腸菌リボソームと複合体を形成したTetMの構造は解明されている。[15]
参照
参考文献
- ^ Peacock JR、Walvoord RR、 Chang AY、Kozlowski MC、Gamper H 、Hou YM (2014 年 6 月) 。「アミノアシル tRNA のアシル結合のアミノ酸依存性安定性」。RNA。20 ( 6 ): 758–64。doi :10.1261/rna.044123.113。PMC 4024630。PMID 24751649。
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