第14章DNAの構造と機能

Section Summary節のまとめ

DNA polymerase can make mistakes while adding nucleotides. It edits the DNA by proofreading every newly added base. Incorrect bases are removed and replaced by the correct base before proceeding with elongation. Most mistakes are corrected during replication, although when this does not happen, the mismatch repair mechanism is employed. Mismatch repair enzymes recognize the wrongly incorporated base and excise it from the DNA, replacing it with the correct base. In yet another type of repair, nucleotide excision repair, a damaged base is removed along with a few bases on the 5' and 3' end, and these are replaced by copying the template with the help of DNA polymerase. The ends of the newly synthesized fragment are attached to the rest of the DNA using DNA ligase, which creates a phosphodiester bond.

英語のヒント

DNAポリメラーゼは、ヌクレオチドを付加するときに誤りを起こすことがある。新しく加えた塩基を1つずつ校正して、DNAを修正する。誤った塩基は除去され、正しい塩基に置き換えられてから、伸長が続く。ほとんどの誤りは複製中に修正されるが、修正されなかった場合にはミスマッチ修復機構が使われる。ミスマッチ修復酵素は、誤って取り込まれた塩基を認識してDNAから切り出し、正しい塩基に置き換える。さらに別の修復であるヌクレオチド除去修復では、損傷した塩基と、その5′側および3′側の数個の塩基を取り除く。DNAポリメラーゼの働きで鋳型をコピーし、取り除いた部分を置き換える。新しく合成した断片の両端は、ホスホジエステル結合を作るDNAリガーゼを用いて、残りのDNAにつながれる。

Most mistakes are corrected, and if they are not, they may result in a mutation, defined as a permanent change in the DNA sequence. Mutations can be of many types, such as substitution, deletion, insertion, and trinucleotide repeat expansions. Mutations in repair genes may lead to serious consequences such as cancer. Mutations can be induced or may occur spontaneously.

ほとんどの誤りは修正される。修正されなければ、DNA配列の恒久的な変化と定義される、変異につながることがある。変異には、置換、欠失、挿入、トリヌクレオチドリピート伸長など、多くの種類がある。修復遺伝子の変異は、がんのような深刻な結果をもたらすことがある。変異は、誘発されることも、自然に起こることもある。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 32練習問題 32

Exercise 32問題 32

Figure 14.21 A frameshift mutation that results in the insertion of three nucleotides is often less deleterious than a mutation that results in the insertion of one nucleotide. Why?

図14.21 3個のヌクレオチドの挿入を生じるフレームシフト変異は、1個のヌクレオチドの挿入を生じる変異より、有害性が低いことが多い。なぜか。

Solution解き方

Figure 14.21 If three nucleotides are added, one additional amino acid will be incorporated into the protein chain, but the reading frame wont shift.

図14.21 3個のヌクレオチドが加わると、タンパク質鎖にはアミノ酸が1個余分に組み込まれるが、読み枠はずれない。

Review Questions確認問題

Exercises 33–35練習問題 33–35

Exercise 33問題 33

During proofreading, which of the following enzymes reads the DNA?

校正の際、DNAを読み取る酵素は次のうちどれか。

primase
プライマーゼ
topoisomerase
トポイソメラーゼ
DNA polymerase
DNAポリメラーゼ
helicase
ヘリカーゼ

Solution解き方

Exercise 34問題 34

The initial mechanism for repairing nucleotide errors in DNA is ________.

DNAのヌクレオチドの誤りを最初に修復する仕組みは、________である。

mismatch repair
ミスマッチ修復
DNA polymerase proofreading
DNAポリメラーゼによる校正
nucleotide excision repair
ヌクレオチド除去修復
thymine dimers
チミン二量体

Solution解き方

Exercise 35問題 35

A scientist creates fruit fly larvae with a mutation that eliminates the exonuclease function of DNA pol. Which prediction about the mutational load in the adult fruit flies is most likely to be correct?

英語のヒント

ある科学者が、DNAポリメラーゼのエキソヌクレアーゼ機能を失わせる変異をもつショウジョウバエの幼虫を作った。成虫のショウジョウバエがもつ変異の量について、最も正しいと考えられる予測はどれか。

The adults with the DNA pol mutation will have significantly more mutations than average.
DNAポリメラーゼに変異をもつ成虫には、平均より著しく多くの変異がある。
The adults with the DNA pol mutation will have slightly more mutations than average.
DNAポリメラーゼに変異をもつ成虫には、平均よりわずかに多くの変異がある。
The adults with the DNA pol mutation will have the same number of mutations as average.
DNAポリメラーゼに変異をもつ成虫の変異数は、平均と同じである。
The adults with the DNA pol mutation will have fewer mutations than average.
DNAポリメラーゼに変異をもつ成虫の変異数は、平均より少ない。

Solution解き方

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 36–37練習問題 36–37

Exercise 36問題 36

What is the consequence of mutation of a mismatch repair enzyme? How will this affect the function of a gene?

ミスマッチ修復酵素に変異が起こると、どのような結果になるか。遺伝子の働きには、どのような影響が出るか。

Solution解き方

Mutations are not repaired, as in the case of xeroderma pigmentosa. Gene function may be affected or it may not be expressed.

色素性乾皮症の場合のように、変異が修復されなくなる。遺伝子の機能に影響が出ることもあれば、発現しなくなることもある。

Exercise 37問題 37

An adult with a history of tanning has his genome sequenced. The beginning of a protein-coding region of his DNA reads ATGGGGATATGGCAT. If the protein-coding region of a healthy adult reads ATGGGGATATGAGCAT, identify the site and type of mutation.

英語のヒント

日焼けの経験がある成人のゲノム配列を決定した。そのDNAのタンパク質をコードする領域の冒頭は、ATGGGGATATGGCATだった。健康な成人の同じ領域の配列がATGGGGATATGAGCATであるとき、変異の位置と種類を特定しなさい。

Solution解き方

This is a frameshift mutation with a deletion of an “A” in the 12^th position of the coding region.

これは、コード領域の12番目（12）の位置にある「A」が欠失したフレームシフト変異である。

Patient: ATGGGGATATGGCAT
患者：ATGGGGATATGGCAT
Normal: ATGGGGATATGAGCAT
正常：ATGGGGATATGAGCAT

induced mutation

誘発変異

mutation that results from exposure to chemicals or environmental agents

化学物質や環境因子への曝露によって生じる変異。

mutation

変異

variation in the nucleotide sequence of a genome

ゲノムのヌクレオチド配列の変化。

mismatch repair

ミスマッチ修復

type of repair mechanism in which mismatched bases are removed after replication

複製後に、誤って対になった塩基を取り除く修復機構。

nucleotide excision repair

ヌクレオチド除去修復

type of DNA repair mechanism in which the wrong base, along with a few nucleotides upstream or downstream, are removed

誤った塩基を、その上流または下流の数個のヌクレオチドとともに取り除くDNA修復機構。

proofreading

校正

function of DNA pol in which it reads the newly added base before adding the next one

次の塩基を付加する前に、新しく付加した塩基を読み取るDNAポリメラーゼの機能。

point mutation

点突然変異

mutation that affects a single base

1つの塩基に影響する変異。

silent mutation

サイレント変異

mutation that is not expressed

発現しない変異。

spontaneous mutation

自然突然変異

mutation that takes place in the cells as a result of chemical reactions taking place naturally without exposure to any external agent

外部の因子への曝露なしに、自然に起こる化学反応の結果として細胞内に生じる変異。

transition substitution

トランジション置換

when a purine is replaced with a purine or a pyrimidine is replaced with another pyrimidine

プリン塩基が別のプリン塩基に、またはピリミジン塩基が別のピリミジン塩基に置き換わること。

transversion substitution

トランスバージョン置換

when a purine is replaced by a pyrimidine or a pyrimidine is replaced by a purine

プリン塩基がピリミジン塩基に、またはピリミジン塩基がプリン塩基に置き換わること。