リボソームとは 定義と構造・機能 翻訳でのタンパク質合成を詳しく解説

リボソームとは 定義と構造・機能をわかりやすく解説し 翻訳でのタンパク質合成の仕組みと細胞内での役割を図解で詳述

リボソームは重要な細胞内小器官です。リボソームは、メッセンジャーRNAを鋳型として、アミノ酸からタンパク質を作るRNA翻訳を行います。リボソームは、原核生物から真核生物まで、すべての生物の細胞に存在します。

リボソームは、タンパク質とRNAの混合物で、細胞の核小体で作られ始めます。核小体は核の中心部に位置し、ここでリボソームを構成するリボソームRNA（rRNA）やリボソームタンパク質の前駆体が合成・組み立てられます。核は核膜に守られており、組み立てられたリボソームサブユニットは核膜孔を通って細胞質へ輸送され、そこで最終的に機能的なリボソームになります。

リボソームの仕事は新しいタンパク質を作ることです。リボソームは一本のRNAに沿って移動し、読み取ったコードに基づいてアミノ酸を連結してタンパク質を構築します（これが翻訳）。リボソームは通常、粗面小胞体（RER: 粗面小胞体）の表面に付着して膜輸送や分泌用タンパク質を合成しますが、細胞質全体に自由に存在し、細胞内で使われるタンパク質を合成することもあります。

リボソームの構造（簡潔な概要）

サブユニット構造：リボソームは大きなサブユニット（Large subunit）と小さなサブユニット（Small subunit）からなります。原核生物では全体で約70S（小サブユニット30S＋大サブユニット50S）、真核生物では約80S（小サブユニット40S＋大サブユニット60S）と沈降係数（Svedberg単位）で表現されます。

構成成分：

• リボソームRNA（rRNA）：リボソームの触媒中心（ペプチジル転移中心など）を形成し、「リボザイム」としての役割を果たします。
• リボソームタンパク質：rRNAの折りたたみを助け、構造の安定化やmRNA・tRNAとの相互作用に関与します。

原核生物と真核生物の違い

主な違いはサイズとサブユニットのrRNA・タンパク質の種類です。例えば、原核生物の小サブユニットは16S rRNAを含み、真核生物の小サブユニットは18S rRNAを含みます。これらの違いは抗生物質が選択的に細菌のリボソームを阻害できる理由の一つです（ヒトのリボソームには影響しにくい）。

翻訳の流れ（基本的なステップ）

翻訳は大きく分けて以下の段階で進行します：

• 開始（Initiation）：小サブユニットがmRNAの開始コドンを認識し、開始tRNAが位置することで大サブユニットと結合し翻訳複合体が形成されます。
• 伸長（Elongation）：アミノアシルtRNAが順次Aサイトに入り、ペプチジル転移酵素活性によりアミノ酸が結合してペプチド鎖が延長します。伸長因子（elongation factors）がこの過程を助けます。
• 終結（Termination）：終止コドンに到達すると、終止因子が結合してポリペプチド鎖が切り離され、リボソーム複合体は解離します。

リボソームの局在と機能の違い

リボソームは用途に応じて配置されます：

• 粗面小胞体（RER）に付着したリボソーム：分泌タンパク質や膜タンパク質など、細胞外へ輸送されるタンパク質を合成します。
• 自由リボソーム：細胞質内に留まる酵素や構造タンパク質などを合成します。
• ポリリボソーム（ポリソーム）：一つのmRNAに多数のリボソームが同時に結合して翻訳を行うことで、効率よく多数のタンパク質が合成されます。

リボソームの生合成と組み立て

真核細胞ではrRNA前駆体とリボソームタンパク質は核小体で合成・組み立てが始まり、部分的に完成したサブユニットが核膜孔を通って細胞質へ輸送され、そこで最終的に翻訳能を獲得します。原核生物では細胞質内でrRNAとタンパク質が同時に合成され、比較的単純な経路で組み立てられます。

医学的・生物学的意義

多くの抗生物質（例：テトラサイクリン、アミノグリコシド、クロラムフェニコールなど）は細菌リボソームを標的として翻訳を阻害します。これにより細菌の増殖が抑えられますが、選択的に細菌リボソームを標的にすることでヒト細胞への毒性を抑えています。

さらに、リボソームは進化的に高く保存された機能を持つため、系統解析や進化研究にも重要です。近年はクライオ電子顕微鏡（cryo-EM）などの高解像度技術によりリボソームの立体構造が詳細に解明され、翻訳の分子機構の理解が飛躍的に進みました。

研究・実験での扱い

リボソームやその活性は以下のような方法で調べられます：

• 構造解析（X線結晶構造解析、cryo-EM）
• 超遠心分離によるサブユニットの分離と沈降速度測定（Svedberg値）
• 翻訳活性アッセイやリボソームプロファイリング（mRNA上のリボソーム配置を解析）

まとめ

リボソームはすべての生物においてタンパク質合成を担う不可欠な分子機械です。rRNAとタンパク質から構成され、翻訳の各段階で中心的な役割を果たします。原核・真核で構造やサイズに違いがあり、その差異は抗生物質の標的選択にも利用されています。細胞内での適切な配置や組み立て、翻訳制御は細胞の正常な機能にとって不可欠です。

リボソームの構造

リボソームは、mRNAを読み取る小さなリボソームサブユニットと、アミノ酸を結合してポリペプチド鎖を形成する大きなサブユニットの2つで構成されています。各サブユニットは、1つ以上のリボソームRNA（rRNA）分子と、さまざまなタンパク質から構成されています。

真核生物には、小サブユニット（40S）と大サブユニット（60S）からなる80Sリボソームがある。スモールサブユニットには、21種類のタンパク質が結合した16S RNAサブユニット（1540ヌクレオチド）がある。ラージサブユニットは、5S RNA（120ヌクレオチド）、28S RNA（4700ヌクレオチド）、5.8S RNA（160ヌクレオチド）の各サブユニットと46種類のタンパク質を持つ。

図2： ラージサブユニット（赤）とスモールサブユニット（青）の組み合わせ

質問と回答

Q: リボソームとは何ですか?

Q: リボソームはどこにあるのですか?

Q: リボソームはどのように作られるのですか?

Q: リボソームは作られた後、どこに移動するのですか?

Q: リボソームはどのような仕事をしているのですか?

Q: 1つの細胞には何個のリボソームが必要ですか?

Q: 細胞はどのようにして必要な数のリボソームを手に入れるのですか?

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