終止コドン：遺伝暗号で翻訳を終結させるシグナル

代表的な終止コドンと基本機構

普遍暗号には、標準的な終止コドンが3種類ある。すなわち、UAA、UAG、UGAである。コドンはヌクレオチド3個の任意の配列をいう。これらのトリプレットの一つがリボソームのA部位に現れると、アミノ酸を結合したtRNAは呼び込まれない。代わりに、放出因子と呼ばれるタンパク質が終止シグナルを認識し、P部位のtRNAに結合した新生ポリペプチドを放出する反応を触媒する。

主要な構成要素と段階

リボソームはmRNAのコドンを読み取り、アミノ酸を連結してポリペプチド鎖を作る。この鎖は、機能的なタンパク質へと折りたたまれることがある。終止コドンに到達すると、細菌ではRF1やRF2などの放出因子、真核生物では真核生物放出因子eRF1がシグナルを認識し、ポリペプチドとtRNAをつなぐ結合の加水分解を促進する。放出後、リボソームのサブユニットは解離し、翻訳は終結する。

変異、例外および特殊な事例

• 一部の生物および細胞小器官では、割り当てが変化している。特定のミトコンドリア、繊毛虫、その他の系統では、通常の終止コドンの一つがアミノ酸をコードするよう再割り当てされている。
• 特定のシグナルにより、終止コドン位置に非標準的なアミノ酸が挿入される。下流にSECISエレメントと特異的因子が存在する場合、UGAにはセレノシステインが取り込まれる。また、一部の古細菌では、UAGにピロリシンが同様に取り込まれる。
• リボソームが終止コドンを無視する終止コドン・リードスルーは、ウイルスや調節された遺伝子発現で起こり、タンパク質のC末端を伸長させる。

遺伝学・医学・バイオテクノロジーにおける意義

早期終止コドン（ナンセンス変異）はタンパク質を短縮し、多くの遺伝性疾患の原因となる。このようなmRNAの影響は、ナンセンス変異依存mRNA分解などの機構によって細胞が軽減する場合がある。分子生物学者は、意図的に翻訳を終結させるため、または遺伝暗号の拡張に向けてコドンの再割り当てを設計するために、クローニングや合成生物学で終止コドンを利用する。サプレッサーtRNA、放出因子の調節、指向性進化は、終結の挙動を変化させるために用いられる手法である。

重要な区別と補足

「ストップ」コドンまたは「終結」コドンと呼ばれるが、これらの配列は動的なゲノム要素である。その解釈は、周辺の文脈、追加のRNAシグナル、翻訳装置に依存しうる。終止コドンは、遺伝子が指定するタンパク質を定義するうえで中心的な役割を果たす。また、文章を句点が終えるのと同様に、コード配列の終わりを示す。翻訳とコードトリプレットの背景については、遺伝暗号の概要、ヌクレオチド、翻訳過程、コドンの定義、遺伝子構造、句読点との類比、タンパク質の基礎、ポリペプチド合成、アミノ酸の性質を参照。