rRNA、mRNA、tRNAの違い・役割をわかりやすく解説【身近な例えつき】

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生物学のタンパク質合成で出てくるRNAの種類に頭が混乱したことはありませんか?

rRNA、mRNA、tRNAなどいろいろなRNAが登場して、RNAとrRNAは別物なのか、包括関係にあるのかなど、混乱することがありますよね。

結論から言うと、rRNA、mRNA、tRNAはすべてRNAですRNAを機能・役割によって分類した呼び名が、rRNA、mRNA、tRNAです。

政府機関が経産省、防衛相、文科省に分けられているのと同じイメージです。

今回は混乱しやすい各RNAについて、わかりやすく解説します。

もしイメージを最初に抑えたいという方は、記事の最後からご覧ください。身近な例えで、各RNAとタンパク質合成を説明しています。



rRNA、mRNA、tRNAの違い・役割をまずざっくりイメージ

DNAは重要な遺伝情報を持っていますが、RNAの力を借りなければ、遺伝情報を活用できません。

以前の記事でも触れましたが、

DNAは遺伝情報を保存するためのもの

RNAは遺伝情報を利用するためのもの

 

なんですね。

つまり、DNAの情報をアウトプットする(発現させる)のがRNAの役割です。

 

 

mRNA、tRNA、rRNAのざっくりしたイメージをイラストにするとこんな感じです。

※後で説明しますが、mRNAとtRNAが「持つ」ものは異なります。

mRNA=メッセンジャーRNA:持つ

tRNA=トランスファーRNA:運ぶ(+識別する)

rRNA=リボソームRNA:作る

 

もう少し詳しくしたのがこちら。

出典:http://ajan.ciceros.co

rRNAと書いてあるものはリボソームでないの?という疑問については、後述します。

 

mRNAの役割

mRNAの役割は「持つ」こと。持つのは遺伝情報です。

mRNAは遺伝情報をDNAから受け取って(コピーして)、タンパク質を作る場所(リボソーム)まで移動します。DNAの遺伝情報がmRNAにコピーされることを転写といいます。

しかし、貴重な情報を持っていても、材料(アミノ酸)がなければタンパク質を合成できません。

一流シェフの秘伝レシピの情報を持っているけれど、肝心の材料がなくては料理を作れないのと同じです。

そこで、tRNAの力を借ります。

 

tRNAの役割

tRNAの役割は2つ。運ぶこと・識別することです。

運ぶのはアミノ酸です。識別するのは、届け先(mRNA)の所定の場所です。

tRNAはアミノ酸をmRNAまで運びます。

こちらの記事で、RNAは一本鎖ですが折りたたまれて分子内で塩基対を形成し、三次元構造を形成することを書きました。tRNAはその典型例で、次のような構造をしています。

出典:http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/tRNA.htm

 

tRNAでは、👆で分子の両端に塩基対を形成していない部分が2箇所ありますね(赤字)。この2つの部分が、タンパク質を合成するうえで非常に重要です。

その1つが、一番上にあるコドン(3つの塩基の集まり)。ここにアミノ酸が結合します。もう1つが、一番下にあるアンチコドン。この3つのヌクレオチドが、mRNAの相補的なコドンと塩基対を形成します。

mRNAの3つの塩基と逆配列の塩基を持つため、アンチコドンといいます。

tRNAは片方で正しいアミノ酸を識別し、もう片方でmRNAのコドンを識別し、アミノ酸をmRNAの所定の位置に届けます。mRNAのコドンがアミノ酸を識別するわけではないのです。

教科書にはさまざまなtRNAの模式図が登場します。

👇の左は、実際の全体像を示したもの。右は、tRNAのアンチコドンを強調した模式図です。

出典:http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/gene/tRNA.htm

 

このようにして、アミノ酸を持ったtRNAがmRNAに沿って一列に並び、アミノ酸同士が結合してタンパク質が合成されていきます。タンパク質の合成工場となる場が、リボソームです。

出典:courses.lumenlearning.com

rRNAとリボソームの違い

まず、リボソームとrRNAについて区別しておきます。

リボソームは、rRNAとタンパク質から構成されており、リボソームの中心的な役割はrRNAが担います。タンパク質はrRNAを強化するものです。つまり、リボソームの主役はrRNAなのです。

これは教科書から抜粋したリボソームの構造です。

出典:ワトソン遺伝子の分子生物学(第6版)p476

リボソームの中心はrRNAで、タンパク質がrRNAの隙間を埋めていますね。

出典:alevelbiology.co.uk

リボソームは👆のように大小のサブニットより構成されます。翻訳が行われないときは、左のように離れて存在しています。

タンパク質合成のたびに、「くっつく→離れる」を繰り返しています。その流れは、

①リボソームの大小ユニットが集合する

②リボソームがmRNAと会合する

③tRNAがアミノ酸をmRNAに届け、タンパク質が合成される

④リボソームがmRNAから離れ、大小サブユニットがバラバラになる

 

出典:ワトソン遺伝子の分子生物学(第6版)p473

rRNAの役割

rRNAの役割は、タンパク質をつくることです。正確には、タンパク質合成を触媒することです。

リボソームにおけるrRNAの役割をもう少し詳しく見てみます。

前述の通り、リボソームは大小のサブユニットから構成されていましたね。各サブユニットには次の違いがあります。

小サブユニット:mRNAとtRNAを正しく結合させる(暗号解読センター)

大サブユニット:ペプチド結合を形成する(ぺプチジル転移酵素中心)

 

サブユニットの違いと書きましたが、実際は、リボソームの上記機能を持つ領域は、ほとんど、または完全にrRNAからできています。

このように、rRNAはリボソームの中で、mRNAとtRNAのペアが正しいかどうかを確認し、ペプチド鎖を形成しています。もし間違ったtRNAが入り込んでいたら、そのtRNAは追い出されてしまいます。

リボソームができないこと

興味深いのが、リボソームはtRNAとmRNAのマッチングはしっかり確認しますが、tRNAが持っているアミノ酸が正しいかどうかは確認できないことです。

つまり、リボソームはtRNAを識別するのであって、アミノ酸を識別するのではないということです。もしtRNAが間違ったアミノ酸を持っていても、それを阻止することはないのです。リボソームの優先事項は、tRNAとmRNAのマッチングが正しいかどうかを確認することなのです。

では、どのようにtRNAの持つアミノ酸が正しいかを確認するかというと、アミノアシルtRNA合成酵素が活躍します。アミノ酸の種類ごとに合成酵素が1種類あり、担当するアミノ酸をそれぞれ正しいtRNAに結合させています。この精度は非常に高く、間違ったアミノ酸を結合するtRNAは1000個に1個以下です。

その細かな仕組みはまた別の機会に譲るとして、今回お話したmRNA、tRNA、rRNAの関係。考えれば考えるほど、男女が結婚に至るまでを連想するのは私だけでしょうか?



mRNA、tRNA、rRNAの関係を身近な例で解説

ここでは一旦DNAは置いておいて、各RNAの関係性に着目しています。

ある日、男性が女性にプロポーズしました。

女性は結婚に同意。

そして、女性の両親にご挨拶。結婚の承諾をもらいます。

めでたく結婚!

 

誰が(または何が)何に該当するかイメージわきますか?

結婚を承諾された場合、されなかった場合を各RNAになぞらえたのがこちら。

それぞれの過程を解説すると、

男性が女性にプロポーズ:tRNAがアミノ酸をmRNAに運ぶ。指輪がアミノ酸

両親にご挨拶:両親(rRNA)が男性(tRNA)とmRNA(女性)のペアが正しいかチェック

両親が支持し、2人は結婚:タンパク質が合成される

両親が反対:リボソームからtRNAを追い出す

 

この例えだと、男性(tRNA)が女性(mRNA)にどんな指輪(アミノ酸)を用意したか、両親は関与せず、ということですね。あくまで、男性の人間性(将来性も?)と二人の相性を確認するだけ、ということです。

身分不相応であった場合は、男性(tRNA)は「おとといきやがれ」と両親に追い出されてしまうわけです。

 

この例えが参考になれば幸いです。

※アイキャッチ画像の出典:http://ajan.ciceros.co

 

【参考】

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