原核生物の大きなリボソームサブユニット
Haloarcula marismortui由来の50Sサブユニットの原子構造。タンパク質は青、2本のRNA鎖はオレンジと黄色で示されている。[ 1 ]サブユニット中央の小さな緑色の部分が活性部位である。
リボソームの50S大サブユニットの原子構造。30S小サブユニットに面している。タンパク質は青、RNAは黄土色で示されている。活性部位であるアデニン2486は赤で強調表示されている。画像はPDB : 3CC2​からPyMolを用いて作成した。

50Sは、原核生物（細菌および古細菌）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、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、細菌のリボソームと古細菌のリボソームはかなり異なる場合があります。

構造

50Sサブユニットは、真核細胞の60Sリボソームサブユニットにほぼ相当し、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、リボソームの構造を維持し、触媒機能を担います。

X線結晶構造解析により、 Haloarcula marismortui（古細菌）の50Sサブユニットの構造を2.4Åの分解能で決定する電子密度マップが得られました[ 1 ] 。また、 Deinococcus radiodurans（細菌）の50Sサブユニットの構造を3.3Åの分解能で決定することができました[ 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ら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ヌクレオチド、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、その中でもドメインVはペプチジルトランスフェラーゼ活性において最も重要です[ 3 ]。各ドメインは通常の二次構造（例えば、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、三次構造においても高度な対称性を有し、タンパク質がヘリックス間に介在しています。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あるのに対し、小サブユニットは3つの構造ドメインを含んでいます。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。大サブユニットのコア部分は保存されていますが、周辺部には拡張セグメントが存在します[ 4 ] [ 5 ] 。

細菌と古細菌の違い

古細菌メタンサーモバクター・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サブユニットのサイズ／沈降速度、および2つのrRNA数は真核生物と共通しているが、23S拡張セグメントは真核生物との共通点が多い。[ 6 ]

高度好塩性古細菌Halococcus morrhuae （ユーリアーキオータ、ステノサルカエア群に分類）の天然50Sサブユニットのクライオ電子顕微鏡（CREM）再構成像が公開されている。50Sサブユニットは5S rRNAに108ヌクレオチドの挿入を有しており[ 7 ]、サブナノメートル解像度では、親細菌の標準的な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してい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、終結を支援)、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

50Sがペプチジル転移反応を触媒し、ペプチジルの加水分解を防ぐ誘導適合機構が明らかになった。アミノアシルtRNA （A部位に結合）のアミノ基がペプチジルtRNA（P部位に結合）のカルボニル基の炭素を攻撃し、最終的にA部位に1つのアミノ酸がエステル化されたペプチドがリボソームA部位に結合したtRNAと、P部位に脱アシル化されたtRNAを生成する。

A部位が空いている場合、ヌクレオチドU2620（大腸菌U2585）、A2486（2451）、およびC2106（2063）がカルボニル基を挟み込み、A部位に面する向きに強制する。この向きにすることで、エステル基の平面からの最適攻撃角度が105度となるため、A部位からの求核攻撃を防ぐことができる。受容体ステムに完全なCCA配列を持つtRNAがA部位に結合すると、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起こり、U2541（2506）、U2620（2585）がG2618（2583）を介して移動する。塩基の置換によって、エステル基はA部位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る。

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部位) 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と考えられます。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単位高く設定されています。pKaの上昇は電荷リレー機構によって達成されます。A2486 (2451) はG2482 (G2447) と相互作用し、G2482はA2486 (2450) の埋もれたリン酸と水素結合します。この埋もれたリン酸は、通常は稀な両塩基のイミノ互変異性体を安定化させ、N3の負電荷密度を増加させます。

タンパク質の組み立て

開始、伸長、終結の後、リボソーム、 mRNA、tRNAからなる終結後複合体の分解という第4段階があり、これは次のタンパク質合成サイクルの前提条件となります。リボソームの大サブユニットは、in vitroおよびin vivoの両方でタンパク質のフォールディングに役割を果たします。リボソームの大サブユニットは、タンパク質フォールディングの疎水性崩壊段階に必要な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、フォールディングする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、このプロセスにはある程度の時間（β-ガラクトシダーゼの場合は5分）を要する場合があります。

参照

参考文献

  1. ^ a b c Nissen, P.; Hansen, J.; Ban, N.; Moore, P.; Steitz, T. (2000). 「2.4Å分解能におけるリボソーム大サブユニットの完全な原子構造」. Science . 289 (5481): 905– 920. Bibcode : 2000Sci...289..905B . CiteSeerX  10.1.1.58.2271 . doi : 10.1126/science.289.5481.905 . PMID  10937989 .
  2. ^ Schluenzen, F.; Tocilj, A.; Zarivach, R.; Harms, J.; Gluehmann, M.; Janell, D.; Bashan, A.; Bartels, H.; Agmon, I.; Franceschi, F.; Yonath, A. (2000). 「3.3Å分解能での構造：機能的に活性化された小リボソームサブユニット」 . Cell . 102 (5): 615– 623. doi : 10.1016/S0092-8674(00)00084-2 . PMID 11007480 . 
  3. ^ Tirumalai MR, Rivas M, Tran Q, Fox GE (2021年11月10日). 「ペプチジルトランスフェラーゼセンター：過去への窓」 . Microbiol Mol Biol Rev. 85 ( 4) e00104-21: e0010421. Bibcode : 2021MMBR...85...21T . doi : 10.1128/MMBR.00104-21 . PMC 8579967. PMID 34756086 .  
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  5. ^ Penev PI, Fakhretaha-Aval S, Patel VJ, Cannone JJ, Gutell RR, Petrov AS, Williams LD, Glass JB (2020年8月). 「アスガルド古細菌における超大型リボソームRNA伸展セグメント」 . Genome Biology and Evolution . 12 (10): 1694– 1710. doi : 10.1093/gbe/ evaa170 . PMC 7594248. PMID 32785681 .  
  6. ^ Greber, Basil J.; Boehringer, Daniel; Godinic-Mikulcic, Vlatka; Crnkovic, Ana; Ibba, Michael; Weygand-Durasevic, Ivana; Ban, Nenad (2012年5月). 「開始因子6と複合体を形成した古細菌50Sリボソームサブユニットのクライオ電子顕微鏡構造とリボソーム進化への示唆」 . Journal of Molecular Biology . 418 ( 3–4 ): 145– 160. doi : 10.1016/j.jmb.2012.01.018 . PMC 3879142. PMID 22306461 .  
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  9. ^ Thombre, Rebecca S.; Shinde, Vinaya; Thaiparambil, Elvina; Zende, Samruddhi; Mehta, Sourabh (2016年9月13日). 「銀ナノ粒子の高度好塩性古細菌に対する抗菌活性と阻害メカニズム」 . Frontiers in Microbiology . 7 : 1424. doi : 10.3389/fmicb.2016.01424 . PMC 5020055. PMID 27679615.本研究で使用した好塩性古細菌は、ナリジクス酸、ストレプトマイシン、ゲンタマイシン、テトラサイクリン、エリスロマイシン、クロラムフェニコール、セファロチン、およびクリンダマイシンに耐性を示した。  
  • Nissen, P.; Hansen, J.; Ban, N.; Moore, P.; Steitz, T. (2000). 「ペプチド結合合成におけるリボソーム活性の構造的基盤」. Science . 289 (5481): 920– 929. Bibcode : 2000Sci...289..920N . doi : 10.1126/science.289.5481.920 . PMID  10937990 .
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  • Basu, A.; Ghosh, J.; Bhattacharya, A.; Pal, S.; Chowdhury, S.; DasGupta, C. (2003). 「折り畳まれていないポリペプチド鎖によるリボソームのサブユニットへの分割」Current Science 84 : 1123–1125 .
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